隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)及可視化研究與應(yīng)用

佐文博　安碩碩　周騰

摘? 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地鐵也日益成為人們出行的交通工具，而隧道是第題的重要基礎(chǔ)設(shè)施。隧道結(jié)構(gòu)的健康狀況對(duì)地鐵的行車(chē)安全有著巨大的影響作用。本文以“徐州地鐵1號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)”為研究背景，對(duì)徐州地鐵一號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)健康進(jìn)行可視化研究，并對(duì)隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)這一重大課題進(jìn)行探索。

關(guān)鍵詞：隧道;可視化;健康評(píng)價(jià)

徐州地鐵一號(hào)線全長(zhǎng)23.10公里，是徐州的主干線路，沿路經(jīng)過(guò)徐州市中心彭城廣場(chǎng)、紅色建筑淮塔等重要地標(biāo)，其重要性不言而喻。這就對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)提出更嚴(yán)苛的要求，以確保徐州地鐵安全、健康并且穩(wěn)定地。本文運(yùn)用可視化系統(tǒng)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)可視化系統(tǒng)進(jìn)行研究分析和探索。

1 隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)和可視化

1.1 隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)

隧道結(jié)構(gòu)安全健康評(píng)價(jià)是通過(guò)運(yùn)用隧道結(jié)構(gòu)工程的理論和方法，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)工程可能出現(xiàn)的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判和預(yù)警?？茖W(xué)地模擬每種危害出現(xiàn)的可能性大小，最終形成預(yù)警等級(jí)圖。在施工前，根據(jù)事故和問(wèn)題發(fā)生頻率的大小，制定相應(yīng)的對(duì)策。

在隧道結(jié)構(gòu)安全健康評(píng)價(jià)中，指標(biāo)的選定也成了重要的一環(huán)，指標(biāo)的選定直接影響健康評(píng)定的好壞以及結(jié)果是否具有說(shuō)服力。

1.2 可視化

可視化是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等技術(shù)，將一些無(wú)法通過(guò)人直接觀察得到的知識(shí)、信息或者數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖形、視頻或者VR等格式在屏幕或者一定的空間中反映出來(lái)的技術(shù)?？梢暬畛鮼?lái)源于計(jì)算機(jī)技術(shù)，隨后經(jīng)過(guò)發(fā)展應(yīng)用于建筑學(xué)、智能建造學(xué)等學(xué)科中。

1.3 健康評(píng)價(jià)和可視化結(jié)合

隧道結(jié)構(gòu)安全健康評(píng)價(jià)和可視化相結(jié)合，可以充分利用各學(xué)科的優(yōu)勢(shì)。從建設(shè)工程前期到建設(shè)工程完成，很好的規(guī)避了諸多問(wèn)題的產(chǎn)生，大大提高了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。

2 指標(biāo)選定

徐州地區(qū)山地較多，土質(zhì)細(xì)軟，這就給徐州地鐵的建設(shè)帶來(lái)了極大的困難。并且徐州地鐵一號(hào)線經(jīng)過(guò)徐州市中心，徐州市中心建筑眾多。因此，如何更好地保證徐州市地鐵一號(hào)線建設(shè)地的地面不發(fā)生沉降也成了徐州市地鐵一號(hào)線的難題。這些困難的出現(xiàn)，也給后期對(duì)于隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)提出了更高的要求。

2.1 隧道結(jié)構(gòu)外在的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

隧道結(jié)構(gòu)外在的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有：隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剝落和破損、隧道出現(xiàn)滲漏水的現(xiàn)象、隧道排布的管線出現(xiàn)或大或小的變形、隧道結(jié)構(gòu)因?yàn)橐r砌出現(xiàn)問(wèn)題而出現(xiàn)空洞現(xiàn)象或者出現(xiàn)裂縫和損壞現(xiàn)象。

2.2隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)在安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)在的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)主要分為兩大類(lèi)。第一大類(lèi)是隧道結(jié)構(gòu)的耐久性指標(biāo)，在隧道結(jié)構(gòu)里主要有隧道結(jié)構(gòu)的混凝土保護(hù)層的厚度、混凝土的砂石比例、隧道結(jié)構(gòu)工程所用的材料、鋼筋在隧道結(jié)構(gòu)生命周期內(nèi)以及銹蝕的程度、隧道結(jié)構(gòu)工程的鏈接螺栓的螺紋大小指標(biāo)、材料的銹蝕度的大小以及滲漏水發(fā)生時(shí)對(duì)鋼筋混凝土的銹蝕程度的影響。第二大類(lèi)是隧道結(jié)構(gòu)工程的安全性指標(biāo)，在隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)中主要有鋼筋混凝土的強(qiáng)度，螺栓的強(qiáng)度以及鋼筋和螺栓在銹蝕過(guò)程中所發(fā)生的強(qiáng)度變化對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響。

3 選取指標(biāo)的原則

選取指標(biāo)時(shí)要遵循系統(tǒng)性原則，定量為主、定性為輔的原則，指標(biāo)之間的獨(dú)立性的原則以及科學(xué)性和可靠性的原則。

系統(tǒng)性原則：系統(tǒng)性原則最早來(lái)源于管理學(xué)，是指在管理過(guò)程中，事件的發(fā)生往往是多種因素相結(jié)合而產(chǎn)生的結(jié)果，而不是單一因素單獨(dú)作用產(chǎn)生的。通過(guò)這一原則來(lái)判定病害發(fā)生的原因，分析出各種原因的影響大小。

定量為主、定性為輔：定量和定性是兩種不同的概念，各自有優(yōu)缺點(diǎn)。定性是指從理論上高度抽象的分析出病害發(fā)生的規(guī)律，定量多采用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論，從量化的角度更直觀的分析出事物之間的規(guī)律。

科學(xué)性和可靠性原則：科學(xué)性和可靠性是分析事件發(fā)生準(zhǔn)確性的前提和根本。一旦隧道結(jié)構(gòu)分析模型離開(kāi)了科學(xué)性和可靠性，事件的評(píng)判便變得毫無(wú)意義。

4 分析方法

隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)的分析方法主要包括：數(shù)值分析法和理論計(jì)算法?？梢詫⑦@些方法與動(dòng)態(tài)化相結(jié)合，以更直觀地反映問(wèn)題所在，提高經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。

數(shù)值分析法：以往學(xué)者通過(guò)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)建出三維的計(jì)算模型對(duì)可能出現(xiàn)的病害進(jìn)行模擬，分析不同情形下隧道結(jié)構(gòu)的受力狀況，得出病害出現(xiàn)的可能性大小和病害出現(xiàn)的時(shí)間。

理論計(jì)算法：以徐州地鐵一號(hào)線盾構(gòu)隧道為例，根據(jù)理論得出推到的公式和模型，據(jù)此來(lái)計(jì)算裂縫的形態(tài)和擴(kuò)張的大小狀況，通過(guò)對(duì)裂縫參數(shù)的分析，得出隧道結(jié)構(gòu)管片開(kāi)裂的真實(shí)原因。

將隧道結(jié)構(gòu)健康安全評(píng)價(jià)中的數(shù)值分析法和理論分析法與動(dòng)態(tài)化地三維分析相結(jié)合，這中結(jié)合方式，直接將安全評(píng)價(jià)由二維向三維推進(jìn)。三維動(dòng)態(tài)化分析，可對(duì)地鐵建設(shè)的全生命周期進(jìn)行模擬和后續(xù)程序的預(yù)測(cè)。

5 展望

本文以徐州市地鐵一號(hào)線為例，科學(xué)地分析了如何完成隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)的選取的具體指標(biāo)、指標(biāo)選取的原則、結(jié)果的分析方法，有利于提升隧道結(jié)構(gòu)健康安全系統(tǒng)的科學(xué)性和規(guī)范性，使之有了更多的理論指導(dǎo)。

隨著隧道安全評(píng)價(jià)方法的理論和可視化技術(shù)的不斷進(jìn)步，可對(duì)隧道從設(shè)計(jì)初期開(kāi)始一直到隧道投入的全階段進(jìn)行實(shí)時(shí)定期和長(zhǎng)期相結(jié)合的檢測(cè)和模擬，以預(yù)防問(wèn)題的發(fā)生。這也很好地做到了問(wèn)題預(yù)警，并可及時(shí)地通知業(yè)主和管理者，專(zhuān)家組可對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行商量和討論，以最大化避免問(wèn)題的發(fā)生。同時(shí)，采用系統(tǒng)性原則、定量為主定型為輔原則以及科學(xué)性和可靠性等原則選取參數(shù)進(jìn)行分析，必要情況下可對(duì)用材以及建筑結(jié)構(gòu)施工的方式進(jìn)行修改。同時(shí)引入可視化，這就讓變得更直觀、更高效。對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行就健康評(píng)價(jià)是隧道建設(shè)和過(guò)程中不可缺少的一環(huán)。加強(qiáng)隧道安全健康評(píng)價(jià)和可視化相結(jié)合的研究對(duì)于城市軌道交通的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用，這也是滿足人們社會(huì)公共需要的必要表現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

佐文博（2001—），男，漢族，江蘇徐州人，徐州工程學(xué)院本科在讀，研究方向工程管理。

課題項(xiàng)目：隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)可視化系統(tǒng)研究與應(yīng)用