在役隧道结构安全、健康监测与评估
隧道运营期结构健康监测及稳定性评价
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ １ １３ ． ０
Ａｐ ． ２ ２ ｒ ０１
・１ ７９ ・
・
桥 梁
・隧 道
・
文章编号 ：０ ９ ６ ２ ２ １ ）０ ０ ７ — ３ １０ －８ ５（０ ２ １ — １９ ０
进行一致性检验 ， 尼＝ ．０ ５＜ ． ， 明确定 的指标 权重是合 ｃ ０００２ ０ １说
ｔ （ ＜ ０ ｏｕ ８） （０ ９ ≤１
理 的。
１ ８ ￣ｕ ＜ ０ ， （ ０ ９ ） ＜ ，（ ＝ ２Ｕ） （ ＜８ ） ＜０， ０ ｕ ＜７ ） （ｆ ０ ； 『
关键 词 ： 隧道运营期 ， 隧道结构健康监测 ， 属函数 ， 隶 模糊综合评价
中图分类号 ： ４６ Ｕ ５ 文献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
隧道在运营期不可避免地遭到地 质恶化 、 环境 荷载 、 腐蚀 、 疲 劳等因素的影响 ， 而 导致 隧道结 构损伤 和失 稳 ， 可 能造成 隧 从 并 道崩塌等事故 的发生 。 隧道结构健康监测 （ 简称 Ｔ Ｈ 定 义为 “ Ｓ Ｍ） 利用现场 的无损 传感技术 ， 过隧道系统的特征分析 ， 通 检测 隧道 支护 系统损伤 ， 分 析发生损伤 的地 点、 度和原 因 ， 程 并对 隧道整 体 的健康 状态做 出 评价” 。与桥梁等 一般 建 （ 筑物不 同， Ｓ Ｍ 的监测 范 围从 支 构） ＴＨ 护结构 扩展 到了隧道 围岩 ， 并且 由于隧道支护结 构和地 质条件极
２ 裂纹监测 。 ）
拱
顶
裂 纹
内 部 位 移
杆
轴
遁构法施工用钢筋混凝土管片的结构监测与健康评估技术研究
遁构法施工用钢筋混凝土管片的结构监测与健康评估技术研究钢筋混凝土管片是地铁隧道和地下工程中常见的结构构件，其用于支护和固定地下空间，承受地下水压力和地壳运动等外部力的作用。
然而，地下环境的复杂性和管片的长期使用会导致管片的损坏和老化，进而影响地下工程的安全和稳定性。
为了及时发现管片的问题并制定相应的维护和修复措施，结构监测与健康评估技术成为关注的焦点。
一、钢筋混凝土管片结构监测技术1.非破坏性检测技术：非破坏性检测技术是一种通过不破坏结构本体来获取结构内部、表面和材料的信息的技术手段。
常用的非破坏性检测技术包括超声波检测、雷达探测、红外热像技术等。
这些技术可以实时获取管片的结构信息，如裂缝、空洞、腐蚀等问题，并对管片的健康状况进行评估。
2.应变传感器技术：应变传感器技术是通过将应变传感器固定在管片内部或外部，实时监测管片在受力过程中的变形和应力情况。
例如，光纤光栅传感器可以实时监测管片的变形和应力，并将数据传输到中心监控系统中，从而实现对管片结构的监测和评估。
3.振动监测技术：振动监测技术通过在管片上安装振动传感器，实时监测管片的振动情况，并根据振动信号分析管片的动态特性。
振动监测技术可以用于检测管片的脱落、裂缝或其他结构问题，并判断管片的健康状况。
二、钢筋混凝土管片健康评估技术1.结构力学分析：结构力学分析是通过对管片的结构材料和受力情况进行力学计算和分析，判断管片的承载能力和安全性。
通过对管片的受力状态进行特定的数值模拟和计算，可以评估管片在不同工况下的结构健康状况。
2.季节性检测：季节性检测是通过定期对管片的结构状态进行检测和评估，发现和监测可能对管片产生影响的季节因素，如温度、湿度等。
通过季节性检测，可以及时发现管片的变形、裂缝等问题，并通过数据分析和比对判断管片的健康程度。
3.结构健康指标综合评估：结构健康指标综合评估是将管片的结构监测数据与相关的安全评估指标相结合，通过数学模型和算法对管片的健康状况进行综合评估。
隧道健康监测实施方案
隧道健康监测实施方案隧道作为交通基础设施的重要组成部分，在现代社会中扮演着至关重要的角色。
为了确保隧道的安全运行，隧道健康监测实施方案应运而生。
本文将就隧道健康监测实施方案的相关内容进行探讨，以期为隧道运营管理提供参考。
首先，隧道健康监测实施方案应包括对隧道结构的定期检测和评估。
这一步骤需要利用先进的技术设备，如激光测距仪、无损检测设备等，对隧道结构的裂缝、变形、渗水等情况进行全面监测，并及时采取相应的修复措施，以确保隧道结构的稳定性和安全性。
其次，隧道健康监测实施方案还应包括对隧道通风系统的监测和维护。
隧道通风系统对于隧道内空气的流通和质量起着至关重要的作用，因此需要定期进行通风设备的检查和清洁，并及时更换损坏的零部件，以确保隧道内空气的清新和通畅。
另外，隧道健康监测实施方案还应涵盖对隧道照明系统的监测和维护。
隧道照明系统在夜间和恶劣天气条件下对于车辆驾驶员的视觉起着至关重要的作用，因此需要定期检查和维护照明设备，确保隧道内的照明效果良好，避免因照明设备故障而引发交通事故。
此外，隧道健康监测实施方案还应包括对隧道排水系统的监测和维护。
隧道排水系统对于防止隧道内积水、减少地基渗水等问题起着至关重要的作用，因此需要定期清理排水设备，并及时修复漏水、堵塞等问题，以确保隧道内的排水畅通。
最后，隧道健康监测实施方案还应包括对隧道交通运行的监测和管理。
这一步骤需要利用先进的交通监测设备，如车载摄像头、车辆识别系统等，对隧道内车辆的行驶情况进行实时监测，并及时采取交通管制措施，确保隧道交通的安全畅通。
综上所述，隧道健康监测实施方案是确保隧道安全运行的重要保障措施。
通过对隧道结构、通风系统、照明系统、排水系统和交通运行的全面监测和维护，可以有效预防和减少隧道事故的发生，保障隧道的安全运行。
希望相关部门能够重视隧道健康监测实施方案的实施，为隧道运营管理提供更加有力的支持和保障。
运营隧道结构监测技术以及健康安全评价体系
运营隧道结构监测技术以及健康安全评价体系1 绪论1.1 研究背景随着我国城市化进程越来越快，城市建设的快速发展，城市规模持续扩大以及城市人口的聚集增长，许多大城市存在着人口集聚、建筑空间狭小、交通拥挤、城市绿化减少、环境污染加重等诸多问题，其中交通阻塞问题在我国很多城市尤为突出。
一方面为了适应经济与社会的发展，必须加强城市集约化程度和提高效率才能；另一方面由于城市建设长足发展，使得城市中心可供利用的地面面积越来越少。
要解决城市建设与土地资源短缺的矛盾，从而促进城市的可持续发展和环境保护，合理地开发利用城市地下空间资源，大力发展城市地下交通工程是一条非常有效的解决这些问题的途径。
城市地下交通工程不同于高架道路，它不影响城市景观，噪音、震动等环境污染较小。
目前地下运行的地铁、交通隧道、各种市政地下隧道等为城市地下交通工程的重要组成部分，对缓解交通拥堵、提高城市效率、提升城市现代化水平发挥着巨大的作用。
其中地铁项目的建设在我国日趋广泛，数量和规模都在成倍扩大。
目前我国有28个城市有城市轨道交通在建或运营，其中12个城市已有城市轨道交通运营线路，预计到2014年底拥有运营线路达1600公里，比去年增加200多公里。
在建城市轨道交通线路约1400公里，预计"十二五"末，我国城市轨道交通运营里程将拥有3000多公里运营线路，全国城市规划交通总投资将达万亿元。
到2020年，我国将有40个城市建设地铁，总规划里程达7000公里，是目前总里程的4.3倍。
自第一条地铁建成并投入运营以来，世界的地铁建设历史己经近150年。
纵观这一百多年来，世界各地城市的发展经验，大力采用快速轨道交通系统，是完城巿客运这项艰巨任务的有效手段。
但同样地，地铁也成为一个危及范围最广以及事故伤害率较高建设项目之一，表1-1列举了近十年来我国主要的运营地铁隧道结构安全事故[1,2]。
表1-1 2001年至2012年我国运营隧道结构安全事故统计表这些突发的事故不但引起重大的人员伤亡和财产损失，更对社会化造成了极坏的极坏影响，并且造成了不同程度的恐慌，因此得到了各国政府及科研机构的高度重视。
隧道职业健康管理措施
隧道职业健康管理措施1. 引言隧道工作是一项具有高风险的职业，隧道工人在工作中面临着诸多健康风险，如噪音、震动、粉尘、有害气体等。
为了保障隧道工人的职业健康与安全，实施科学的职业健康管理措施至关重要。
本文将介绍一些常见的隧道职业健康管理措施，帮助隧道企业有效管理和保护工人的健康。
2. 工作环境评估在隧道工作前，进行全面的工作环境评估是必不可少的，该评估有助于了解工作场所的特点和存在的健康风险。
工作环境评估应包括以下内容：•噪音评估：通过测量噪音水平，评估是否需要采取噪音防护措施。
•震动评估：对隧道工人所受到的震动进行评估，以确定是否需要采取震动防护措施。
•粉尘评估：对隧道内的粉尘进行定量和定性评估，以确定是否需要采取粉尘防护措施。
•有害气体评估：通过对隧道内空气中有害气体的检测，评估是否需要采取有害气体防护措施。
3. 健康监测和筛查为了及时发现和防治工人职业病，隧道企业应实施健康监测和筛查措施。
健康监测和筛查应包括以下内容：•普查调查：定期对隧道工人进行健康普查，包括身体检查、肺功能检测等。
•职业病筛查：针对隧道工作可能带来的职业疾病，如尘肺病等，开展定期的筛查工作，及时发现潜在的职业病患者。
•生活习惯调查：了解隧道工人的生活习惯，如吸烟、饮酒等，以便采取相应的干预措施。
4. 职业健康教育与培训为了提高隧道工人的职业健康意识和安全意识，隧道企业应开展职业健康教育与培训。
职业健康教育与培训内容应包括以下方面：•职业病防护知识：向隧道工人普及职业病的知识，包括职业病的种类、预防方法等。
•安全操作培训：培训隧道工人正确和安全地操作工具和设备，提高工人的操作技能和安全意识。
•防护用具使用培训：培训隧道工人正确使用个人防护用具，如呼吸器、耳塞等。
5. 职业健康管理机构为了保障隧道工人的职业健康，隧道企业应建立健全的职业健康管理机构，负责管理和监督职业健康管理工作。
职业健康管理机构的主要职责包括：•制定职业健康管理制度：制定符合国家职业健康管理标准和规范的隧道职业健康管理制度。
隧道结构健康监测技术研究
隧道结构健康监测技术研究隧道是古往今来人类建筑史上的伟大创造，随着现代交通和城市化的快速发展，越来越多的隧道被建造并投入使用。
然而，由于隧道建筑结构处于地下深处，环境复杂，隧道结构健康监测难度大，若未能及时发现和处理隐患问题，将给交通运输和人民生命财产安全带来巨大风险。
因此，隧道结构健康监测技术的研究至关重要。
一、隧道结构健康监测现状目前，对于现有的隧道结构健康监测技术，国内外学术研究和工程实践都已经取得了不小的进展，主要分为三类：1.传统的现场监测手段，例如人工巡检、实测、传感器数据采集等。
优点在于直观、简单易操作，但缺点也比较明显，比如受巡检人员水平影响大，监测精度、及时性和效率都不能保证。
2. 基于数学模型和计算机模拟的虚拟监测技术。
利用先进的计算机技术，将实际情况通过数学模型转换到虚拟仿真中进行监控判断。
缺点是受监测对象、监测数据存在误差等因素影响，需要对其进行精细化模型化、前期数据处理和参数校正。
3. 新型监测技术，如无损测试技术、机器学习算法和人工智能技术的应用等。
比如无损震源测试技术可对隧道内部封闭的钢筋混凝土结构开展非破坏性检测和评估，通过测试获取隧道结构物的振动特性，进而反演其动力学参数、结构参数。
通过批量采集隧道结构物实测图像和感谢数据，结合大数据分析与挖掘技术，机器学习算法和神经网络算法等，可有效实现隧道健康状况实时感知和隧道工况智能控制。
二、隧道结构健康监测技术的发展方向未来的隧道结构健康监测技术具体发展方向包括：1. 构建由多种监测手段相互交叉的综合监测系统，既可以采用现场实测监测技术，也可以结合虚拟仿真技术和新型监测技术等。
在实时、准确地监测目标对象的同时，确保监测数据的全面性和可靠性。
2. 通过研发新型高性能传感器、数据分析处理技术，提高监测质量。
如提高传感器的信号精度、稳定性、抗干扰性等性能参数，加强数据采集与传输方式的设计和优化，采用先进的大数据分析和人工智能技术等手段实现数据挖掘与分析，提升监测数据的价值。
结构健康监测与评估技术实验结果汇总
结构健康监测与评估技术实验结果汇总结构健康监测与评估技术是建筑工程领域的重要研究方向，旨在确保结构的安全可靠性，延长其使用寿命，并及时发现结构的疲劳、腐蚀、变形等问题，为工程管理提供科学依据。
本文将就结构健康监测与评估技术的实验结果进行汇总和分析。
一、现代结构健康监测与评估技术目前，结构健康监测与评估技术主要包括无损检测技术、传感器技术和数据分析技术等。
无损检测技术是通过非侵入式手段对结构进行测量和监测，如超声波检测、温度检测等。
传感器技术是利用传感器采集结构的参数，包括应变、振动、位移等，以了解结构的健康状况；数据分析技术则是对采集到的数据进行处理和分析，识别结构的损伤、疲劳等问题。
二、实验结果汇总与分析1. 无损检测技术实验结果无损检测技术在结构健康监测中起着重要的作用。
通过实验验证，我们发现超声波检测技术可以有效检测结构中的裂缝和缺陷，提前发现结构的潜在问题，减少维修和保养成本。
同时，温度检测技术可以监测结构在使用过程中的温度变化，判断结构的健康状况，提供维修和保养的指导。
2. 传感器技术实验结果传感器技术是实时监测结构健康状况的关键。
通过实验数据的分析，我们发现应变传感器能够准确测量结构的应变变化，识别结构的疲劳破坏和损伤等问题。
同时振动传感器可以监测结构的振动频率和振型，判断结构的稳定性和可靠性。
位移传感器可以测量结构的位移变化，揭示结构的变形情况，为结构的保养和修复提供依据。
3. 数据分析技术实验结果数据分析技术是结构健康监测与评估的关键环节。
通过对实验数据的处理和分析，我们可以实现对结构健康状况的准确评估和预测。
例如，通过振动数据的频谱分析和模态分析，可以识别结构的固有频率和模态参数，判断结构的自由振动特性和刚度。
此外，结构的损伤检测和诊断也可以通过数据分析技术实现，包括疲劳诊断、腐蚀检测等。
三、结构健康监测与评估技术在工程实践中的应用结构健康监测与评估技术在工程实践中有着广泛的应用。
XX路隧道结构健康状态实时监测方案
XX路隧道结构健康状态实时监测方案隧道是现代城市交通系统中不可或缺的组成部分，不仅可提高交通效率，还可以减少交通拥堵和环境污染。
因此，隧道的安全性和健康状态监测至关重要。
在现代科技的帮助下，隧道结构的健康状态可以通过各种传感器和监测设备进行实时监测。
一、监测方案的设计1.确定监测目标：首先要确定需要监测的隧道结构，包括隧道的墙壁、顶板、地基等结构部件，以及隧道内部的空气质量、水位等参数。
2.选择监测设备：根据监测目标确定所需的监测设备，例如倾斜仪、位移传感器、应变计、温湿度传感器等。
3.确定监测频率：根据隧道的使用情况和建筑结构特点确定监测频率，以保证及时发现问题并进行处理。
4.数据处理与分析：监测设备采集到的数据需要进行处理和分析，识别结构的健康状态，并预测可能的隐患。
5.报警处理：一旦监测到结构异常，需要及时触发报警系统，通知相关责任人员进行处理。
二、监测设备的选择1.倾斜仪：用于监测隧道结构的倾斜情况，及时发现隧道墙壁和顶板的倾斜现象。
2.位移传感器：用于监测结构的位移变化，发现结构变形情况。
3.应变计：用于监测结构内部的应变情况，发现结构的受力情况。
4.温湿度传感器：用于监测隧道内部的温度和湿度情况，为后续的结构健康状况提供参考。
5.水位传感器：用于监测隧道内部的水位情况，防止水灾事件的发生。
6.空气质量监测仪：用于监测隧道内部的空气质量情况，及时发现有毒气体的存在。
三、数据处理与分析监测设备采集到的数据需要进行处理和分析，可以采用数据融合和数据挖掘技术，识别结构的健康状态。
数据处理主要包括数据清洗、数据融合、数据分析和报告生成等步骤。
1.数据清洗：对采集到的监测数据进行预处理，包括去除异常值、填补缺失值等。
2.数据融合：将不同监测设备采集到的数据进行整合，形成完整的监测数据。
3.数据分析：对监测数据进行分析，识别结构的健康状态，并预测可能的隐患。
4.报告生成：根据数据分析的结果生成监测报告，以供相关责任人员参考。
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在役隧道结构安全、健 康监测与评估
谢永利 教授 院长 长安大学-公路学院
4/27/2017
1、背景介绍/国内外发展
目
2、运营隧道主要结构病害介绍
3、运营隧道结构安全监测技术
4、运营隧道健康评价体系
录 5、评估、整治实例分析
6、结语/展望
在
案例一
役
日本高速公路隧道（笹子隧道）坍 塌事故，致9人死亡，2人受伤。事故发
维修 管理 营运
施工
设计
维修管理的必要性
结构物劣化曲线
隧道结构安全监测及健康评价体系
运营隧道结构健康监测系统框图
一
、 国
隧道的病害分为 两部分，其一是先天
内 性造成，另外是在运
外 相
营使用的过程，老化 产生。对于运营隧道 工程的结构监测，国
关 研 究
内外学者作了大量的 研究。已有研究大致 可分为两类：（1） 运营隧道结构安全监
隧道健康 评价
测；（2）运营隧道
健康评价。
隧道结构 安全监测
运营隧道 维护管理
运营隧道结构安全监测研究
国内外研究现状
国家
发展概况
日本
日本《铁路隧道维修技术标准》，包括检查和诊断的工 作方法及流程、病害的科学技术检测、病害等级划分、养护 技术、诊断专家系统、以及网络无缝对接技术等方面。
美国
美国《高速公路和铁路交通隧道检测手册》是在公路和 铁路隧道管理中评估隧道技术状态的重要依据。包括检测周 期、检测方法、病害等级划分以及病害等级评定依据。
二
《规范》（JTG H12-2015）规定检查内容：洞口、
、 洞门、衬砌、路面、检修道、排水系统病害等。隧道病
运 营
害包括衬砌混凝土病害、基底病害、洞口病害等几大类 别。其中，衬砌混凝土开裂、漏水、腐蚀、疏松、表面 脱落或者掉块等衬砌混凝土病害，是影响健康运营主要
隧 的病害群。
道
主
要
结
构
病
害
介
绍
渗漏水
衬砌变形 纵向沉降
隧道病害
裂缝
其他病害
冻害、震害、火灾
裂缝
衬砌裂缝的原因： 分结构非受力裂缝和 受力裂缝。非受力裂 损是由混凝土收缩或 施工质量等自身原因。 受力裂缝裂缝是由外 力造成（地震力、地 层压力和岩石的膨胀 力等）。
渗漏水
“十隧九漏”反 映了水害频繁。破坏 了原始围岩体的水系 平衡，隧道与含水层 连通，加之衬砌防水 与排水设施、方法不 完善或老化, 隧道水 害就必然发生了。
中国
隧道检测
2004年《铁路隧道衬砌质量无损检验规程》 说明了铁路隧道衬砌质量无损检验的技术要求， 同时，介绍了检测衬砌混凝土强度、厚度及背后 回填状况的方法。此规程也为公路隧道的衬砌质 量检验提供了借鉴。
运营隧道健康评价研究
国内外研究现状
国外运营隧道健康安全评价起源较早，综合评价方法也较为领先。在 欧美等国家，建有为定量评价提供足够数据支持的数据库，为定量评价提 供足够充足的数据。同时，在评估中也提出了最优化的风险预防方案。
变形、沉降
断面变形、错台 错缝、边墙下沉等， 主要是由外力引起。
横向变形：封顶 块与邻接块接缝张开、 勾缝脱落。
纵向沉降：整体 沉降、局部沉降、沉 降速率。
衬砌变形、纵向沉降 某隧道历年纵向累计沉降
其他病害
道突然破坏和坍塌。一旦发生安全事故，会造成很大的
舆论压力和社会压力，后果非常严重。
有必要建立运营期间的实时监测及评价体系。通过
对结构健康状况的实时监控，对结构的安全性状况进行
评估，得出结构的安全度用以指导营运，及时高效保证
隧道营运期间结构的安全。
运营隧道病害情况
隧道安全监测及 健康度评价体系：隧 道典型位置处设置长 期监控量测元件，对 隧道支护系统的受力、 变形等特征进行实时、 长期监控，对主体结 构的力学行为进行分 析，结合隧道结构安 全评价系统，对隧道 整体的安全性状况进 行评估，保证隧道工 程营运期间的安全。
隧
生原因被认为是由于有数十块天花板坍
道
塌导致。 笹子隧道在发生坍塌事故前，定期
塌
检查中，被认为“没有发生任何异常”。
方
事 故
案例二
2012 年 1 月 11 日 凌 晨 1 时 许 ， 宁 夏
312国道六盘山隧道泾源至隆德方向洞 内900米处，拱顶衬砌混凝土塌方，隧 道交通中断。未造成人员伤亡。
在
役
案例三
隧
2010年6月9日13时许，重庆巴南麻柳嘴镇与涪陵交界
道
处的天池隧道内发生透水事故，泥石流喷涌而出，事故已造 成4人死亡、4人受伤。
透
水
事
故
在
役
案例四
隧 道
2016年韩国灾难电影《隧道》讲的是男主角深陷垮塌的 隧道，最终逃出生天的故事。
灾
害
事
故
一
、
隧道建设的发展历程大致分三个阶段：第一阶段为
国家 中国
发展概况
集中在隧道建设阶段的自身安全设计，和对隧道的 1 施工安全、施工方法等方面做出安全评价，很少涉及到
对运营隧道的结构进行健康安全评价。
2
有关隧道的消防、通风以及照明等单个方面，隧道 运营时期的安全状况综合评判欠缺；
3
缺乏隧道结构安全监控较成熟的监控标准和规范。
提出安全检测与监测技术，建立安全评价体系，科学合理的管理运 营隧道，进行及时养护维修，对保证隧道的结构安全，延长隧道的寿命， 提高隧道的服务功能，意义重大。
国家 英国
发展概况
通过对工作人员和乘客可能产生的伤害的各种危险因素 进行预测与分析，划定风险因素的伤害等级，有针对性进行 改进。
美国
由美国运管部和交通部综合安全评定，先找出所有影响 因素，然后明确影响范围，进行安全认证，提交报告，生成 SSC（Safely and Security Certification）报告，制定安 全标准，不断优化。
德国
德国《无损伤检测隧道内壳的规范》给出了检测隧道内 壳的合适测量法，此规范只对评判检测结果的方法进行了说 明，未给出如何通过检测结果定量评判隧道的安全。
国家
发展概况
隧道检查
2015的《公路隧道养护技术规范》(JTG H122015)，对隧道等土建结构的检查工作分为四类： 经常检查、定期检查、应急检查和专项检查。
背
大规模新建，第二阶段为新建与维修改造并重，第三阶 段重点转向既有隧道维修改造。目前我国建成的隧道总
景 长度和总数量均居世界第一。由于地质条件、设计、施
介 绍
工及造价、运营、维修管理等方面的原因，隧道病害问 题日益突出。这些损伤如果不能及时得到检测和维修， 轻则影响行车安全和缩短隧道的使用寿命，重则导致隧