隧道支護體結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的構建

徐霖

摘 要：結構健康監(jiān)測是為了實現(xiàn)結構無損傷監(jiān)測，在這個過程中使用了很多的方法對現(xiàn)場無損傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行結構系統(tǒng)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(jiān)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(xiàn)，隧道結構也發(fā)生了很大的改變，對其進行結構健康監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)；構建

1 引言

近年來，我國的建筑工程行業(yè)獲得了很大的發(fā)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(jiān)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(jiān)測方法也取得了很大的進步，對現(xiàn)有的施工技術情況進行掌握，更加系統(tǒng)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(xiàn)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(jiān)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(yè)的信譽，同時，也能促進隧道工程建設獲得更好的發(fā)展?，F(xiàn)在，對隧道施工進行監(jiān)測是有一些方法的，隧道施工安全監(jiān)測與其相比存在很大的差別，其在發(fā)展過程中實現(xiàn)了更加系統(tǒng)、全面的發(fā)展，經(jīng)濟性方面也非常好。

2 隧道施工健康監(jiān)測系統(tǒng)組成探討

隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)在利用過程中實現(xiàn)了在施工前、施工中和施工后的健康監(jiān)測，在施工前，健康監(jiān)測能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的風險進行識別，同時，也能將出現(xiàn)的風險進行排除；在施工中，健康監(jiān)測能夠?qū)κ┕ぶ谐霈F(xiàn)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(jiān)測系統(tǒng)進行分析，對系統(tǒng)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(xiàn)的問題及時發(fā)現(xiàn)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(jiān)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(tài)下進行施工，施工前要對施工地點的地質(zhì)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(xiàn)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(zhì)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(jiān)測和應急能力非常有利。

對施工人員和施工設備進行監(jiān)測，對可能出現(xiàn)的風險可以進行有針對的預防，監(jiān)測風險的時候也能提高其處理的速度。隧道施工現(xiàn)場可視監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)κ┕がF(xiàn)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(guī)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(zhì)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(xiàn)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(jīng)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?qū)⒅ёo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(chǎn)生形變，而且這種形變要保證是有限的，支護體要能夠?qū)鷰r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(xiàn)緊密聯(lián)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(fā)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(yōu)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(xiàn)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(yōu)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(zhì)結構中，避免出現(xiàn)圍巖早期變形過大的問題，同時，在穩(wěn)定性方面也能發(fā)揮很大的效果。

4 針對隧道支護體的健康監(jiān)測技術分析

4.1 隧道支護體健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成

實際的監(jiān)測系統(tǒng)一般應包括以下幾個部分：現(xiàn)場監(jiān)測。由就地安裝的現(xiàn)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(xiàn)數(shù)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(wǎng)絡等遠程傳輸設備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)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(jiān)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(jiān)測參數(shù)

隧道結構健康狀態(tài)監(jiān)測需要從隧道結構中提取能反映結構特性的參數(shù)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(jiān)測主要應該集中在以下方面。監(jiān)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(wěn)定性。

5 支護體健康監(jiān)測系統(tǒng)設計

隧道支護體結構健康監(jiān)測不同于目前工程上常用的應力監(jiān)測，旨在監(jiān)測支護體內(nèi)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(zhì)結構處的結構體是否穩(wěn)定無變形。即系統(tǒng)應該包括三個子系統(tǒng)：支護體結構完整性檢測、支護體結構損傷監(jiān)測以及支護體拱頂變形沉降監(jiān)測。為實現(xiàn)系統(tǒng)目標，設想三個子系統(tǒng)技術實現(xiàn)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(tǒng)：擬利用在隧道地質(zhì)超前預測時得到的隧道兩側(cè)的雷達波數(shù)據(jù)，通過雜波抑制處理和參數(shù)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(zhì)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(jiān)測子系統(tǒng)：該系統(tǒng)目的是實現(xiàn)較為精確的支護體結構是否受到損傷監(jiān)測值，為后續(xù)施工和防護提供有效的數(shù)據(jù)支持。支護體沉降變形監(jiān)測子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)目的是較傳統(tǒng)隧道變形監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)構成進行分析，對影響健康監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)的總體設計方案和技術措施。

參考文獻

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