中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)建立的目的是通過對隧道結(jié)構(gòu)狀況以及其他工作狀況的監(jiān)測，為運(yùn)營期結(jié)構(gòu)狀況的評估、運(yùn)營現(xiàn)狀以及工程服務(wù)壽命的預(yù)測提供大量監(jiān)測數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)需要對以下幾個方面對隧道進(jìn)行監(jiān)測：
（2）隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測，包括：變形、收斂、內(nèi)力、接縫監(jiān)測；
（3）地層監(jiān)測，包括：土壓力、水壓力監(jiān)測；
對隧道進(jìn)行健康監(jiān)測具有以下作用：
（1）認(rèn)識不同工況下，隧道結(jié)構(gòu)、地層及相鄰環(huán)境的變化及發(fā)展規(guī)律，以便有針對性的改進(jìn)施工工藝、調(diào)整施工參數(shù)；
（2）建立預(yù)警制度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時的整體結(jié)構(gòu)檢測，及時發(fā)現(xiàn)隧道監(jiān)測斷面乃至整體可能存在的損傷和質(zhì)量退化，保證結(jié)構(gòu)安全；
（3）為研究巖土性質(zhì)、地下水條件、施工方法與隧道變形、水土壓力及地表沉降的關(guān)系積累數(shù)據(jù)，為改進(jìn)設(shè)計提供依據(jù)；
（4）預(yù)測隧道未來的工作狀態(tài)，對發(fā)現(xiàn)的隧道異常進(jìn)行初步分析，并提供經(jīng)濟(jì)合理的維護(hù)建議；
（5）可以合理的進(jìn)行交通管理，保證人民生命財產(chǎn)安全，在出現(xiàn)事故隱患的情況下，及時采取降低車流、疏散人員等措施。
隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能：
（1）施工期和運(yùn)營期實(shí)時監(jiān)控、實(shí)時數(shù)據(jù)采集、存儲、處理；
（2）遠(yuǎn)程系統(tǒng)管理和控制；
（3）自動生成報表、隧道狀態(tài)變化曲線圖等；
（4）通過多項數(shù)據(jù)分析技術(shù)對結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行初步分析和多級預(yù)警；
（5）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問及主動信息發(fā)布；
（6）與GIS系統(tǒng)和其它監(jiān)控系統(tǒng)的無縫連接；
（7）輔助決策與應(yīng)急預(yù)案管理發(fā)布系統(tǒng)；
（8）系統(tǒng)設(shè)備故障自診斷功能；
（9）自由設(shè)定報警規(guī)則和閾值；
公路隧道尤其是特長公路隧道因地質(zhì)條件、施工技術(shù)復(fù)雜及造價、營運(yùn)管理等方面的原因，在隧道使用過程中隨著年限的逐年增加，隧道結(jié)構(gòu)的覆存條件將發(fā)生改變，襯砌質(zhì)量逐漸劣化。特別是隧道內(nèi)的初期支護(hù)，由于自身因素及地下水等有害物質(zhì)的長期侵蝕，將部分或全部失去支護(hù)能力。在此過程中荷載將逐漸向二襯轉(zhuǎn)移，二襯也由隧道建成之初的部分承載或安全儲備逐漸過渡為重要承載單元。隧道的最終安全性狀況也將由二襯的安全狀況具體體現(xiàn)。
其次，隧道建成后圍巖被支護(hù)結(jié)構(gòu)封閉，難以量測，因而營運(yùn)期間的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測以支護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其以二次襯砌的變形或受力為主。
依據(jù)前述分析，在渝涪高速公路隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中主要選擇二次襯砌上作為監(jiān)測對象。
具體如下：
（1）拱頂：冒頂、塌方、拱頂應(yīng)用位移計、應(yīng)變傳感器監(jiān)測拱頂?shù)木植孔兓?/SPAN>
（2）拱腰：表面應(yīng)力計測量，
（3）拱底：一般用激光位移計、土壓計測量，
（4）輪廓變形和收斂：一般用激光位移傳感器
（5）裂縫：裂縫傳感器
圖1 隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測--應(yīng)用示意圖
在選定的各類圍巖代表性斷面處，為方便今后在隧道營運(yùn)管理中對主體結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行長期、實(shí)時監(jiān)控，并將監(jiān)控數(shù)據(jù)及時傳送至中央控制室，形成隧道營運(yùn)期間的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
首先需在獨(dú)立斷面中現(xiàn)場埋設(shè)的長期監(jiān)控量測元件，為方便隧道建成后局域網(wǎng)的組網(wǎng)要求，各斷面上埋設(shè)用于隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測長效無損傳感器的電纜線均引至弱電纜槽一側(cè)的預(yù)留集線箱中(與隧道監(jiān)控、機(jī)電系統(tǒng)共用)，以便后續(xù)通過弱電纜槽中預(yù)留的光纖接口形成隧道監(jiān)控的局域網(wǎng)絡(luò)，最終組成隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。而后在集線箱內(nèi)將傳感器與一臺多點(diǎn)自動采集儀聯(lián)接，自動采集儀是監(jiān)控系統(tǒng)的二次儀表，它由主控計算機(jī)通過傳輸系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)設(shè)置好狀態(tài)參數(shù)后，各監(jiān)控斷面的自動采集儀可完全獨(dú)立工作，完成傳感器信號的采集與存貯。在完成各獨(dú)立監(jiān)控斷面處的無損傳感器與自動采集儀的連接后，將不同斷面的自動采集儀間利用事先預(yù)留在弱電纜槽中的總線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行串接，再通過傳輸系統(tǒng)接至位于隧道機(jī)電控制室的主控室，形成隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)將信息實(shí)時傳至管理中心。
圖2 隧道健康監(jiān)測外場監(jiān)測站采集傳輸示意圖
