隧道支护体结构健康监测系统的构建

徐霖

摘 要：结构健康监测是为了实现结构无损伤监测，在这个过程中使用了很多的方法对现场无损传感器采集到的数据进行结构系统特性分析。隧道结构和其他建筑形式存在着很大的不同，因此，在施工中，隧道支护体和围岩之间存在着相互作用的情况，而且情况比较复杂，这样就导致结构健康监测在隧道施工中应用非常缓慢。随着新技术和新理论的出现，隧道结构也发生了很大的改变，对其进行结构健康监测也慢慢成为了隧道安全管理中非常重要的组成部分。

关键词：隧道支护结构；健康监测系统；构建

1 引言

近年来，我国的建筑工程行业获得了很大的发展，其在很多建筑结构施工中都应用了先进的施工技术，在施工方法上也进行了改变，因此，对隧道工程施工的结构安全性进行监测成为了检验隧道安全的重要措施。隧道施工取得了很大的进步，同时，在施工健康监测方法也取得了很大的进步，对现有的施工技术情况进行掌握，更加系统和全面的对采集传输进行更好的利用，在进行采集的时候，可以对施工现场的化学成分相关信息进行收集，然后对施工过程中可能存在的风险进行识别，这样也能提高监测的准确性。隧道施工过程中，一定好保证施工的安全性，这样不仅仅能够更好的提高施工企业的信誉，同时，也能促进隧道工程建设获得更好的发展。现在，对隧道施工进行监测是有一些方法的，隧道施工安全监测与其相比存在很大的差别，其在发展过程中实现了更加系统、全面的发展，经济性方面也非常好。

2 隧道施工健康监测系统组成探讨

隧道健康监测系统在利用过程中实现了在施工前、施工中和施工后的健康监测，在施工前，健康监测能够对出现的风险进行识别，同时，也能将出现的风险进行排除；在施工中，健康监测能够对施工中出现的任何情况都进行了解；在施工后，能够保持观测角度对隧道健康监测系统进行分析，对系统的组成情况进行掌握。

隧道是非常特殊的施工工程，在施工过程中面临的问题也非常多，对出现的问题及时发现进行处理，对保证施工的安全性非常有利。在施工前，对开挖的风险进行监测，同时进行提醒，这样能够促使整个施工是在安全控制状态下进行施工，施工前要对施工地点的地质进行分析，在确定没有安全隐患的情况下，制定施工组织计划，避免出现盲目施工的风险。隧道在施工过程中，开挖工程具有的风险非常大，开挖过程中非常容易遇到瓦斯、地下水以及地质构造破碎的情况，为了更好的提高安全性，在施工中可以对先进的技术进行利用，对提高隧道施工工程的监测和应急能力非常有利。

对施工人员和施工设备进行监测，对可能出现的风险可以进行有针对的预防，监测风险的时候也能提高其处理的速度。隧道施工现场可视监控系统，能够对施工现场的情况进行实时的反映，因此，相关的管理部门也能更好的对施工情况进行指导。隧道施工人员和设备的使用都要满足安全施工规范，这样能够确保隧道施工的安全性。隧道施工过程中，其施工质量的好坏和构造的尺寸以及位置有很大的关系，因此，对构造的尺寸和位置要进行有效的控制，在施工中对其进行很好的观察，对出现的问题及时解决。

3 隧道支护与围岩结构体系分析

对施工经验进行总结，得出了理想的支护体结构，其应该满足两个方面的要求，要保证支护体能够和周围的围岩紧密的结合，这样能够将支护结构和围岩作为一个完整的结构进行施工；支护体在使用的时候要能够和围岩共同产生形变，而且这种形变要保证是有限的，支护体要能够对围岩的变形量进行控制，对围岩的承载能力进行充分的利用。因此，隧道施工中，支护体的结构采用了柔性支护结构，这样能够和围岩实现紧密联系，同时，也能给围岩提供必要的支护能力。

支护体钢构件通常是钢拱架和格栅拱架，钢拱架一般都是由槽钢或者是工字钢弯制而成，而格栅拱架通常是由螺纹钢筋弯曲焊接而成，这种钢结构虽刚度非常低，在施工中，对围岩的支撑效果也不明显，但是，其在施工中能够和混凝土紧密结合为一体，能够形成完整的钢筋混凝土结构，对提高支护结构的刚度有非常明显的效果，同时，也能更好的发挥结构的施工作用。格栅拱架在施工中非常的方便，重量也非常轻，因此，在安装过程中也具有很多的优点。刚度较大的拱架能够在支撑效果方面非常明显，同时，也能避免出现围岩早期变形的问题。型钢结构拱架在施工中具有很多的优点，但是，其在制造过程中要面临很多的问题，其在制作过程中由于本身的刚度较大，弯曲的过程比较困难，而且，重量方面也比较大，在搬运和安装过程中要面临的问题非常多，因此，钢拱架一般都是应用在特殊地质结构中，避免出现围岩早期变形过大的问题，同时，在稳定性方面也能发挥很大的效果。

4 针对隧道支护体的健康监测技术分析

4.1 隧道支护体健康监测系统的组成

实际的监测系统一般应包括以下几个部分：现场监测。由就地安装的现场传感器和自动采集单元构成，结合目前先进的传感技术，利用先进有效的信号处理技术，实现数字化的信号采集和分析处理。通信与传输。在隧道里利用各种有线和无线传输方式，结合网络等远程传输设备将数据传输到监控中心。通过各种检测方法对隧道结构的变形与受力情况进行监测，及时提供围岩沉降和变形信息，及时预见事故和险情。

4.2 隧道结构健康监测参数

隧道结构健康状态监测需要从隧道结构中提取能反映结构特性的参数信号，如应力、应变、温度、变形、位移等信号，所以隧道结构安全监测主要应该集中在以下方面。监测位移，为了了解隧道断面的变形情况可以检测隧道的周边收敛、纵向位移及洞口地表沉降等位移情况，依此来判断隧道结构的稳定性。

5 支护体健康监测系统设计

隧道支护体结构健康监测不同于目前工程上常用的应力监测，旨在监测支护体内部受力钢结构是否与设计位置一致、受力钢构件细部结构是否受到损害、施工完成后乃至运营期间，位于复杂地质结构处的结构体是否稳定无变形。即系统应该包括三个子系统：支护体结构完整性检测、支护体结构损伤监测以及支护体拱顶变形沉降监测。为实现系统目标，设想三个子系统技术实现总体思路及要解决的技术关键分别是：支护的结构完整性检测子系统：拟利用在隧道地质超前预测时得到的隧道两侧的雷达波数据，通过杂波抑制处理和参数估计得到支护的完整性信息。该方面的技术关键在于如何提高接收振动反射波的识别质量，形成易于操作、效果好的构造物定形定位技术。支护体结构损伤监测子系统：该系统目的是实现较为精确的支护体结构是否受到损伤监测值，为后续施工和防护提供有效的数据支持。支护体沉降变形监测子系统：该子系统目的是较传统隧道变形监测方法在测量精度、设备组成与安装上进行简化。技术关键是设备组装与分析集成技术。

6 结束语

文章对隧道施工前期存在的安全风险进行分析，对隧道施工健康监测系统构成进行分析，对影响健康监测的问题进行深入讨论，对支护体结构的重要性和支护检验的必要性进行分析，提出了隧道结构健康监测系统的总体设计方案和技术措施。

参考文献

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