隧道支護體結構健康監測系統的構建

徐霖

摘 要：結構健康監測是為了實現結構無損傷監測，在這個過程中使用了很多的方法對現場無損傳感器采集到的數據進行結構系統特性分析。隧道結構和其他建筑形式存在著很大的不同，因此，在施工中，隧道支護體和圍巖之間存在著相互作用的情況，而且情況比較復雜，這樣就導致結構健康監測在隧道施工中應用非常緩慢。隨著新技術和新理論的出現，隧道結構也發生了很大的改變，對其進行結構健康監測也慢慢成為了隧道安全管理中非常重要的組成部分。

關鍵詞：隧道支護結構；健康監測系統；構建

1 引言

近年來，我國的建筑工程行業獲得了很大的發展，其在很多建筑結構施工中都應用了先進的施工技術，在施工方法上也進行了改變，因此，對隧道工程施工的結構安全性進行監測成為了檢驗隧道安全的重要措施。隧道施工取得了很大的進步，同時，在施工健康監測方法也取得了很大的進步，對現有的施工技術情況進行掌握，更加系統和全面的對采集傳輸進行更好的利用，在進行采集的時候，可以對施工現場的化學成分相關信息進行收集，然后對施工過程中可能存在的風險進行識別，這樣也能提高監測的準確性。隧道施工過程中，一定好保證施工的安全性，這樣不僅僅能夠更好的提高施工企業的信譽，同時，也能促進隧道工程建設獲得更好的發展。現在，對隧道施工進行監測是有一些方法的，隧道施工安全監測與其相比存在很大的差別，其在發展過程中實現了更加系統、全面的發展，經濟性方面也非常好。

2 隧道施工健康監測系統組成探討

隧道健康監測系統在利用過程中實現了在施工前、施工中和施工后的健康監測，在施工前，健康監測能夠對出現的風險進行識別，同時，也能將出現的風險進行排除；在施工中，健康監測能夠對施工中出現的任何情況都進行了解；在施工后，能夠保持觀測角度對隧道健康監測系統進行分析，對系統的組成情況進行掌握。

隧道是非常特殊的施工工程，在施工過程中面臨的問題也非常多，對出現的問題及時發現進行處理，對保證施工的安全性非常有利。在施工前，對開挖的風險進行監測，同時進行提醒，這樣能夠促使整個施工是在安全控制狀態下進行施工，施工前要對施工地點的地質進行分析，在確定沒有安全隱患的情況下，制定施工組織計劃，避免出現盲目施工的風險。隧道在施工過程中，開挖工程具有的風險非常大，開挖過程中非常容易遇到瓦斯、地下水以及地質構造破碎的情況，為了更好的提高安全性，在施工中可以對先進的技術進行利用，對提高隧道施工工程的監測和應急能力非常有利。

對施工人員和施工設備進行監測，對可能出現的風險可以進行有針對的預防，監測風險的時候也能提高其處理的速度。隧道施工現場可視監控系統，能夠對施工現場的情況進行實時的反映，因此，相關的管理部門也能更好的對施工情況進行指導。隧道施工人員和設備的使用都要滿足安全施工規范，這樣能夠確保隧道施工的安全性。隧道施工過程中，其施工質量的好壞和構造的尺寸以及位置有很大的關系，因此，對構造的尺寸和位置要進行有效的控制，在施工中對其進行很好的觀察，對出現的問題及時解決。

3 隧道支護與圍巖結構體系分析

對施工經驗進行總結，得出了理想的支護體結構，其應該滿足兩個方面的要求，要保證支護體能夠和周圍的圍巖緊密的結合，這樣能夠將支護結構和圍巖作為一個完整的結構進行施工；支護體在使用的時候要能夠和圍巖共同產生形變，而且這種形變要保證是有限的，支護體要能夠對圍巖的變形量進行控制，對圍巖的承載能力進行充分的利用。因此，隧道施工中，支護體的結構采用了柔性支護結構，這樣能夠和圍巖實現緊密聯系，同時，也能給圍巖提供必要的支護能力。

支護體鋼構件通常是鋼拱架和格柵拱架，鋼拱架一般都是由槽鋼或者是工字鋼彎制而成，而格柵拱架通常是由螺紋鋼筋彎曲焊接而成，這種鋼結構雖剛度非常低，在施工中，對圍巖的支撐效果也不明顯，但是，其在施工中能夠和混凝土緊密結合為一體，能夠形成完整的鋼筋混凝土結構，對提高支護結構的剛度有非常明顯的效果，同時，也能更好的發揮結構的施工作用。格柵拱架在施工中非常的方便，重量也非常輕，因此，在安裝過程中也具有很多的優點。剛度較大的拱架能夠在支撐效果方面非常明顯，同時，也能避免出現圍巖早期變形的問題。型鋼結構拱架在施工中具有很多的優點，但是，其在制造過程中要面臨很多的問題，其在制作過程中由于本身的剛度較大，彎曲的過程比較困難，而且，重量方面也比較大，在搬運和安裝過程中要面臨的問題非常多，因此，鋼拱架一般都是應用在特殊地質結構中，避免出現圍巖早期變形過大的問題，同時，在穩定性方面也能發揮很大的效果。

4 針對隧道支護體的健康監測技術分析

4.1 隧道支護體健康監測系統的組成

實際的監測系統一般應包括以下幾個部分：現場監測。由就地安裝的現場傳感器和自動采集單元構成，結合目前先進的傳感技術，利用先進有效的信號處理技術，實現數字化的信號采集和分析處理。通信與傳輸。在隧道里利用各種有線和無線傳輸方式，結合網絡等遠程傳輸設備將數據傳輸到監控中心。通過各種檢測方法對隧道結構的變形與受力情況進行監測，及時提供圍巖沉降和變形信息，及時預見事故和險情。

4.2 隧道結構健康監測參數

隧道結構健康狀態監測需要從隧道結構中提取能反映結構特性的參數信號，如應力、應變、溫度、變形、位移等信號，所以隧道結構安全監測主要應該集中在以下方面。監測位移，為了了解隧道斷面的變形情況可以檢測隧道的周邊收斂、縱向位移及洞口地表沉降等位移情況，依此來判斷隧道結構的穩定性。

5 支護體健康監測系統設計

隧道支護體結構健康監測不同于目前工程上常用的應力監測，旨在監測支護體內部受力鋼結構是否與設計位置一致、受力鋼構件細部結構是否受到損害、施工完成后乃至運營期間，位于復雜地質結構處的結構體是否穩定無變形。即系統應該包括三個子系統：支護體結構完整性檢測、支護體結構損傷監測以及支護體拱頂變形沉降監測。為實現系統目標，設想三個子系統技術實現總體思路及要解決的技術關鍵分別是：支護的結構完整性檢測子系統：擬利用在隧道地質超前預測時得到的隧道兩側的雷達波數據，通過雜波抑制處理和參數估計得到支護的完整性信息。該方面的技術關鍵在于如何提高接收振動反射波的識別質量，形成易于操作、效果好的構造物定形定位技術。支護體結構損傷監測子系統：該系統目的是實現較為精確的支護體結構是否受到損傷監測值，為后續施工和防護提供有效的數據支持。支護體沉降變形監測子系統：該子系統目的是較傳統隧道變形監測方法在測量精度、設備組成與安裝上進行簡化。技術關鍵是設備組裝與分析集成技術。

6 結束語

文章對隧道施工前期存在的安全風險進行分析，對隧道施工健康監測系統構成進行分析，對影響健康監測的問題進行深入討論，對支護體結構的重要性和支護檢驗的必要性進行分析，提出了隧道結構健康監測系統的總體設計方案和技術措施。

參考文獻

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