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      隧道结构健康安全监测方案

      上市日期: 2014-12-15
      为确保桥梁结构的结构安全,实现安全的运行,实施合理的维修计划,建立桥梁结构健康监测系统是非常必要的。通过健康监测发现桥梁早期的病害,既能保障行车安全,又能大大节约桥梁的维修费用。

      为了交通的便捷和快捷,提高运输效率和效益,在公路、铁路、城市交通的建设中出现了大量的隧道建设,由于隧道大多建设在城市地下、山区、江河湖泊底部,地质状况复杂,任何地质情况的变化都会给遂道的安全带来极大的危险,因此,无论是在隧道建设的过程中还是隧道运行使用的过程中均应实施状态健康监测。

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      结构健康监测在隧道监测领域的发展目前明显滞后于其他领域的发展,主要原因有两点:

      1、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,长达几公里到数十公里,往往穿越许多不同的环境空域和时域,工程条件常常比较复杂,有时环境十分恶劣,因此要准确、快速、长距离、实时和大范围获得结构体的变形数据和变化规律并非易事。

      2、缺少长距离和大面积的监测技术:隧道工程长达数公里到数十公里,对这钟长距离和大面积的监测对象,传统的检测和监测技术和方法一般无能为力;

      随着光纤光栅传感技术的不断发展和应用,特别是智能光纤光栅传感技术的不断成熟,长距离,大面积的实时在线健康监测已经完全可以再隧道的健康监测中大展宏图。

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      隧道监测示意图

      光纤光栅隧道监测的主要内容是:

      隧道收敛变形监测

      隧道地表土体沉降

      隧道拱顶沉降、围岩离层监测

      孔隙水压力监测

      围岩压力及支护土压力监测

      支护和衬砌内应力

      表面应力及裂缝测量

      锚杆或锚索受力

      钢支撑内力及外力

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      在隧道内应用的光纤光栅传感器包括:温度传感器、应变传感器、位移传感器、压力传感器、倾斜传感器、土压计、渗压计、猫杆测力计等。光纤光栅传感健康监测系统包括传感器、数据采集、数据通讯、数据保存、数据处理、开放接口等单元组成。

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      隧道管片预安装埋入式传感器和钢筋计

      隧道健康监测主要分两个阶段,一是施工阶段,二是运营阶段

      1、隧道施工阶段:施工阶段监测可以及时把握围岩变化及支护系统的力学状态,预测工程安全事故,及时修正施工方案,将风险和损失降到最小。另外在施工期可将相关传感器及时植入隧道内部,构成隧道体内的感知“神经”;再加上隧道成型后安装在隧道表面的传感器的共同监测,由此可以形成一个真正的全面的隧道光纤光栅智能健康监测系统。

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      隧道结构健康监测传感器安装

      2、隧道主体成型后的阶段:隧道主体成型后主要安装表面传感器,这些传感器主要是光纤光栅表面应变计、裂缝位移计、温度计。

      隧道监测分类及使用传感器的种类

      分类

      传感器名称

      隧洞形变监测

      光纤光栅位移计

      光纤光栅离层传感器

      光纤光栅土体位移计(裂缝计)

      隧洞渗流监测

      光纤光栅土压计

      光纤光栅渗压计

      应变监测

      光纤光栅锚杆压力计

      光纤光栅钢筋计

      光纤光栅FRP智能锚杆

      光纤光栅应变(表按、埋入)计

      温度监测

      光纤光栅温度计


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