英國研發可3D打印的“自感應材料” 電信號實時監測隧道襯砌裂紋

技術背景

傳統的隧道養護一般采用工人目視檢查的方法，對管片襯砌上出現的裂縫與滲漏進行標記，之后再采用注漿等手段修復。然而，隧道建成后，襯砌部分被水土覆蓋，管片中的裂縫與滲漏產生的過程較為緩慢，難以直接觀測，當能夠直接通過目視觀察時可能為時已晚。

日前，英國COWI公司聯合思克萊德大學開發了一種能夠利用機器人自動打印至隧道襯砌表面的自感應材料，可發出電信號監測襯砌表面出現的裂紋。

技術簡介

該技術由無線傳感器模塊與自感應材料2部分組成。1)無線傳感器模塊可在管片成型前按需求澆筑到管片的內部，待管片拼裝完畢后，內部的無線傳感器模塊將透過混凝土實時監測管片的形狀變化，以反映管片承受的應力載荷變化。傳感器的數量和安裝模式可以根據隧道周邊的地質調整，對于應力集中的區域，可以放置更多的傳感器。2)自感應材料是一種膠結材料，在管片澆筑完成后，可以通過自動化的機械臂將其“3D打印”至管片襯砌的表面，成為管片的“感應層”。這種膠結材料在感受到管片混凝土發生變形、裂紋與性質變化時會發出相應的電信號，這種電信號會被管片內部的無線傳感器模塊所接收，并告知養護人員襯砌的應力變化情況，以此決定隧道養護手段。

應用前景

使用該技術后，隧道養護人員可以在養護時使用無線網絡設備接收傳感器傳回的數據，以可視化方式發現隱藏在管片內部的裂縫等病害。

目前該技術尚處于研究驗證階段，未來計劃在英國的多條隧道內進行試驗。除了用于隧道等基礎設施的養護外，該技術也可以用于驗證更多創新性的設計，例如： 在試用更環保的低碳混凝土等材料時，利用該技術可以實時捕獲材料內部的應力變化，以此驗證新材料的性能。

(摘自 隧道網 https://www.tunnelling.cn/PNews/NewsDetail.aspx?newsId=45449 2021-11-11)