隧道運營期結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

1、Hfa!HV電4粘雖丈尊研究0的隧道在運肯過程中,由1：受到材料退化、地霍“人為因索等彫響僉發(fā)半隧道主體結(jié)構(gòu)的損壞和豹化。若不及時檢測和維修,將會導(dǎo)致很大的破壞和坍塌.帶來的損失也是非常巨大的口所以對運營期隧道進(jìn)行實時監(jiān)測，及時髙效地保證隧道I】體結(jié)構(gòu)的安全圧必要的0杠牡電子工叢手枕UJJhLz國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展越勢杠軋電子工銀手就國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外的r些專家在隧道的監(jiān)測方面做了大最的工作為隧道的監(jiān)測捉供了很好的借鑒和參考O在國外満蘭J2000年對Bot泊k飲略隧道施工過程進(jìn)行了土木襯砌結(jié)構(gòu)特性以及隧道動力現(xiàn)狀錄方面的監(jiān)測井將隧道施工過程大量的監(jiān)測數(shù)擁用于指導(dǎo)施工。韓國在島速鐵路(HSR

2、)隧道安裝了健康監(jiān)測系統(tǒng)兇吶部襯砌形變.噴射混凝土應(yīng)力、地下水水位以及其它問題進(jìn)行實肘監(jiān)測或周期性監(jiān)測機牡電yxnfKLo它JS12004年利川健康監(jiān)測系統(tǒng)采集的隧道變形數(shù)據(jù)通過一種新的系統(tǒng)識別方法來判斷隧道的損傷和損傷部位瑞上AembeMeasuringTechnique制了負(fù)全自動隧道新面收斂及投射系統(tǒng)TMS=它足山3関TP占激光全測站儀加上何服馬達(dá)驅(qū)動定位裝置,再配吾即時收斂及投射軟件組成.在囤內(nèi)匸秀美、曾卓喬于203年開發(fā)了一種用于曲測運營期間對周邊位移進(jìn)行監(jiān)測的新技術(shù)口機軋電子工銀手就UMflII山tfiKTESB.張書忙于3304年結(jié)合南京地鐵一號線隧道下穿公路隧道的具休丁程實踐，

3、探討了兩種不同類型隧道的監(jiān)測技術(shù)，分析了隧道穿越公路隧道過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，用于工程實踐，保證了隧道結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的安全。機純電yxnfRIcMItflKwAaitfiWC國內(nèi)外主要隧道變形監(jiān)測方法機軋電子工程手杜IcUlUMfas科叮rfiWTP：iMJtiHIta變形監(jiān)測.就是利用測晟與專用儀器和方法監(jiān)測變形體的形找農(nóng)大小及位置變化的空間狀態(tài)和時間特征口測量方法主要可分為接羸式測量和卡接融式測量藺種口接觸測址接觸式測量需人工安裝傾斜儀在隧道內(nèi)確的不同位置來茯得傾斜角和變化,如收斂丿匕巴賽特收斂系統(tǒng)等監(jiān)測方法.*4盜越韭畧HIta特點：此類方法能夠苴接敲測隧道特定位置、區(qū)段的形變但人力

4、、財力成本極倚監(jiān)測周期較長，在效率和資源利川等方面都不再符合幽今地鐵隧道監(jiān)測的實際應(yīng)用要求和發(fā)展需求.因此對此類方法的研究在近幾年已經(jīng)趨丁停滯。aU!IIlLaU!IIlLUUItacfaMriaEb|bb4k|tfiaBCUUItacfaMriaEb|bb4k|tfiaBC非接觸測量嚴(yán)戰(zhàn)于激光測距技術(shù)的監(jiān)測廠飢碉像傳感技術(shù)的監(jiān)測A基于光纖傳感技術(shù)的監(jiān)測杠純電yxnfR基澈光測距技術(shù)的監(jiān)測應(yīng)用:llwij所采川的非接觸測量的方法多數(shù)基于激光測距技術(shù)口其中三維激光掃描儀無需設(shè)置反射棱鏡、無接觸測量.能高密度、高分辨率獲取掃描物體的海汗點上數(shù)據(jù)”同時對環(huán)境比線、溫度都耍求較低*I対此三維激光扌描作

5、為隧道變形監(jiān)測的新方法星比較理想的。局限：但是由于價格特別昂貴，只能用于特定重點項L1進(jìn)彳丁監(jiān)測.無池普遍用卩所以隧道円w1BbHKHJta!H!Litj-SI像傳感技術(shù)的監(jiān)測原理：數(shù)字圖像處理技術(shù)也在地鐵隧道變形監(jiān)測屮肓所應(yīng)用，即通過刈隧道內(nèi)定點敢置的口標(biāo)光源進(jìn)行拍攝所得圖像進(jìn)行預(yù)社理F再對目標(biāo)光源輪嗨進(jìn)行提取，然后通過圖像二値化提取3界，最后通過計算目標(biāo)光源圓心的位置變化得川地鐵隧道縱向的變形量機牡電子工程手甕應(yīng)用：周奇才等人在2009年提川利川數(shù)字圖像處理技術(shù)對地鐵隧道變形進(jìn)彳亍監(jiān)測的方案.通過對數(shù)字圈像進(jìn)行平滑、銳化、腐蝕、膨脹、去噪芻預(yù)處理，進(jìn)而計算光源位置變化并得出地鍥隧道縱向的變

6、形最。實驗結(jié)果表明該方敢在地抉隧道變形檢測系統(tǒng)中得到的隧道變形賈比較精確*可靠。局限：山運營地鐵隧道內(nèi)環(huán)境惡劣，惰況復(fù)雜,因此對日標(biāo)光源的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的分析、識別以及目標(biāo)光源鬪心位置的計算是分閑難的口機軋電子工程手甕IdwlliI【II*I.ormrcr;#M*TWBta!RJL1x_x-aB_IId-V_畫盂俱:匪;:1mtJ-1JHr_證s當(dāng)謖Lvn一!-.!.i跡-*召團(tuán)收便IT卓圉嶽鋰豐及擬合申心臥1-0-傳感技術(shù)的臨測應(yīng)用：近年來，一吃新式傳感技術(shù)在隧道監(jiān)測領(lǐng)域得到發(fā)展，尤其是光纖傳感技術(shù)引起人們關(guān)注口美國.徳國、英國等都在致力于該技術(shù)的研處，國內(nèi)對川研究柑對較晩.局限；由于光纖非常

7、脆弱巖土工程變形復(fù)雜，因此他感光纖的介理布設(shè)是檢測成功與否的關(guān)維；力外，光纖丨沏的分祈率只能込釦m,這對實阿上程來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的鑒r以上種種原因,采用光纖技術(shù)進(jìn)行他康監(jiān)測尚未在實際大型土木工稈中得到推廣應(yīng)用。機軋電子工程于就Idwli11ilrUfbiWoriKTCFBG應(yīng)殳監(jiān)測系統(tǒng)圏扎黠瓷譽E3；曲Ui尢m甘肝枕llllln円x麗1*護(hù)聞朮0BI棗詣比謨機牡電子工叢手甕dwdlacwwtaiRiEBFiKTC#a*1mjli隧道監(jiān)測的發(fā)展趨勢針料!-1前隧道臨測系統(tǒng)存在的不足.來來旳發(fā)展趨勢上要體現(xiàn)在以下兒個方面：采用高精駄環(huán)境適應(yīng)能力強.自動化程淒臥對操柞性強的測臺儀器和白動化的隧道實時監(jiān)

8、測系統(tǒng)；硏究出實川件強、可靠性拓的數(shù)期處理方法以提高預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度；充分利用信息技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)利虛擬現(xiàn)實技術(shù).卄發(fā)出功能完備.安全性高.實用性強、可視化程度高、可維護(hù)性好s可移植性強等的隧道監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，包括3維可視化平臺和虛擬現(xiàn)實平臺.機軋電子工叢手甕IdwlliIIlwnf応bFiIBTC8KfBJta!IM8KfBJta!IM一、圍巖內(nèi)部位移監(jiān)測圍巖內(nèi)部位移監(jiān)測，是通過位移計量測圍巖不同深度的軸向位移，據(jù)此分析判斷隧道圍巖位移的變化范闌和松弛范圍，預(yù)測圍巖穩(wěn)定性，為修改錨桿支護(hù)參數(shù)提供依據(jù)。該檢測項目所用傳感器為位移傳感器。根據(jù)地質(zhì)條件，量測斷而應(yīng)選在典型構(gòu)

9、造地段及埋深較大或較淺地段，一般每隔100m設(shè)置個斷而斷層帶每隔50m設(shè)置一個斷而，英余地段斷而間距可適當(dāng)加大但須保證沿御類圍巖至少有-個斷而測點布設(shè)情況見圖S91瞬巖內(nèi)部位移測點分布示意圖二、裂紋監(jiān)測裂紋監(jiān)測是對裂紋監(jiān)測，是對隧道裂紋的笈展變化進(jìn)行觀測。根據(jù)隧道裂紋調(diào)查資料，結(jié)合隧道賓際情況，在隧道布置合適數(shù)樂的裂紋計對脊發(fā)展跡象的裂紋進(jìn)行監(jiān)測。r初襯鋼拱架應(yīng)變監(jiān)測初襯側(cè)拱架作為隧道主要的承匝結(jié)構(gòu)P測幘K應(yīng)變可以掌握隧道圍巖的穩(wěn)定性般10鋼拱架設(shè)-斯而，每根鋼拱架沿水平中性軸位置左右對稱安裝2個啊弦式表面應(yīng)變論如圖2所不、1IIIP12初襯樹拱架應(yīng)變測點布設(shè)示意圖機軋電子工程手甕ata!il

10、k四、二襯結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力監(jiān)測#1M*i-*ata!ilk圖3:襯結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力腐點布設(shè)示意陽機純電子工叢手甕二襯鋼筋鋪設(shè)完畢未澆注混凝上前截斷待測位置的鋼筋，將傳感器串聯(lián)在鋼筋上作相關(guān)防護(hù)并將線路引出即可。或者也可以選用壓力盒。將壓力盒埋設(shè)在一次襯砌和二次襯砌之間*對苴結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行檢測口結(jié)合地質(zhì)條件,在代表性地段設(shè)斷面，測點布設(shè)如圖合所示。五、錨桿軸力監(jiān)測根拯隧道設(shè)計利地質(zhì)情況，一般毎10m布置1個斷而，每個斷而至少桁設(shè)3根錨*h如圖4所示。在安設(shè)錨桿蘭將錨桿截斷，將軸力譏串聯(lián)焊接在距離錨桿孔口亦70m處*用秒漿錨固裝有軸為訐的錨桿。閣4錨*|軸力測點和設(shè)恥總圖*M*i監(jiān)測所用所用儀器A錨桿軸力計電

11、鼻討呈韭尊-FWWWBta!H*監(jiān)測所用所用儀器目前隧道運彗監(jiān)測中采丿I的傳感器系統(tǒng)有：差動電阻式傳感器系統(tǒng)*振弦式傳感器系統(tǒng)及光纖光概傳感器系統(tǒng)口其中振眩式傳感器KJ-IB電雖測蜀也本不受接引線枚度影響，信號傳輸距離可達(dá)一公里.經(jīng)特殊處理借號可傳輸數(shù)公里口并且其結(jié)構(gòu)簡單，性期穩(wěn)定性好T易于實現(xiàn)自動化口擬采用振弦式傳感器系統(tǒng)作為隧道運營期結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的上要便川傳感器。ULta1IlL3.1位移計在圍巖內(nèi)部位移監(jiān)測中使用的傳感器是位移計口位移計適用于長期埋被在水工結(jié)構(gòu)物或土城U匕堤、邊坡“隧逍等結(jié)構(gòu)物內(nèi)，測吐結(jié)構(gòu)物深層名部位的位移、沉降奮應(yīng)變、滑移等,并Iif同步測量埋設(shè)點的溫度.機純電子工叢手

12、甕dMtf振弦式位移計工作原理：當(dāng)被測結(jié)構(gòu)物發(fā)生位移變形時將會通過多點位移計的錨頭帶動測桿測桿再拉動位移計的拉桿產(chǎn)牛位移變形.位移計拉桿的位移變形傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振眩應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動頻率.電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，鼬可測出被測結(jié)構(gòu)物的變形量。振弦式多點位移計可同步測量埋設(shè)點的溫度值IftadlI加iBTCldBMI“I山W”nFmr*J.M*iar?。篫卻乘曲比位移訃和扌段忻格#1M*T-rtswwL_H?。篫仝司功能峻位i內(nèi)京戰(zhàn)南玄業(yè)打限公同也毬計詢臓VWD-20支L5CXJ曲曲蘭南實虧fif馳司備移計禪能VWD-5f)支18003南泉葛南

13、喫業(yè)也移討彗能）VWD-UX)2tm斗渤城葛南實業(yè)百醍舍呵2向也移計VWL)-5f)卻1360U5商護(hù)南實業(yè)弁限僉噸3向證儀計VW51)紹54CX)6金繪市華站R盛木.程捕料J應(yīng)移計舟IX：1StMJ*2裂縫計裂縫監(jiān)測中使用到裂縫譏裂縫汁適用于性期布設(shè)在混凝上結(jié)構(gòu)物或者真他材料內(nèi)及表面上*測量結(jié)構(gòu)伸縮或周邊縫的開合度（或變形）“裂縫計可以選用振弦式裂縫計。以某型號振弦式裂縫計為例介紹蔑組成及工作原理&裂縫計工作原理：為結(jié)構(gòu)物伸縮縫或裂縫的幵祥度（變形）發(fā)生變化時.金使位移計左、右安裝座產(chǎn)生和對位移，該位移傳遞給振弦，使振眩受到應(yīng)力變化，從而改變振眩的振動頻率:電磁線圈激撥振弦并測量其振顒璇率,

14、頻率帯號統(tǒng)電纜恨輸至讀數(shù)裝置或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，再經(jīng)換算即可得到被測結(jié)構(gòu)物伸縮縫或裂縫相對位移的變化量4處掘弦式位移il甲上破價格a功施型対.單.世單價i南象葛南霍業(yè)肓限巻討劃縫計VWD-2OJ支15002南宜鮎|創(chuàng)實業(yè)稈磁司測冊VWD2(U支J?W3南京葛南嚏韭有琨碁司2向測鍛針VW5(1J輸冊4南泉葛南實業(yè)有醍赴刮3扁則鮒VWD-5(j54005血京卓陸子科技有韻公司GK-44JI)Zj1000ufa1In33振弦我表面應(yīng)變計ufa1In初襯鋼拱架應(yīng)變監(jiān)測中用到鋼弦式表面應(yīng)變計。表面應(yīng)變計適用于長期安裝在水工建筑物或其他混凝上結(jié)構(gòu)物如梁、柱、襯砌）農(nóng)面，測最連謹(jǐn)點的線性變形（應(yīng)變）與應(yīng)力.同時

15、可兼測埋設(shè)點的溫度口鋼弦式表而應(yīng)變計工作原理：闿結(jié)構(gòu)物受力或因溫度變化發(fā)生線性伸縮變形時，與結(jié)構(gòu)物剛性固連的應(yīng)變計產(chǎn)生同步變形通過前.后端座傳遞給振弦使其產(chǎn)生應(yīng)力變化，從而改變振弦的固有振動頻率“激勵與信號拾取裝肯徼勵振眩使其發(fā)生諧振.同時拾取其振動頻率信號,此信號輕電纜傳愉至讀數(shù)裝置，即可測出被測結(jié)構(gòu)物的線性改變慣，此改變浪與儀器標(biāo)稱長度的比值即為應(yīng)變最。i!支7002打沖川電r科技有tm力計3S55-BFE支KNXI機軾電子工程手甕ni*iC電4神卑Jt乍arbi3.5錨桿軸力計振弦式軸力計,又稱反力計，是一種振弦式載遠(yuǎn)傳感器，真有分辨力龕,抗F擾性能強*對集中載荷反應(yīng)靈敏.測值可靠性好等

16、優(yōu)點,能長期測量基鈾對上部結(jié)構(gòu)的反力對倒支撐軸力及靜壓樁實驗時的載荷：若加裝溫度傳感器可同步測量安裝點的溫度口機純電子工輕手就錨桿軸力計工作原理當(dāng)被測結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的鋼筋發(fā)牛一應(yīng)力變化時.鋼筋計將受到拉伸或壓縮，鋼套同步產(chǎn)生變形，變形使鋼筋計感受拉伸或壓縮的變形，變形傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率*頻率信號經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置j卽可剽出被測結(jié)構(gòu)物內(nèi)鋼筋所受的應(yīng)力n錨桿軸力計型號及悄格如表5所示口機軋電子工趕手配umiiIiiwifBFiBn：*4利址丈孝BUIta!hlj技5錨樸軸力汁片八；鬼信樓序號型號1南成闍甫毬業(yè)有阻錨解應(yīng)力比6502啣

17、京帥實業(yè)他刪制力計VWA眾列fi32003北嵐總川址了科艮有限會司鉗筋計SS49-IJGK49LIB50杠純電yxfrkNIwwsriaE*k*&iEiBTC電川蜀丈尊申Hlta!-超聲浪測距技術(shù)隧道的圍巖收斂和拱頂F沉址隧道期運營他康監(jiān)測的璽翌頊目。I丨詢寶際隧道監(jiān)測中針對該項主要使用的儀器是全站儀。全站儀具有測距自動化及數(shù)據(jù)將處理快速化的優(yōu)慮，并且測量結(jié)果精度離。但是，全站儀屬于光學(xué)儀器,不適合在惡劣環(huán)境（如光照不足，大霧天氣）下工作，并H全站儀成本很高,市場價格多在兒力倒兒-JJZ間口針對金站儀監(jiān)測隧道位移變形的缺點和高成木.結(jié)合.導(dǎo)師的專業(yè)優(yōu)勢，我們提出應(yīng)用超聲波測距技術(shù)對隧道的111

18、巖收斂和拱頂下沉進(jìn)行監(jiān)測，這種方法具有迓壞境影響小并且低就本的優(yōu)點杠軋電子工程手甕fr*wmiiI山11切nriBTC電4利越犬畧BIta!超聲波測距優(yōu)點：超聲波的指向性比較好，其頻率越窩，指向性越好。超聲波傳播能量大，対各種材料的穿透力較強。超聲波的蘆速S哀減阻抗和散射等特也為超聲波的應(yīng)用提供了豐富的信息口超蘆撿測具有適應(yīng)性強、檢測靈敏度高.対人體無害、設(shè)備輕巧.成本低廉，可即時得到探傷結(jié)果，適合在實驗室及野外等各種環(huán)境下工作，并能對正在運行的裝置和設(shè)備實行在線檢杳。電M*W1Ita!E超聲波測距原理：趙聲波測距的工作原埋:發(fā)射換能辭向外發(fā)射超聲波超聲波在介質(zhì)中傳播，遇到障礙物后反射，產(chǎn)生回波，接收換能器接收冋波口渡越時間袪就是通過檢測發(fā)射超聲波占接收回波之間的時間差1求出目標(biāo)障礙物距信號發(fā)射源的距離乩計算公式溝：vtd=2其中,v為超聲波波速（m/弘空氣中：丫=331AXh/TTT/273機軋電yxnfRmbwj血tfim:超聲波測距缺點：目前超聲旅測距技術(shù)存在測量范圍小，精度低,分辨率低的缺點。隧道變形監(jiān)測要求精度高需要針對影響超聲波測距精度的因素對超山波測距電路進(jìn)疔優(yōu)化,提高其