[精品]隧道结构健康监测的发展趋势

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1、隧道结构健康监测的发展趋势［摘要h随着我国经济建设和城市的快速发展，城市人口增长对城市交通的压力急剧增大，世界各国都在通过修建各种城市地下隧道來缓解这一矛盾，齐类城市隧道工程在规模和数量上都得到了迅猛发展。隧道结构的安全性变得口益突出，而隧道工程的理论分析同实际情况存在作较大的差异，使得隧道结构的健康监测变得日益突岀。1.健康监测的目的意义和必要性隧道安全关系着人类生命妥全和社会经济活动，由于隧道地质条件恶化、火灾、结构损伤、退化和失稳等造成的事故，严重威胁着隧道的正常运营。隧道施工的安全问题引起了人们的密切关注，主要表现在以下方面：1）隧洞开挖的进口段：由于隧洞都是浅埋隧洞，月.

2、都存在边坡，导致该段围岩两面临空，加上爆破的影响导致围岩的自稳能力下降，支护结构受力存在一定的不确定性。2）构造带：由于围岩受构造影响，节理裂隙发育，无规律性，围岩的自稳性能极差，围岩多呈松散结构，断层带的影响宽度不确定，加之水的影响，使得该段产生冒顶及垮塌的口J能性加大。3）浅埋段：潜埋段隧道围岩，在碳酸岩地层受水体溶蚀的影响较大，加之围岩顶板较薄，出现冒顶的现象可能性加大，加大了开挖及支护过程中的难度。4）岩溶发育段：由于岩溶发育地段很难查清岩溶的发育规模及范围，在开挖及支护过程中增加了不确定因索。5）地层走向不利地段：由于岩层的走向及倾角对围岩的自稳性能影响较大（如水平岩层）

3、。6）含软弱夹层围岩：由于夹软弱夹层的围岩，多会出现冒顶及垮塌现象。7）水影响段：由于水体的存在，多会对层间结构面的力学指标有较大的不利影响，加之施工过程屮对水体通道的改变产生的淘蚀作用，使得围岩的自稳性能恶化。8）软岩段（围岩级别）:岩体自稳能力差，围岩开挖暴露后崩解，遇水容软化。9）含水层与相对隔水层交界处，而产牛突涌泥现象。由于有以上不良地质情况的存在增加了隧洞在施工期间及运营期间安全隐患。为了确保隧道工程安全、及时预报险情，除了对隧道进行加固、维护之外，对隧道工程的安全和稳定状态的监测和评估也十分重要。建立监测系统对隧道工程进行监测、评估和预测以趋利避害，已经成为现代隧道工

4、程发展的迫切要求。此外，随着人们对工程施工过程和现役工程长期监测的重要性认识的不断深入，以及国家相关工程安全法规的实施，隧道工程监测得到了迅速发展，成为隧道工程的一个重要研究课题。2•隧道现阶段监测手段的弊端隧道工程监测一直是世界岩土工程界的难题，也是研究的热点，应用的理论和技术也多种多样。理想的隧道工程监测系统应具有以卜•特征：能及时处理监测数据，分析监测信息，随时掌握隧道的稳定状况，对可能出现的险情及时进行预警；为隧道结构健康状态的正确分析评价、预测预报及治理维护提供可靠的基础性数据，为决策部门制定相应的防灾减灾对策提供科学依据；监测结果也是检验隧道设计参数、工程质量及治理工程

5、效果的冇效尺度，同时为进行冇关的反分析和数值计算提供参数等。隧道结构健康监测的目标应是在保证人力成本最低的前提下，对新建和已建的结构物进行测量、探伤和评估(WuZS,2003)。隧道结构健康监测的关键内容Z—就是数据采集。当前所需要的是一个能够从运营结构屮采集数据的冇效方法，并对数据进行处理和分析，做出稳定性、可靠性等方面的评价(ZongZH等，2002)o由于结构健康监测在大型基础工程屮的广阔应用前景，各国都已经在积极开展该项技术的应用研究。在世界各国政府的支持和研究机构的努力下，结构健康检测止逐渐成熟起來，并在航空航天、桥梁和建筑物等各领域取得了阶段性的成功，部分成果已经应用在

6、了工程实践当屮(WhelanMP等，2002)。相比而言，结构健康监测在隧道领域的发展，则明显滞后于桥梁等领域，这主要是隧道结构和岩土工程条件的复杂性和监测上的难度等因素造成的。隧道工程一般规模较大，属于线状工程，长达儿公里到数十公里，往往穿越许多不同的环境空域和吋域，工程条件常常比较复杂，有吋环境I•分恶劣，因此要准确、快速、长距离、实时和人范围获得结构体的变形数据和变化规律并非易事，冇赖于监测系统的先进性和功能，有赖于先进理论和方法的指导。目而对于工程质量和安金监测主要是通过对岩土和结构的应力、应变和温度等物理指标监测来实现的，其中尤以岩土休和结构的变形监测最为重要，因为变形是

7、结构体在内外动力作用和人类工程活动作用下的一种基木表现形式，是结构体在受内外作用后的外在综合反映，是分析结构体状态和安全的基本物理量。隧道结构健康监测主要集屮在结构的位移、应变和沉降三个方面，常规的检测和监测技术和方法存在以下局限性：(1)均为点式的：点式的检测方法布点常带有随意性，最危险的地方常可能被漏检，存在监测盲区；增加监测点数，虽然捉高了结果的可靠性，但工作量和设备成本大为增加，考虑到经济和效率等因素,实际工程或研究项目中也不可能无限布设各种检测探头或传感器；