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隧道

隧道健康监测方案


一、监测目的

        隧道健康监测系统建立的目的是通过对隧道结构状况以及其他工作状况的监测,为运营期结构状况的评估、运营现状以及工程服务寿命的预测提供大量监测数据。为了实现这些功能,隧道健康监测系统需要对以下几个方面对隧道进行监测: 

          (1)隧道结构侵蚀监测;

          (2)隧道结构监测,包括:变形、收敛、内力、接缝监测;

          (3)地层监测,包括:土压力、水压力监测;

        对隧道进行健康监测具有以下作用:

          (1)认识不同工况下,隧道结构、地层及相邻环境的变化及发展规律,以便有针对性的改进施工工艺、调整施工参数;

          (2)建立预警制度,实现实时或准实时的整体结构检测,及时发现隧道监测断面乃至整体可能存在的损伤和质量退化,保证结构安全;

          (3)为研究岩土性质、地下水条件、施工方法与隧道变形、水土压力及地表沉降的关系积累数据,为改进设计提供依据;

          (4)预测隧道未来的工作状态,对发现的隧道异常进行初步分析,并提供经济合理的维护建议; 

          (5)可以合理的进行交通管理,保证人民生命财产安全,在出现事故隐患的情况下,及时采取降低车流、疏散人员等措施。

        隧道健康监测系统能够实现如下功能:

          (1)施工期和运营期实时监控、实时数据采集、存储、处理;

          (2)远程系统管理和控制;

          (3)自动生成报表、隧道状态变化曲线图等;

          (4)通过多项数据分析技术对结构变化进行初步分析和多级预警;

          (5)远程数据访问及主动信息发布;

          (6)与GIS系统和其它监控系统的无缝连接; 

          (7)辅助决策与应急预案管理发布系统;

          (8)系统设备故障自诊断功能;

          (9)自由设定报警规则和阈值;

二、监测原则

       公路隧道尤其是特长公路隧道因地质条件、施工技术复杂及造价、营运管理等方面的原因,在隧道使用过程中随着年限的逐年增加,隧道结构的覆存条件将发生改变,衬砌质量逐渐劣化。特别是隧道内的初期支护,由于自身因素及地下水等有害物质的长期侵蚀,将部分或全部失去支护能力。在此过程中荷载将逐渐向二衬转移,二衬也由隧道建成之初的部分承载或安全储备逐渐过渡为重要承载单元。隧道的最终安全性状况也将由二衬的安全状况具体体现。

       其次,隧道建成后围岩被支护结构封闭,难以量测,因而营运期间的结构健康监测以支护结构,尤其以二次衬砌的变形或受力为主。

       依据前述分析,在渝涪高速公路隧道结构健康监测系统中主要选择二次衬砌上作为监测对象。

       具体如下:

          (1)拱顶:冒顶、塌方、拱顶应用位移计、应变传感器监测拱顶的局部变化。

          (2)拱腰:表面应力计测量,

          (3)拱底:一般用激光位移计、土压计测量,

          (4)轮廓变形和收敛:一般用激光位移传感器

          (5)裂缝:裂缝传感器

图片9.png 

图1 隧道结构健康监测--应用示意图

三、数据采集传输方案

       在选定的各类围岩代表性断面处,为方便今后在隧道营运管理中对主体结构的安全性进行长期、实时监控,并将监控数据及时传送至中央控制室,形成隧道营运期间的结构健康监测网络。

       首先需在独立断面中现场埋设的长期监控量测元件,为方便隧道建成后局域网的组网要求,各断面上埋设用于隧道结构健康监测长效无损传感器的电缆线均引至弱电缆槽一侧的预留集线箱中(与隧道监控、机电系统共用),以便后续通过弱电缆槽中预留的光纤接口形成隧道监控的局域网络,最终组成隧道结构健康监测系统。而后在集线箱内将传感器与一台多点自动采集仪联接,自动采集仪是监控系统的二次仪表,它由主控计算机通过传输系统进行设置。当设置好状态参数后,各监控断面的自动采集仪可完全独立工作,完成传感器信号的采集与存贮。在完成各独立监控断面处的无损传感器与自动采集仪的连接后,将不同断面的自动采集仪间利用事先预留在弱电缆槽中的总线传输系统进行串接,再通过传输系统接至位于隧道机电控制室的主控室,形成隧道结构健康监测系统的远程传输网络,通过网络将信息实时传至管理中心。

图片10.png 

图2 隧道健康监测外场监测站采集传输示意图


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