隧道結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

“全智云”隧道結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)（隧道運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)預(yù)警與智能評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)）工程應(yīng)用及展望技術(shù)背景主要?jiǎng)?chuàng)新成果231?深部巖石高地應(yīng)力

，

可能存在的

巖爆、

大變形問(wèn)題（達(dá)2000米以

上）?海底巖石隧道問(wèn)題

（水深100米

以上）?海底水下建筑問(wèn)題

（如港珠澳沉

管隧道）?江底盾構(gòu)隧道（錢(qián)江通道）?城市土層下超過(guò)50m的深基坑問(wèn)

題

（上海蘇州河深隧工程基坑近

60m深）?超級(jí)隧道工程運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題

日漸突出1

技術(shù)背景l(fā)

近代技術(shù)的發(fā)展解決了地下工程的難題

，

涌現(xiàn)各類超級(jí)隧道工程港珠澳大橋沉管隧道錢(qián)江隧道

滇中引水項(xiàng)目錦屏二級(jí)電站2號(hào)引水洞（最大埋深2525米）英吉利海峽隧道（最大水深172米）（獲菲迪克2016年工程項(xiàng)目杰出獎(jiǎng)）

（基坑深度77.3米）超大斷面盾構(gòu)隧道Φ14.5~

15.2m乃至更大斷面積:

約180m2例如錢(qián)江隧道外徑Φ15m

、甌江北口鐵路隧道Φ14.5m大斷面盾構(gòu)隧道Φ10.0~

11.5m斷面積:約100m2例如慶春路隧道外徑Φ11.3m城市地鐵盾構(gòu)隧道Φ6.0~6.2m斷面積：約30m2例如杭州地鐵外徑一般為Φ6.2ml

盾構(gòu)隧道建設(shè)大發(fā)展隧道工程方面，

目前各類已運(yùn)營(yíng)隧道總里程近5萬(wàn)公里。早期隧道工法均以礦山法隧

道為主。近二十年來(lái)

，在盾構(gòu)隧道方面迎來(lái)了

突飛猛進(jìn)的大發(fā)展

，成為僅次于礦山法的第二

大隧道施工工法，

目前已運(yùn)管盾構(gòu)隧道包括數(shù)千公里的地鐵盾構(gòu)隧道、百余座水下和城市盾構(gòu)隧道(公路、市政、鐵路)、若干水工隧洞(引

水、排水)等。1

技術(shù)背景l(fā)盾構(gòu)隧道運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)病害較多盾構(gòu)隧道運(yùn)營(yíng)期早期主要結(jié)構(gòu)病害包括滲

漏水、

結(jié)構(gòu)損傷、

結(jié)構(gòu)形變等。

隨著時(shí)間推移

,也將面臨襯砌材質(zhì)劣化的耐久性問(wèn)題。1

技術(shù)背景上海地鐵盾構(gòu)隧道8498處表觀病害統(tǒng)計(jì)結(jié)果鄰近施工擊穿隧道縱向不均勻沉降盾構(gòu)管片開(kāi)裂盾構(gòu)管片錯(cuò)臺(tái)盾構(gòu)管片掉塊橫斷面收斂較常見(jiàn)病害滲漏水漏水涌泥混凝土碳化鋼筋銹蝕其他病害l

傳統(tǒng)人工為主隧道檢測(cè)的局限性①現(xiàn)場(chǎng)全面的定期檢測(cè)每年只能進(jìn)行1～2次

，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道存在的安全隱患；②

人工檢測(cè)工作量大

，效率低

，且常常以定性調(diào)研為主

，主觀性強(qiáng)

，定量分析不足；③對(duì)于有防火板、

隔墻、煙道層等情形

，往往不便于對(duì)這些隱蔽部位的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接檢測(cè)；④檢測(cè)過(guò)程往往影響交通通行（尤其是車行盾構(gòu)隧道）。1

技術(shù)背景l(fā)

新型快速化檢測(cè)方式的優(yōu)點(diǎn)和局限性

優(yōu)點(diǎn)：

①速度快

，效率高；

②機(jī)器檢測(cè)、

客觀性強(qiáng)；

③比人工檢測(cè)更安全。

局限性：①對(duì)于有防火板、

隔墻、

煙道層等情形（尤其是車行盾構(gòu)隧道）

，

無(wú)法直接檢測(cè)；②現(xiàn)場(chǎng)全面的定期檢測(cè)每年只能進(jìn)行1～2次

，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隧道存在的安全隱患；③盾構(gòu)隧道襯砌表面有特殊曲率并伴有管片拼縫、

各種管線、

螺栓孔、

支架、

道

床、混合光線、

表面污漬等眾多影響圖像識(shí)別的干擾物

，對(duì)圖像病害處理要求高。1

技術(shù)背景l(fā)

隧道結(jié)構(gòu)安全智能在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)和局限性

優(yōu)點(diǎn)：①可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)

，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)響應(yīng)異常

，

并進(jìn)行智能化自動(dòng)預(yù)警；②監(jiān)測(cè)過(guò)程完全自動(dòng)化

，且可自動(dòng)生成分析報(bào)告

，效率高；③隨著監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不斷積累

，

可綜合評(píng)估和預(yù)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期性能

，指導(dǎo)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策和大中修計(jì)劃制定；④有利于提高隧道運(yùn)維管養(yǎng)的智能化水平。

局限性：①一般對(duì)典型重要區(qū)段進(jìn)行監(jiān)測(cè)

，

無(wú)法做到全覆蓋；

②需做好對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定期維護(hù)工作。1

技術(shù)背景數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示例傳感器示例軟件示例傳感器示例l

隧道結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)案例國(guó)外隧道結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從上世紀(jì)80

年代開(kāi)始使用

，最近二十余年隧道結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)

測(cè)系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用日益增多。

水下盾構(gòu)隧道安全監(jiān)測(cè)案例較多盾構(gòu)隧道多為軟土隧道

，其運(yùn)營(yíng)期安全風(fēng)險(xiǎn)較

高。（尤其是水下隧道和城市核心區(qū)隧道等）

。

復(fù)雜環(huán)境山嶺隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)日漸突出山嶺隧道多為巖石隧道

，其運(yùn)營(yíng)期安全風(fēng)險(xiǎn)相

對(duì)較低。

多在地質(zhì)環(huán)境非常復(fù)雜的山嶺隧道或近接

交叉隧道開(kāi)展自動(dòng)化智能監(jiān)測(cè)

，或在既有病害繁多

的山嶺隧道開(kāi)展病害發(fā)展追蹤監(jiān)測(cè)。1

技術(shù)背景一系列政策文件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)提出了要求隧道結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)技術(shù)是隧道運(yùn)維管養(yǎng)智能化的重要發(fā)展方向！1

技術(shù)背景l(fā)

隧道結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)技術(shù)是未來(lái)重要發(fā)展方向l國(guó)內(nèi)同類隧道智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足同濟(jì)大學(xué)、

西南交大、

中科院武漢巖土所、

北京交大、

中交公規(guī)院、

蘇交科等均有隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，

但現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在一些共性的不足：

業(yè)主單位提出將巡檢、

定檢、

在線監(jiān)測(cè)等多源數(shù)據(jù)放在同一平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理和綜合分析的需求

，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)普遍沒(méi)有該

功能

，導(dǎo)致巡檢、

定檢、

在線監(jiān)測(cè)工作脫節(jié)

，無(wú)法形成聯(lián)動(dòng)。1

技術(shù)背景

沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

，

常出現(xiàn)預(yù)警值確定不合理的問(wèn)題

，

再加上傳感器自身不穩(wěn)定、

外界環(huán)

境干擾等不利因素

，

常會(huì)出現(xiàn)虛警或漏警l

“全智云”隧道結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)針對(duì)現(xiàn)有隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的虛警、

漏警、

檢測(cè)與監(jiān)測(cè)工作脫節(jié)的問(wèn)題

，

結(jié)合省內(nèi)多項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目工程實(shí)踐及多項(xiàng)科

研課題

，形成成果：

“全智云”隧道智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)主要功能：

系統(tǒng)集隧道結(jié)構(gòu)在線多層次實(shí)時(shí)預(yù)警、

在

線預(yù)警響應(yīng)決策、

融合多源數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)安全狀況綜合評(píng)價(jià)、

自

動(dòng)生成分析報(bào)告、

圖形界面可視化展示等功能于一體。序號(hào)科研項(xiàng)目名稱1交通廳科技示范工程：水下盾構(gòu)隧道建設(shè)智能化技術(shù)應(yīng)用示范工程2科技廳課題：盾構(gòu)隧道運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)智能安全監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研究3交通廳課題：水下盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及養(yǎng)護(hù)一體化技術(shù)研究4博后課題：基于多源信息融合的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)方法2主要?jiǎng)?chuàng)新成果備注：發(fā)表學(xué)術(shù)論文4篇(1EI/3核心)

，申請(qǐng)專利3項(xiàng)，軟著1項(xiàng)。多項(xiàng)特色創(chuàng)新功能多項(xiàng)科研項(xiàng)目支撐多項(xiàng)工程實(shí)踐l

“全智云”隧道結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)特點(diǎn)其一系統(tǒng)涵蓋了較完備的盾構(gòu)隧道運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)和預(yù)警分級(jí)體系：通過(guò)廣泛調(diào)研盾構(gòu)隧道病

害、分析各類病害成因及搜集規(guī)范規(guī)定

，總結(jié)了完備的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

，體現(xiàn)了盾構(gòu)隧道主要特點(diǎn)。2主要?jiǎng)?chuàng)新成果指標(biāo)體系和預(yù)警分級(jí)體系完備

，涵蓋了盾構(gòu)隧道的主要特點(diǎn)l

“全智云”隧道結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)特點(diǎn)其二系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多指標(biāo)、

多傳感器數(shù)據(jù)融合基礎(chǔ)上的新型在線分級(jí)預(yù)警：

可克服單支傳感器、

單一指標(biāo)預(yù)

警的局限性

，從算法上明顯降低虛警或漏警的發(fā)生。2主要?jiǎng)?chuàng)新成果多傳感器數(shù)據(jù)融合聯(lián)動(dòng)預(yù)警

避免單一傳感器誤報(bào)誤判l(wèi)

“全智云”隧道智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)特點(diǎn)其三

系統(tǒng)提供了一整套科學(xué)的預(yù)警判斷、告警及響應(yīng)機(jī)制：為有效解決由于傳感器自身不穩(wěn)定、

外界環(huán)境干擾、

相關(guān)人

員誤判等因素造成的虛警或漏警問(wèn)題

，從工作流程上最大化

避免了虛警、

漏警的發(fā)生

，

可為運(yùn)維管養(yǎng)工作的標(biāo)準(zhǔn)化、

規(guī)

劃范、

流程化提供有益借鑒。2主要?jiǎng)?chuàng)新成果借助信息化手段使得流程規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)化避免誤報(bào)誤判線上維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員監(jiān)測(cè)傳感器養(yǎng)護(hù)人員融合巡檢、

定檢及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)盾構(gòu)隧道劃分不同的安

全級(jí)別區(qū)段

，

實(shí)現(xiàn)對(duì)整條隧道安全狀況的綜合評(píng)價(jià)l

“全智云”隧道智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)特點(diǎn)其四實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢、定檢和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一管理和綜合分析：將巡檢、

定檢及在線監(jiān)測(cè)等多源數(shù)據(jù)有

機(jī)融合

，

實(shí)現(xiàn)對(duì)全隧道結(jié)構(gòu)安全狀況的綜合評(píng)價(jià)

，

并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果把整條隧道劃分為不同的安全等級(jí)區(qū)段

，

以便掌握全隧整體安全狀況

，指導(dǎo)隧道預(yù)防性養(yǎng)護(hù)決策和大中修計(jì)劃的制定。掌握全隧道整體安全狀況

，指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)決策多方工作數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一管理巡檢

定檢自動(dòng)化監(jiān)測(cè)2主要?jiǎng)?chuàng)新成果3工程應(yīng)用及展望l

工程應(yīng)用一：

舟山魯家峙海底隧道（保障“鉆爆-盾構(gòu)-明挖”多工法跨海隧道的安全）3工程應(yīng)用及展望l

工程應(yīng)用二：

湖州南潯水下隧道（保障隧道和上方世界文化遺產(chǎn)千年南潯古鎮(zhèn)的安全）3工程應(yīng)用及展望l

工程應(yīng)用三：

杭州天目山快速路隧道工程（保障城市核心區(qū)隧道安全

，

尤其是兩次下穿地鐵）l

工程應(yīng)用展望：

可應(yīng)用于新建隧道或未來(lái)規(guī)劃隧道

浙江目前正協(xié)同推進(jìn)杭州、寧波、溫州、金義四大都市區(qū)建設(shè)，其中有三

大都市圈瀕臨海灣，集中于杭州灣、臺(tái)州灣、樂(lè)清灣、三門(mén)灣四大灣區(qū)及

其上游河流水域、舟山群島海域，這些都市圈的協(xié)同發(fā)展離不開(kāi)交通建設(shè)

,

而水下隧道是打通灣區(qū)的重要方式，將有一大批跨海越江隧道待建。

浙江在建及規(guī)劃系列隧道群工程眾多，包括錢(qián)塘江上隧道群、甬舟金塘跨

海鐵路隧道和甬舟高速?gòu)?fù)線金塘跨海公路隧道（超大型跨海隧道）

、規(guī)劃

舟山南部連島隧道群（世界級(jí)水下隧道群）等等。3