隧道结构健康监测的发展趋势
一、健康监测的目的意义和必要性
隧道安全关系着人类生命安全和社会经济活动，由于隧道地质条件恶化、火灾、结构损伤、退化和失稳等造成事故，严重威胁着隧道的正常运营，隧道施工的安全问题引起了人们的密切关注，主要表现在以下方面：
1）、隧洞开挖的进口段：由于隧洞都是浅埋隧洞，且都在边坡，导致该段围岩两面临空，加上爆破的影响导致围岩自稳能力下降，支护结构受力存在一定的不确定性。
2）、构造带：由于围岩受构造影响，节理裂隙发育，无规律性，围岩的自稳性能极差，围岩多呈松散结构，断层带的影响宽度不确定，加之水的影响，使得该段产生冒顶及垮塌的可能性加大。
3）、浅埋段：浅埋段隧道围岩，在碳酸岩地层受水体溶蚀的影响较大，加之围岩顶板较薄，出现冒顶的现象可能性加大，加大了开挖及支护过程中的难度。
4）、岩溶发育段：由于岩溶发育地段很难查清岩溶的发育规模及范围，在开挖及支护过程中增加了不确定因素。
5）、地层走向不利地段：由于岩层的走向及倾角对围岩的自稳性能影响较大（如水平岩层）。6）、含软弱夹层围岩：由于夹软弱夹层的围岩，多会出现冒顶及垮塌现象。
7）、水影响段：由于水体的存在，多会对层间结构面的力学指标有较大的不利影响，加之施工过程中对水体通道的改变产生的淘蚀作用，使得围岩的自稳定性能恶化。
8）、软岩层（围岩级别）：岩体自稳定能力差，围岩卡瓦暴露后崩解，遇水容软化。
9）、含水层和相对隔水层交界处，而产生的突涌泥现象。
由于有以上不良地质情况的存在，增加了隧洞在施工期间及运营期间安全隐患。
为了确保隧道工程安全，及时预报险情，除了对隧道进行加固、维护之外，对隧道工程的安全和稳定状态的监测和评估也十分重要，家里监测系统对隧道工程进行监测，评估和预测以趋利避害，已经成为了现代隧道工程发展的迫切要求。此外，随着人们对工程施工过程和现役工程长期监测的重要性认识的不断深入，一级国家相关工程安全法规的实施，隧道工程监测得到了迅速发展，成为隧道工程的一个重要研究课题。
二、隧道现阶段监测手段的利弊
隧道工程监测一直是世界岩土工程界的难题，也是研究的热点，应用的理论和技术也多种多样，理想的隧道工程监测系统应具有以下特征：能及时处理监测数据，分析监测信息，
随时掌握隧道的稳定状态，对可能出现的险情及时进行预警；为隧道结构健康状态的正确分析评价、预测预报及治理维护提供可靠的基础性数据，为决策部门制定相应的防灾减灾对策提供科学依据；检测结果也是检验隧道设计参数、工程质量及治理工程效果的有效尺度，同事为进行有关的反分析和数值计算提供参数等。
隧道结构健康监测的目标应是在保证人力成本最低的前提下，对新建和已建的结构物进行测量，探伤和评估（Wu Z S2003）,隧道结构健康监测的关键内容之一就是数据采集，当前所需要的是一个能够从运营结构中采集数据的有效方法，并对数据进行处理和分析，做出稳定性、可靠性等方面的评价（Zong Z H等，2002）。由于结构健康监测在大兴基础工程中广泛应用前景，各国都在积极开展该项技术的应用研究。在世界各国政府的支持和研究机构的努力下，结构健康监测正逐渐成熟起来，并在航空航天、桥梁和建筑物等各领域取得了阶段性的成功，部分成果已经应用在工程实践当中（Whelan M P等2002）。
相比而言，结构健康监测在隧道领域的发张，则明显滞后于桥梁等领域，这主要是隧道结构和岩土工程条件的复杂性和监测上的难度等因素造成的。隧道工程一般规模较大，属于线状工程，长达几公里到数十公里，往往穿越虚度不同的环境空域和时域。工程条件常常比较复杂，有时环境十分恶劣，因此要准确、快速、长距离、实时和大范围获得结构体的变形数据和变化规律并非易事，有赖于监控系统的先进性和功能，有赖于先进理论和方法的知道，目前对于工程质量和安全监测主要是通过对岩土和结构的应力。、应变和温度等物理指标监测来实现的，其中尤以岩土体和结构的监测最为重要，因为变形是结构体在内外动力作用和人类工程活动作用下的一种基本表现形式，是结构体在受内外作用后的在综合反映，是分析结构状态和安全的基本物理量。
隧道结构健康监测主要集中在结构的位移、应变和沉降三个方面，常规的检测、监测技术与方法存在以下局限性：（1）均为点式的：点式的检测方法布点常带有随意性，最危险的地方常可能被漏检，存在监测盲区；增加监测点数，虽然提高了结果的可靠性，但工作量和设备成本大为增加，考虑到经济和效率等因素，实际工程或研究项目中也不可能无限布设各种检测探头或传感器；（2）工程环境差异性大：传统技术监测速度慢、效率低，需要专门的操作人员，而隧道工程条件常常比较复杂，传感器对温度、湿度、电磁场和其他环境因素敏感，常因传感器和仪器设备受潮、生锈而失效，其运作和维护成本高。因此，十分需要一种对环境因素影响小、耐久性和长期稳定性好的远程监测技术；（3）实时、并行和自动化监测程度不高：目前常用的检测和检测技术实际上多为检测技术而不是监测技术，多为静态单点检测，有些检测技术具有多通道的检测功能，但通道数是十分有限的，无法满足实际结构变
形的实时、并行和自动监测的要求，而隧道工程往往需要实时动态和自动监测，如地铁运营期间的隧道变形监测等；（4）缺少长距离和大面积的检测技术：隧道工程长达数公里到数十公里，对这种长距离和大面积的监测对象，传统点式的检测和监测技术和方法一般无能为力；（5）监测系统的集成化程度不高：各种检测和监测技术自成体系，彼此独立，现场监测、数据处理和分析评价系统等环境间集成化程度不高，从而影响到监测的效率和数据分析。
现阶段应用于隧道工程监测技术和方法正在向自动化、高精度及远程监测的方向发展，常规监测方法技术趋于成熟，设备精度、设备性能都具有较高水平，但主要采用人工采集数据的方法，其监测工作量大、效率低和监测周期长，无法实现实时监测，尤其是在运营期间，监测时间短、工作量巨大，常规监测技术的弊病更加明显。结构变形的常规监测和监测技术的上述不足，严重的阻碍了人们对结构变形机理和规律的认识，影响了人们在工程灾害和工程管理中的正确判断和相关措施的实时。因此，十分需要改变目前结构变形监测的现状，应用新的理论和方法，实现岩土体变形的分布式监测，以弥补上述的不足。
分布式监测量指利用相关的监测技术获得被测量在空间和时间上的连续分布信息，而结构变形的分布式监控就是在结构体中布设线形传感器元件，形成一个传感监测网络，利用相关的调制解调技术，连续监测传感网络沿线结构体的变形信息，这些传感网络就像在结构体内部植入了能感知的神经网络，当结构发生任何变形时，监测系统就能感知它们的大小和分布状态，从而获得结构的变形和发展规律。这种监测方法的突出优点就是改变了传统的点式监测方式，弥补了点式监测的不足，实现了实时、长距离和分布式的监测目标。
隧道结构在其寿命周期内的监控状态与其沿线的工程地质、水文地质条件有着密切的关系，地质数据库是隧道运营管理数据库管理系统的一个重要组成部分。
三、国内外研究现状
针对以上介绍的隧道工程监测特点，显然，传统的监测技术和方法已不能完全满足其监测要求，需要不断研发出新的监测技术和方法与之适应。随着现代电子、通讯和计算机技术的发展，各种先进的自动远程监测系统相继问世，为隧道工程的全天候、自动化远程监测创造了条件。
光纤传感器技术是近年来才发展起来的尖端监测技术，最初用于通讯工业，近年来在传感器领域逐渐得到广泛应用。光纤传感器具有抗电磁干扰、防水、抗腐蚀、耐久性长等特点，传感器体积小、重量轻、便于铺设安装，将其植入监测对象中不存在匹配的问题，对监测对象的性能和力学参数等影响较小（Udd E，1995；Ansari F，2003）。光纤传感器技术具有（准）分布式、长距离和实时性等优点，因而已引起隧道结构监测界的广泛重视，成为隧道结构健
康监测技术的研究重点，从点式的SOFO，到准分布式的FBG，再到全分布式BOTOR的多种光纤传感技术为隧道结构健康监测提供了新一代的监测技术。
准分布式的布拉格光纤光栅（FBG）是最早出现的一种光栅，也是应用最为普遍的光栅，目前，以FBG为传感元件的光纤光栅传感器是研发的主流，而且已经在土木工程领域具有广泛的应用，它的主要优点有：
（1）、灵敏度高，FBG的波长随着波长、温度呈现良好的线性关系，在1550nm处其波长变化的典型值为0.1nm/℃、0.3nm/100MPa、10nm/1%应变；
（2）尺寸小、易掩埋，单模光纤的典型直径为125，已有直径40的光纤见诸报道，而FBG 的应用长度通常小于20nm，可以很容易埋入结构中而对结构没有影响；
（3）对电绝缘且抗电磁干扰；
（4）寿命长，初步加速老化试验证明，FBG在适当的暴露环境和退火条件下工作周期大于25年也性能没有明显的退化；
（5）复用性好，目前，利用布拉格光纤光栅为传感元件的光纤光栅传感器被用于测量工程结构的应变、温度、位移、沉降、压力等重要参数，并有很多工程应用实例，例如，瑞士联邦材料测试和研究实验室（2000）将FBG光纤光栅传感器安装于Sargans隧道中，用于监测隧道的长期温度和应变变化；美国海军研究实验室光纤只能结构中心（2000）研制了一种基于FBG的光纤光栅压力传感器，并应用于公路的动态监测中；但是FBG仍然有很多问题需要解决与完善，比如说光纤光栅传感器封装技术，温度/应变效应分离、动态高速测量、光纤光栅传感器的优化布置等。
分布式光纤传感器主要利用的瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射效应来实现的，目前主要产品有：光时域反射计（简称OTOR）；拉曼散射光时域反射测量仪（简称ROTOR）等。;布里渊散射光时域反射测量仪（简称BOTOR）和布里渊光时域分析测量仪（简称BOTDA）等。分布式光纤传感器具有光纤传感器所固有的抗电磁干扰、耐腐蚀、耐久性好、体积小和重量轻等优点，尤其是BOTDR分布式光纤传感器，属于目前国际上最前沿的尖端技术，在隧道监测方面与传统监测技术相比具有如下优点：（1）光纤既有传感介质，又是传感信号传输通道：光纤上任意一段既是敏感单元又是其它敏感单元的信息传输通道，可进行空间上的连续检测，光纤像人的神经一样对被测对象京信感知和监视；（2）分布式：自光纤的一端就可以准确测出光纤沿线任一点上的应力、温度、振动和损伤等信息，无需构成回路，也不需要定制传感器，秩序十分廉价的普通通讯光纤，如果将光纤纵横交错铺设成网状即可构成具备一定规模的监测网，实现对监测对象的全方位监测，客服传统点式监测漏检的弊端，提高
监测成功率；（3）长距离：现代的大型隧道结构工程通常长达数公里到数十公里，要通过传统监测技术实现全方位的监测是相当困难的，而通过铺设传感光纤，光纤即作为传感体又作为传输体就可以实现长距离（目前可达80公里）。全方位监测和实时连续监测;（4）耐久性：传统的工程监测一般采用电监测式监测技术，传感器易受潮湿失效，不能适应一些大型工程长期监测的需要。光纤的主要材料是石英玻璃，与金属传感器相比具有更大的耐久性；（5）抗干扰：光纤是非金属、绝缘材料，避免了电磁、雷电等干扰，况且电磁干扰噪声的频率与光频相比很低，对光波无干扰。此外光易于屏蔽，外界光的干扰也很难进入光纤；（6）轻细柔韧：光纤的这一特性，使它在埋入构筑物的过程中，避免了匹配的问题，便于安装埋设。因此，研究、开发和应用基于BOTDR的隧道工程分布式监测技术具有很重要的意义。
分布式光纤传感器监测技术的上述优点，可以弥补目前在隧道工程中常用的检测和监测技术存在的不足，是新一代检测和监测技术的发展方向。由于分布式光纤传感监测技术的诸多优点，因此它已成为国际上一些主要发达国家如日本、瑞士、加拿大、美国、法国、英国等国的研发热点和重大研究课题，研发工作的重点主要集中分布式光纤传感器技术的性能改善和应用技术的研发。
近年来，光纤传感器技术在隧道工程的研究和应用逐渐增多：Ishii H等对分布式温度监测系统在隧道火灾探测中应用的几个相关问题进行分析和探究；Shiba k等应用BOTDR分布式光纤传感器技术采用新奥法施工的铁路隧道的喷射混凝土、支撑内力进行监测，传感光纤的监测结果与传统传感器相比，在精确度方面能够满足要求，在预测应力分布方面具有一定的优越性，丁勇等介绍了光纤结构监测（SOFO）、布拉格光纤光栅（FBG）和分布式光纤传感器（BOTDR）等3种光纤传感器技术的基本原理、功能及其在隧道结构健康监测系统中的作用，并应用BOTDR分布式应变量技术，对隧道拱圈截面变形进行了分布式应变监测；日本NTT公司开发了基于BOTDR的共同沟隧道监测系统；通过应变测量对日本名古屋的共同沟隧道进行损伤探测，10km范围内其变形测量误差仅为0.1mm，并通过室内试验对共同沟隧道监测系统的可靠性、抗震性和测量精度进行了验证。
四、隧道结构健康监测的前景
随着经济的发展，人们对结构安全的重视，特别是大型隧道类大型公共建筑的安全性，引起了政府部门的高度重视，隧道结构的健康监测将具有良好的市场前景。下面是从三个方面说明结构健康监测的应用前景。
1）政府对隧道结构安全性日益重视
隧道垮塌事故的频发，引起了政府部门的高度重视，国家逐渐加大了对隧道结构安全检
测和维修加固的投入，对很多新建的隧道都做了结构健康监测系统，可以预见，随着经济水平的提高，国家对隧洞结构健康监测的投入将会继续加大。
2）过去偏低的安全科靠度面临新的挑战
过去由于经济原因，建筑的荷载取值偏低，2001新《建筑结构荷载规范》颁布之前，一些荷载的标准值建国前还低，其可靠度水平低，隧洞的设计也存在同样的问题，过去按偏低的设计标准设计隧道，急切需要进行监测与加固。
3）隧道结构受力的复杂性
随着许多计算机软件的面世，隧道的理论分析取得了长足的发展，但地质的复杂性难以进行模拟，导致理论分析及实际受力存在很大的差异，通过监测手段能有效的解决理论分析的盲区。
隧道在线健康监测解决方案 监测背景： 近些年来，高速、高铁等基础设施建设事业的快速发展，我国隧道建设工作进入了迅猛发展时期，随之而来的各种隧道事故也频频发生。隧道穿越的山体工程地质及水文地质等条件复杂多变，既有隧道受修建时期的设计与施工技术条件 的限制，早期修建的隧道经常出现隧道拱顶开裂、边墙开裂、拱顶空洞、衬砌损坏、隧道渗漏水、隧道冻害、围岩大变形等隧道的健康问题变得日益突出，如何对现役营运隧道或新建隧道进行健康诊断和病害与灾害预防和控制就显得极为重要。 系统概述： 飞尚科技作为中国结构安全监测领导者，率先将结构健康监测与物联网结构体系、云计算、局域网/通讯网等多网无缝连接等技术结合，建立一套智能隧道健康监测系统，为隧道日常养护、管理和突发事件应急处置发挥重大作用。基于云计算服务中心的监测系统可容纳上万个隧道、桥梁、边坡等结构物的监测数据，形成区域性结构健康监测平台，实现区域内的所有结构统一监控管理。主要监测内容： （1）围岩及支护状态的观察描述；（2）地表沉降； （3）隧道拱顶沉降； （4）隧道收敛监测； （5）附近的建筑物倾斜监测； （6）孔隙水压力监测； （7）支护土压力监测； （8）土体垂直位移监测； （9）土体水平位移监测。 监测示意图：江西飞尚科技有限公司
监测项目一览表：（施工期监测）江西飞尚科技有限公司
（运营期监测） 实现功能： （1）24小时实时监测：对隧道变形、受力、环境等全自动化在线监测，实时掌握隧道整体施工/运行的安全状态。 （2）多重分级预警：数据异常时，系统会触发相应三级报警机制，第一时间以短信、传真、广播等形式通知用户。 （3）应急预案处理：从专家库直接提取相应处理办法，及时采取人员介入、封锁道路等办法，将安全隐患消除在萌芽状态。 （4）结构损伤机理研究：对结构损伤机理的宏观分析、结构变形及破坏趋势研究、归纳演绎。 （5）提供参考依据：监测数据的存储，为今后同类工程设计、施工提供类比依据。 （6）行业规范标准形成：制定出适合结构健康监测的安全评价标准体系，形成 行业标准规范。江西飞尚科技有限公司
隧道支护体结构健康监测系统的构建 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。 标签：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
XXXX 隧道结构全寿命健康监测系统方案 2017年6月8日
目录 1 工程概况 (1) 2监测断面选取 (1) 2.1隧道衬砌结构受力及变形状态监测断面选取 (1) 2.2地震信息监测断面选取 (3) 2.3隧道结构腐蚀监测断面选取 (4) 3监测内容及监测元件选取 (4) 3.1隧道结构受力及变形状态监测内容及监测元件选取 (5) 3.2 地震信息监测元件选取 (8) 3.3隧道结构腐蚀监测元件选取 (9) 4费用预算 (10)
1 工程概况 xxx隧道的建设对xxx市的社会、经济发展具有十分重要的意义，xx隧道建成后，其长期安全的保证至关重要。 2监测断面选取 为保证xx通道隧道结构长期安全，考虑隧道管片衬砌结构所赋存的工程水文地质条件及施工特点，拟针对隧道结构受力及变形状态、地震及钢筋混凝土腐蚀三个方面的信息进行长期监测，分别选取典型监测断面信息如下所示。 2.1隧道衬砌结构受力及变形状态监测断面选取 综合考虑隧道赋存地层的工程水文特性、隧道埋深及结构体系情况，盾构段选取10个测试断面，岸上明挖段选取2个测试断面（见图2），其相应的里程及断面特征如表1所示，各个监测断面的具体地层及水文地质信息如图3所示。 表1 隧道结构受力及变形状态监测断面 1
图2隧道结构受力及变形状态监测断面分布图 (a)断面1 (b)断面2 (c)断面3 (d)断面4 (e)断面5 (f)断面6
(g)断面7 (h)断面8 (i)断面9 (j)断面10 (k)断面11 (l)断面12 图3隧道结构受力及变形状态监测断面地质纵断面图 2.2地震信息监测断面选取 综合考虑隧道赋存地层的工程水文特性及消能节点设置情况，选取如下4个测试断面（见图4）进行地震信息监测，其相应的里程及断面特征如表2所示。 图4 地震信息监测断面分布图
隧道结构健康监测的发展趋势 [摘要]：随着我国经济建设和城市的快速发展，城市人口增长对城市交通的压力急剧增大，世界各国都在通过修建各种城市地下隧道来缓解这一矛盾，各类城市隧道工程在规模和数量上都得到了迅猛发展。隧道结构的安全性变得日益突出，而隧道工程的理论分析同实际情况存在作较大的差异，使得隧道结构的健康监测变得日益突出。 1. 健康监测的目的意义和必要性 隧道安全关系着人类生命安全和社会经济活动，由于隧道地质条件恶化、火灾、结构损伤、退化和失稳等造成的事故，严重威胁着隧道的正常运营。隧道施工的安全问题引起了人们的密切关注，主要表现在以下方面： 1）隧洞开挖的进口段：由于隧洞都是浅埋隧洞，且都存在边坡，导致该段围岩两面临空，加上爆破的影响导致围岩的自稳能力下降，支护结构受力存在一定的不确定性。 2）构造带：由于围岩受构造影响，节理裂隙发育，无规律性，围岩的自稳性能极差，围岩多呈松散结构，断层带的影响宽度不确定，加之水的影响，使得该段产生冒顶及垮塌的可能性加大。 3）浅埋段：潜埋段隧道围岩，在碳酸岩地层受水体溶蚀的影响较大，加之围岩顶板较薄，出现冒顶的现象可能性加大，加大了开挖及支护过程中的难度。 4）岩溶发育段：由于岩溶发育地段很难查清岩溶的发育规模及范围，在开挖及支护过程中增加了不确定因素。 5）地层走向不利地段：由于岩层的走向及倾角对围岩的自稳性能影响较大（如水平岩层）。 6）含软弱夹层围岩：由于夹软弱夹层的围岩，多会出现冒顶及垮塌现象。 7）水影响段：由于水体的存在，多会对层间结构面的力学指标有较大的不利影响，加之施工过程中对水体通道的改变产生的淘蚀作用，使得围岩的自稳性能恶化。 8）软岩段（围岩级别）：岩体自稳能力差，围岩开挖暴露后崩解，遇水容软化。 9）含水层与相对隔水层交界处，而产生突涌泥现象。 由于有以上不良地质情况的存在增加了隧洞在施工期间及运营期间安全隐患。 为了确保隧道工程安全、及时预报险情，除了对隧道进行加固、维护之外，对隧道工程的安全和稳定状态的监测和评估也十分重要。建立监测系统对隧道工程进行监测、评估和预测以趋利避害，已经成为现代隧道工程发展的迫切要求。此外，随着人们对工程施工过程和现役工程长期监测的重要性认识的不断深入，
结构健康监测 目 录 ?1概念 ?2过程 ?3理想的结构健康监测方法 ?4工作流程图 ?5研究内容 概念 ????? 结构健康监测（Structural Health Monitoring，简称SHM）是一种技术，是智能材料结构在实际工程中的一种很重要的应用。结构健康监测系统是一种仿生智能系统，可以在线监测结构的“健康”状态。它采用埋入或表面粘贴的传感器作为神经系统，能感知和预报结构内部缺陷和损伤。结构整体与局部的变形、腐蚀、支撑失效等一系列的非健康因素，是一种对材料或结构进行无损评估的方法。当遇到突发事故或危险环境，系统可通过调节与控制使整个结构系统恢复到最佳工作状态。系统还可通过自动改变和调节结构的形状、位置、强度、刚度、阻尼或振动频率使结构在危险时能自我保护，并继续生存下去。过程 结构健康监测的过程包括：通过一系列传感器得到系统定时取样的动力响应测量值，从这些测量值中抽取对损伤敏感的特征因子，并对这些特征因子进行统计分析，从而获得结构当前的健康状况。 理想的结构健康监测方法 理想的结构健康监测方法应该能准确的在损伤发生的初期，发现损伤并能够定位及确定损伤的程度，进而提供结构的安全性评估，并能预测损伤结构的剩余寿命。 工作流程图 研究内容
结构健康监测系统在国民生产中的应用非常广泛，特别是在工程中，有很多材料结构需要及时的维护及监测，用传统的监测方法耗时、费力，并且费用昂贵，而运用结构健康监测的技术就可以使这些缺点得到改进。结构健康监测的技术有如下优点：（1）实时在线地监测及安全性评估，节省维护费用。 （2）依靠先进的测试系统，可减少劳动力和降低人工误判。 （3）可以及时的和最新技术相结合。 （4）大多数具有自修复功能。 （5）自动化程度高，可以大大提高安全性和可靠性。 近年来，随着材料和结构损伤特征信号处理技术研究的进展，传感/驱动技术研究的深入，监测系统越来越多地应用于实际的工程实践中，比如先进战斗机和超期服役飞机的健康监控、航天器及空间站的健康监测和民用结构的在线监测。 结构健康监测的主要研究内容包括传感技术、信号处理技术和集成技术。 1）传感技术 在结构健康监测系统中，需要监测的对象主要有应力、应变、声发射、位移、压力、温度、结构损伤等多种参数，而最常用的传感器有：光纤传感器、压电元件和应变元件。光纤传感器有电绝缘、耐腐蚀、能在强电磁干扰等条件下工作等优点，但成本较高，设备也比较复杂，应用范围可以从民用结构到航空航天结构。压电元件既可以作为传感器也可以用作驱动器，灵敏度高，动态性能好，应用也比较广泛，但它有脆性大、不易埋入结构中，低频特性等缺点。应变元件具有灵敏度较高、静态性能好和性能稳定等特点。上述传感器不仅应该满足相应测量点的要求，而且应该能够组成一种经济可靠的分布式传感网络，从而实现大范围连续的健康监测。 2）信号的采集与处理 信号的采集与处理系统可以说是结构健康监测的一个重要部分，目前国内外都在大力开发相应的软件。从传感器采集的信号包含很多信息，通常情况下，由于外界环境噪声的影响及复合材料的复杂特性等原因，使得损伤特征信号的分析和提取异常困难，因此选择合适的信号处理方法就显得尤为重要。
隧道在线健康监测解决方案 一、监测背景 近些年来，高速、高铁等基础设施建设事业的快速发展，我国隧道建设工作进入迅猛发展时期，随之而来的各种隧道事故也频频发生。隧道穿越山体工程地质及水文地质等条件复杂多变，既有隧道受修建时期的设计与施工技术条件的限制，早期修建的隧道经常出现隧道拱顶开裂、边墙开裂、拱顶空洞、衬砌损坏、隧道渗漏水、隧道冻害、围岩大变形等隧道的健康问题变得日益突出，如何对现役营运隧道或新建隧道进行健康诊断和病害与灾害的预防和控制就显得极为重要。 二、系统概述 飞尚科技作为中国结构安全监测的领导者，率先将结构健康监测与物联结构体系、云计算、局域网/通讯网等多网无缝连接技术结合，建立了一套智能隧道健康监测系统，为隧道日常养护、管理和突发事件应急处置发挥重大作用。基于云计算服务中心的监测系统可容纳上万个隧道、桥梁、边坡等结构物的监测数据，形成区域性结构健康监测平台，实现区域内的所有结构统一管理。 三、主要监测内容 ①、围岩和支护状态的观察描述； ②、地表沉降； ③、隧道拱顶沉降； ④、隧道收敛监测； ⑤、附近的建筑物倾斜监测； ⑥、孔隙水压力监测； ⑦、支护土压力监测； ⑧、土体垂直位移监测； ⑨、土体水平位移监测。 四、监测示意图
五、监测项目一览表 （施工期监测） 监测内容监测参数监测方式 变形监测 净空收敛收敛计 拱顶形变 压差试变形测量传感器、经纬仪、全站仪 等 地表沉降水准仪、经纬仪、全站仪 围岩内位移多点位移计 土体平移（水平/垂直）多点位移计 应力/应变和受力监测 混凝土应变内埋式应变力 钢筋应力钢筋计空隙水压力监测空隙水压计支护土压力土压力盒 锚杆抗拔力/锚杆轴力锚杆应力计、锚索计钢支撑受力轴力计/反力计 其他 材料参数弹性模量等附近结构物的倾斜盒试固定测斜仪
隧道结构健康监测的发 展趋势 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
隧道结构健康监测的发展趋势[摘要]：随着我国经济建设和城市的快速发展，城市人口增长对城市交通的压力急剧增大，世界各国都在通过修建各种城市地下隧道来缓解这一矛盾，各类城市隧道工程在规模和数量上都得到了迅猛发展。隧道结构的安全性变得日益突出，而隧道工程的理论分析同实际情况存在作较大的差异，使得隧道结构的健康监测变得日益突出。 1. 健康监测的目的意义和必要性 隧道安全关系着人类生命安全和社会经济活动，由于隧道地质条件恶化、火灾、结构损伤、退化和失稳等造成的事故，严重威胁着隧道的正常运营。隧道施工的安全问题引起了人们的密切关注，主要表现在以下方面： 1）隧洞开挖的进口段：由于隧洞都是浅埋隧洞，且都存在边坡，导致该段围岩两面临空，加上爆破的影响导致围岩的自稳能力下降，支护结构受力存在一定的不确定性。 2）构造带：由于围岩受构造影响，节理裂隙发育，无规律性，围岩的自稳性能极差，围岩多呈松散结构，断层带的影响宽度不确定，加之水的影响，使得该段产生冒顶及垮塌的可能性加大。 3）浅埋段：潜埋段隧道围岩，在碳酸岩地层受水体溶蚀的影响较大，加之围岩顶板较薄，出现冒顶的现象可能性加大，加大了开挖及支护过程中的难度。
4）岩溶发育段：由于岩溶发育地段很难查清岩溶的发育规模及范围，在开挖及支护过程中增加了不确定因素。 5）地层走向不利地段：由于岩层的走向及倾角对围岩的自稳性能影响较大（如水平岩层）。 6）含软弱夹层围岩：由于夹软弱夹层的围岩，多会出现冒顶及垮塌现象。 7）水影响段：由于水体的存在，多会对层间结构面的力学指标有较大的不利影响，加之施工过程中对水体通道的改变产生的淘蚀作用，使得围岩的自稳性能恶化。 8）软岩段（围岩级别）：岩体自稳能力差，围岩开挖暴露后崩解，遇水容软化。 9）含水层与相对隔水层交界处，而产生突涌泥现象。 由于有以上不良地质情况的存在增加了隧洞在施工期间及运营期间安全隐患。 为了确保隧道工程安全、及时预报险情，除了对隧道进行加固、维护之外，对隧道工程的安全和稳定状态的监测和评估也十分重要。建立监测系统对隧道工程进行监测、评估和预测以趋利避害，已经成为现代隧道工程发展的迫切要求。此外，随着人们对工程施工过程和现役工程长期监测的重要性认识的不断深入，以及国家相关工程安全法规的实施，隧道工程监测得到了迅速发展，成为隧道工程的一个重要研究课题。
摘要：现场监控量测作为新奥法（ＮＡＴＭ）的３大支柱之一，对于它在地下工程中的作用，很多专家与学者对其作了大量的研究．监控量测的作用主要有：①为选择合适的支护时间提供依据；②掌握围岩动态和支护结构的工作状态，利用量测结果修改设计，指导施工； ③预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然；④为隧道的安全提供可靠的信息；⑤量测数据经过分析处理与必要的计算和判断之后，进行预测和反馈，以保证施工的安全和隧道的稳定；⑥积累资料，为以后的相似工程提供可靠的依据 关键字：隧道、监测、测量、光纤 1.引言： 隧道工程具有几大显著特点,即周边环境复杂,各种建构筑物、地下管线多,且对施工变形控制要求高;工程地质与水文地质复杂,不确定因素多;结构形式较多,施工方法交叉变换多,施工难度大;施工工期压力较大等,这些特点都集中表现为工程的高风险性。如何化解、降低这些风险，安全、高效地完成土建任务是摆在每一位建设者面前的一个重要课题。通过主动的、系统化的风险分解、分类,识别工程的致险因子、风险事件和后果，对隧道及地下工程建设风险源进行辨识是具有重大意义的。根据隧道土建工程的特点,安全风险的分解按照工程所处的地质条件、周边环境、工程实施等对各个阶段进行分解，这当中最主要和最关键的是工程实施道监控模式，可实时监测隧道结构的变化情况，对其中存在的问题采取有效的方案处理。 由于存在卸载、加载、抽水、降水或振动等施工程序或因素，或多或少对隧
道结构产生一定的影响，如结构变形、倾斜、位移、隆起或沉降等等。具体影响有以下几种： （1）可能导致隧道结构局部发生横向或纵向位移； （2）可能导致隧道结构局部发生不均匀竖向变形。如果隧道变形位移达到一定量值以后，对不同工法构成的隧道结构产生不同的影响：（1）对于暗挖法施工的地铁隧道结构会产生沿隧道结构纵向或横向的裂缝，隧道结构的防水性能和耐久性随之降低；（2）对于盾构法施工的地铁隧道结构，其纵缝接头和环缝接头将增大张开量，隧道结构的防水性能和耐久性将降低，特别是当纵缝接头和环缝接头张开量达到5 mm以上时，隧道结构将遭到无可挽回的损坏。如果隧道结构发生以上所述的性能降低或损坏，快速地铁列车的运营将受到制约甚至会发生安全事故。 2.隧道监测方案 2.1隧道监测目的 规范规定的测量项目有地质和支护情况观察、周边位移量测、拱顶下沉量测、地表下沉及边坡位移量测。细致的目测观察, 对于监视围岩稳定性是既省事且作用又很大的监测方法, 它可以获得与围岩稳定状态有关的直观信息。周边位移是隧道围岩应力状态变化最直观的反映,通过周边位移量测可以达到根据变形速率判断围岩稳定程度和二次衬砌施做的合理时机以及指导现场施工的目的。拱顶下沉量测对于埋深较浅、固结程度低的地层比周边位移量测更为重要。 2.2周边位移量测: 量测断面间距及测点数量根据围岩类别、隧道埋深、开挖方法等确定量测断面间距及测点数量 , 收敛测线的布置形式, 可采用一条基线或两条水平基线。 2.3拱顶下沉量测: 对于深埋隧道, 可在拱顶布设固定测点, 将钢尺或收敛计挂在拱顶测点上, 读钢尺读数, 后视点可设在稳定衬砌上, 读标尺读数, 用水平仪进行观测。 2.3.1.精密水准测量方法 小断面隧道拱顶下沉的监测过程是，当施工工作面开挖完并立即进行初期支护和不锈钢球焊接之后，马上从基准系统主点开始按二等水准测量的精度用不低于± 1mm/km 的水准仪测出钢球底标高Hi′。当初期支护变形基本稳定即将进行二次衬砌混凝土施工时应从基准系统主点开始按二等水准测量的精度用不低于±1mm/km 的水准仪再次测出钢球底标高Hi 〞，则每个钢球的下沉量（即钢球位置的隧道拱顶下沉量）ΔΗi为:ΔΗi= Hi 〞- Hi′每次变形点（若干点）高程测量结束后，应立即进行基准点（3 个）间的高差测量（水准仪精度不低于±1mm/km，观测精度不低于二等水准），以检验主、辅点的稳定性，当出现问题时应判断出不稳定的基准点，并对变形点的观测结果进行相应的修正。对于大断面隧道可以用特制的长挂杆把钢尺倒挂在拱顶的测点上以代替水准尺。 2.3.2.静力水准仪法 静力水准仪系统是用于精密测定多个测点的垂直位移及相对沉降变化的仪器系统。它根据固定在监测点上众多单元的内液面相对变化来确定监测点的相对沉降或隆起，将待测区域的沉降(隆起)与基准点相比较即可得到施工影响区内的测点的绝对沉降(隆起)量。该系统由一系列监测沉降单元组成，沿着隧道纵向布置，该系统具有监测点多、测量范围大、精度高、数据可自动化采集、施工和维护工作量少等优点。其缺点是易受外界影响，如振动、温度变化幅度大引起数据漂移等问题，对于较大断面的隧道作业相对不便也使其应用受到局限。
隧道结构全寿命健康监 测系统 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
X X X X 隧道结构全寿命健康监测系统方案 2017年6月8日
目录
1 工程概况 xxx隧道的建设对xxx市的社会、经济发展具有十分重要的意义，xx 隧道建成后，其长期安全的保证至关重要。 2监测断面选取 为保证xx通道隧道结构长期安全，考虑隧道管片衬砌结构所赋存的工程水文地质条件及施工特点，拟针对隧道结构受力及变形状态、地震及钢筋混凝土腐蚀三个方面的信息进行长期监测，分别选取典型监测断面信息如下所示。 隧道衬砌结构受力及变形状态监测断面选取 综合考虑隧道赋存地层的工程水文特性、隧道埋深及结构体系情况，盾构段选取10个测试断面，岸上明挖段选取2个测试断面（见图2），其相应的里程及断面特征如表1所示，各个监测断面的具体地层及水文地质信息如图3所示。 表1 隧道结构受力及变形状态监测断面
图2隧道结构受力及变形状态监测断面分布图 (a)断面1 (b)断面2 (c)断面3 (d)断面4 (e)断面5 (f) 断面6 (g)断面7 (h)断面8 (i)断面9 (j)断面10 (k)断面11 (l)断面12 图3隧道结构受力及变形状态监测断面地质纵断面图 地震信息监测断面选取 综合考虑隧道赋存地层的工程水文特性及消能节点设置情况，选取 如下4个测试断面（见图4）进行地震信息监测，其相应的里程及断面特征如表2所示。 图4 地震信息监测断面分布图 表2 地震信息监测断面 隧道结构腐蚀监测断面选取
考虑隧道结构特性及隧道赋存地层的工程水文特性，选取如下4个测试断面（见图5），其相应的里程及断面特征如表3所示。 表3隧道结构腐蚀监测断面 图5隧道结构腐蚀监测断面分布图 3监测内容及监测元件选取 根据不同类型的监测断面，选取相应的监测元件，主要介绍盾构衬砌管片的元件选取，岸上明挖段参考管片即可。具体如下所示。 隧道结构受力及变形状态监测内容及监测元件选取 对于盾构隧道管片衬砌结构受力及变形状态的监测主要考虑管片衬砌结构所受的土/水压力、管片内力及管片接缝张开量等四项内容，各项监测内容所使用的监测元件及布置方式如下所示，在每块管片上的位置关系如图6所示。 图6 元器件及接线孔平面位置展布图 （1）土压力 土压力采用土压力盒进行测量，针对xx通道管片衬砌结构的分块形式，拟对每个断面布置9个土压力盒，其布置位置及实施方法如下所述，其中土压力盒的布置位置如图7所示。
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
隧道健康监测解决方案
1背景概述 随着隧道工程的大规模建设，隧道工程的运营期结构状况的评估、运营现状以及工程服务寿命的预测已成为隧道工程建设需要解决的重大课题，同时也是隧道运营业主关心的一个重要议题。 盾构隧道因长期受地表水与地下水有害作用的影响，在施工和运营过程中，渗漏水会使结构不均匀沉降，隧道产生弯曲，导致隧道接缝张开，从而进一步加剧渗漏。隧道的渗漏水会影响结构的耐久性和设备的正常使用，危及行车安全，同时水的流失使得孔隙水压力降低，土中有效应力增加，从而土体被压密而引起沉降。 某隧道的沉降观测表明，隧道在建成之后其沉降一直在持续发展，累计沉降最大值在上行线和下行线均超过《地铁隧道保护条例》(1992)所规定的20mm总位移量的标准，并且未见近期收敛稳定的趋势。伴随沉降值的增大，隧道的纵向不均匀沉降愈加显著，隧道全线也出现多处安全隐患。 隧道健康监测系统建立的目的是通过对隧道结构状况以及其他工作状况的监测，为运营期结构状况的评估、运营现状以及工程服务寿命的预测提供大量监测数据。为了实现这些功能，隧道健康监测系统需要对以下几个方面对隧道进行监测： ●隧道结构侵蚀监测； ●隧道结构监测，包括：变形、收敛、内力、接缝监测； ●地层监测，包括：土压力、水压力监测； 对隧道进行健康监测具有以下作用： ●认识不同工况下，隧道结构、地层及相邻环境的变化及发展规律，以便 有针对性的改进施工工艺、调整施工参数； ●建立预警制度，实现实时或准实时的整体结构检测，及时发现隧道监测 断面乃至整体可能存在的损伤和质量退化，保证结构安全； ●为研究岩土性质、地下水条件、施工方法与隧道变形、水土压力及地表 沉降的关系积累数据，为改进设计提供依据；
桥梁健康监测系统方案 2010年9月 北京凯源泰迪科技发展有限公司Beijing Countertide Technology&Development Co., Ltd.
目录 一、北京凯源泰迪科技发展有限公司简介 (3) 二、桥梁健康状态实时监测的意义和必要性 (4) 三、传统桥梁检测方法 (6) 四、基于光纤光栅传感技术的桥梁监测系统 (7) 五、桥梁监测内容及系统构成 (9) 5.1 桥梁结构健康监测与安全评价系统构成 (9) 5.2 桥梁光纤监测设备应用一览表 (10) 六、桥梁监测相关产品 (11) 6.1 桥梁结构应力（应变）监测 (11) 6.1.1 CTTD-S100自温补表面光纤光栅应变计 (11) 6.1.2 CTTD-S200高分辨率表面安装式光纤光栅应变计 (11) 6.1.3 CTTD-S400埋入式光纤光栅应变传感器 (12) 6.2 温度分布监测 (12) 6.2.1 CTTD-T400表面式光纤光栅温度传感器 (12) 6.2.2 CTTD-T100埋入式光纤光栅温度传感器 (12) 6.3 索力监测 (13) 6.4 位移监测 (14) 6.5 地下水位监测 (14) 6.6 振动监测 (14) 6.7 光纤传感数据采集设备 (15) 6.7.1 CTTD-A01-16光纤传感分析仪 (15) 6.7.2 CTTD-A02光纤传感分析仪 (17)
一、北京凯源泰迪科技发展有限公司简介 北京凯源泰迪科技发展有限公司总部位于北京市西城区，技术依托中国科学院微系统所传感技术国家重点实验室及中国科学院力学所，主要从事自主科技的光电器件、光电设备的研发、生产及销售，拥有光纤光栅传感和光纤DTS分布式传感和光纤MEMS传感三大类别的全系列产品线和核心技术，并围绕公司核心产品，为客户提供系统级解决方案。 光纤光栅传感产品线主要包括CTTD-A01大容量光纤传感分析仪、CTTD-A02系列高速光纤传感分析仪、CTTD-T系列光纤光栅温度传感器、CTTD-S系列光纤光栅应变传感器、CTTD-P系列水位/压力传感器、CTTD-D系列位移传感器。 光纤DTS分布式传感产品线主要包括CTTD-A01D-R系列分布式光纤测温仪和CTTD-A01D-B系列分布式光纤应力测试仪。 光纤MEMS传感产品线主要包括CTTD--MA系列加速度传感器、单点式光纤温度传感器、光纤湿度传感器、光纤可调谐激光器等。 公司拥有光纤光栅照射线、光纤传感分析仪和分布式DTS光纤测温仪组装线、光纤MEMS工艺线及光纤传感产品组装测试线。 公司拥有计量级应变标定系统（疲劳实验机+激光测距装置，应变标定精度1με），计量级温度标定系统（精密恒温槽+二等标准铂电阻温度计，温度表定精度0.01℃），产品可靠性测试系统（高精度温控箱+高低温加湿度环境实验箱，可提供-60℃～+200℃范围内的温度循环测试及可变湿度测试），为产品测量精度和长期可靠性提供了技术保障。 公司相关产品已广泛应用于国家基础设施和工业设备的安全监测和生产测量，以及国防装备的光电检测与控制，涉及桥梁、大坝、隧道、建筑等土木工程结构安全监测和高压输变电设备（电力开关柜、电缆接头、变压器、互感器等）在线温度监测以及工业消防（电缆沟、
桥梁健康监测系统方案 桥梁健康监测系统方案 2010年9月 北京凯源泰迪科技发展有限公司 Beijing Countertide Technology&Development Co., Ltd. 目录 一、北京凯源泰迪科技发展有限公司简介 (3) 二、桥梁健康状态实时监测的意义和必要性 (4) 三、传统桥梁检测方法 ...................................... 6 四、基于光纤光栅传感技术的桥梁监测系统 (7) 五、桥梁监测内容及系统构成 (9) 5.1 桥梁结构健康监测与安全评价系统构 成 ............................................................. 9 5.2 桥梁光纤监测设备应用一览 表 .................................................................. . (10) 六、桥梁监测相关产品 ..................................... 11 6.1 桥梁结构应力（应变）监 测 .................................................................. (11) 6.1.1 CTTD-S100自温补表面光纤光栅应变 计 .................................................................. . (11) 6.1.2 CTTD-S200高分辨率表面安装式光纤光栅应变 计 (11) 6.1.3 CTTD-S400埋入式光纤光栅应变传感 器 .................................................................. . (12) 6.2 温度分布监 测 .................................................................. . (12) 6.2.1 CTTD-T400表面式光纤光栅温度传感 器 .................................................................. . (12)
隧道在线健康监测解决 方案 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
隧道在线健康监测解决方案 一、监测背景 近些年来，高速、高铁等基础设施建设事业的快速发展，我国隧道建设工作进入迅猛发展时期，随之而来的各种隧道事故也频频发生。隧道穿越山体工程地质及水文地质等条件复杂多变，既有隧道受修建时期的设计与施工技术条件的限制，早期修建的隧道经常出现隧道拱顶开裂、边墙开裂、拱顶空洞、衬砌损坏、隧道渗漏水、隧道冻害、围岩大变形等隧道的健康问题变得日益突出，如何对现役营运隧道或新建隧道进行健康诊断和病害与灾害的预防和控制就显得极为重要。 二、系统概述 飞尚科技作为中国结构安全监测的领导者，率先将结构健康监测与物联结构体系、云计算、局域网/通讯网等多网无缝连接技术结合，建立了一套智能隧道健康监测系统，为隧道日常养护、管理和突发事件应急处置发挥重大作用。基于云计算服务中心的监测系统可容纳上万个隧道、桥梁、边坡等结构物的监测数据，形成区域性结构健康监测平台，实现区域内的所有结构统一管理。 三、主要监测内容 ①、围岩和支护状态的观察描述； ②、地表沉降； ③、隧道拱顶沉降； ④、隧道收敛监测； ⑤、附近的建筑物倾斜监测；
⑥、孔隙水压力监测； ⑦、支护土压力监测； ⑧、土体垂直位移监测； ⑨、土体水平位移监测。 四、监测示意图 五、监测项目一览表 （施工期监测）
（运营期监测） 六、实现功能 ①、24小时实时监测：对隧道形变、受力、环境等全自动化在线监测，实时掌握隧道整体施工/运行的安全状态。 ②、多重分级预警：数据异常时，系统会触发相应的三级报警机制，第一时间以短信、传真、广播等形式通知用户。 ③、应急预案处理：从专家库直接提取相应处理办法，及时采取人员介入、封锁道路等办法，将安全隐患消除在萌芽状态。 ④、结构损伤机理研究：对结构损伤机理的宏观分析、结构形变及破坏趋势研究、归纳演绎。 ⑤、提供参考依据：监测数据的存储，为今后同类工程设计、施工提供此类依据。 ⑥、行业规范标准行成：制定出适合结构健康监测的安全评价标准体系，行成行业标准规范。
健康监测系统应用在隧道工程中的重要性 摘要:隧道安全关系到人类生命安全和社会经济活动,及时掌握隧道结构健康状态是确保隧道安全的重要前提。本文在详细分析结构健康监测的概念和系统组成的基础上,结合隧道结构的具体特点,提出了隧道结构健康监测的定义,分析了隧道结构健康监测系统的特点、作用和设计原则。 关键词:隧道健康监测 1 引言 隧道工程的安全关系着人类生命安全和社会经济活动,由隧道地质条件恶化、结构失稳和退化所造成的崩塌、火灾等事故,严重威胁着隧道安全。 诸多隧道事故,以血的教训告诉世人,对隧道结构的健康状况做出评估是非常必要的,实时地监测和预报结构的性能,及时发现和估计结构内部损伤的位置和程度,预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维修决定,合理疏散人民群众,对提高工程结构的运营效率,保障人民生命财产安全具有极其重大的意义。因此,为了确保隧道结构的安全稳定,有必要采取一系列措施,实时监测隧道结构的健康状态,预警事故的发生。 2 结构健康监测概述 结构健康监测是指利用现场的无损传感技术,通过包括结构响应在内的结构系统特性分析,达到监测结构损伤或退化的目的。 结构健康监测技术研究的目的就是通过结构中的传感器网络来实时获取结构对环境激励(人为的或自然的)的响应,并从中提取结构的损伤和老化信息,为结构的使用和维修工作提供参考,因而可降低维修费用,预报灾难性事件的发生,将损失降低至最小。 结构健康监测的关键,就技术上而言,主要是先进传感器的优化布设和信息的高效传输;就理论上而言,主要是结构损伤识别理论和状态评估理论的发展。 因此,健康监测将目前广泛采用的离线、静态、被动的损伤检测,转变为在线、动态、实时的监测与控制,这将导致结构工程安全监控、防灾减灾领域的一场革
隧道结构健康监测的发展 趋势 Prepared on 24 November 2020
隧道结构健康监测的发展趋势[摘要]：随着我国经济建设和城市的快速发展，城市人口增长对城市交通的压力急剧增大，世界各国都在通过修建各种城市地下隧道来缓解这一矛盾，各类城市隧道工程在规模和数量上都得到了迅猛发展。隧道结构的安全性变得日益突出，而隧道工程的理论分析同实际情况存在作较大的差异，使得隧道结构的健康监测变得日益突出。 1. 健康监测的目的意义和必要性 隧道安全关系着人类生命安全和社会经济活动，由于隧道地质条件恶化、火灾、结构损伤、退化和失稳等造成的事故，严重威胁着隧道的正常运营。隧道施工的安全问题引起了人们的密切关注，主要表现在以下方面： 1）隧洞开挖的进口段：由于隧洞都是浅埋隧洞，且都存在边坡，导致该段围岩两面临空，加上爆破的影响导致围岩的自稳能力下降，支护结构受力存在一定的不确定性。 2）构造带：由于围岩受构造影响，节理裂隙发育，无规律性，围岩的自稳性能极差，围岩多呈松散结构，断层带的影响宽度不确定，加之水的影响，使得该段产生冒顶及垮塌的可能性加大。 3）浅埋段：潜埋段隧道围岩，在碳酸岩地层受水体溶蚀的影响较大，加之围岩顶板较薄，出现冒顶的现象可能性加大，加大了开挖及支护过程中的难度。
4）岩溶发育段：由于岩溶发育地段很难查清岩溶的发育规模及范围，在开挖及支护过程中增加了不确定因素。 5）地层走向不利地段：由于岩层的走向及倾角对围岩的自稳性能影响较大（如水平岩层）。 6）含软弱夹层围岩：由于夹软弱夹层的围岩，多会出现冒顶及垮塌现象。 7）水影响段：由于水体的存在，多会对层间结构面的力学指标有较大的不利影响，加之施工过程中对水体通道的改变产生的淘蚀作用，使得围岩的自稳性能恶化。 8）软岩段（围岩级别）：岩体自稳能力差，围岩开挖暴露后崩解，遇水容软化。 9）含水层与相对隔水层交界处，而产生突涌泥现象。 由于有以上不良地质情况的存在增加了隧洞在施工期间及运营期间安全隐患。 为了确保隧道工程安全、及时预报险情，除了对隧道进行加固、维护之外，对隧道工程的安全和稳定状态的监测和评估也十分重要。建立监测系统对隧道工程进行监测、评估和预测以趋利避害，已经成为现代隧道工程发展的迫切要求。此外，随着人们对工程施工过程和现役工程长期监测的重要性认识的不断深入，以及国家相关工程安全法规的实施，隧道工程监测得到了迅速发展，成为隧道工程的一个重要研究课题。
基于物联网的隧道健康监测终端系统设计 发表时间：2018-05-14T15:28:45.997Z 来源：《科技新时代》2018年2期作者：童杨、张奕柯、蔡钱明、尤婷 [导读] 摘要：针对目前隧道健康监测中存在的不足和应用需求，本项目开发一种基于物联网的隧道健康监测终端系统，通过布设无线传感器网络，通过传感器技术获得隧道的各种健康信息，由各个节点的微控制器控制传感器对需要监测的隧道参量进行自动化的数据采集，摘要：针对目前隧道健康监测中存在的不足和应用需求，本项目开发一种基于物联网的隧道健康监测终端系统，通过布设无线传感器网络，通过传感器技术获得隧道的各种健康信息，由各个节点的微控制器控制传感器对需要监测的隧道参量进行自动化的数据采集，借助无线网络技术将各种传感信息汇总到汇聚节点，实现隧道健康监测的实时化，智能化，平台化。 关键词：基于物联网；感知节点；汇聚节点；无线传感器；隧道健康监测；自动化； 随着我国交通建设的进一步推进，在隧道施工和运营过程中，地质条件变化多端、结构性损伤，失稳和退化等影响因素众多，这给隧道安全带来了许多隐患。为了保障隧道工程安全、及时掌握隧道地质状况，本项目拟开发一种基于物联网的隧道健康监测终端系统，实现隧道健康监测的可靠性。 一、监测系统结构原理 本项目是基于物联网的隧道健康监测终端系统，布设无线传感器网络，通过传感器技术获得隧道的健康信息，通过感知节点对参量进行自动化的数据采集，借助无线网络技术借路由器节点将各种传感信息汇总到汇聚节点，再输送到上位监控平台处理，实现系统的要求功能。整个系统终端包括若干个感知节点、汇聚节点和上位监控平台等三个部分构成，如图1。 图1 系统结构图 二、监测系统网络通信协议 Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。是实现隧道健康监测的核心所在，主要涉及物理层、数据链路层、网络层、应用层等。 （1）物理层 物理层主要负责感知信息的采集，将模拟信号进行数字化，由路由器节点传送至LCD屏幕上,通过软硬件的混合设计，建立一个完整的监测系统。 （2）数据链路层 负责媒体访问控制和建立节点之间可靠的通信链路。 （3）网络层 Zigbee网络层主要功能包括设备连接和断开网络里所采用的机制，以及在帧信息传输过程中所采用的安全性机制。 （4）应用层 主要负责把系统的应用映射到Zigbee网络，包括应用支持层、设备对象和应用对象。 三、传感器节点的硬件设计 （一）感知节点 感知节点采用CC2430芯片为核心，结构如图2所示，倾角、应变等模拟信号送入到芯片转换成数字量，再将信息发送至协调器，这些信息也可以在现场的LCD上显示出来。 图2 感知节点结构 （二）汇聚节点 汇聚节点由无线模块、微处理芯片组成，位于感知节点之间的中心位置。 （三）上位监测平台 上位监测平台，由PC以及监测软件构成。监测平台pc机通过监测软件接收来自协调器节点的各个传感器节点的温度信息，对获得的温度数据信息、进行分析、处理、记录、显示。 四、技术路线流程 项目组通过各途径的调研，构建出相应的技术体系，再进行总体的方案定制，确定所需的硬件结构和软件结构，通过软件和硬件的混合设计，再进行各节点软件与网络管理软件编写与调试，硬件的制作，然后进行上位机软件编写与调试，最终对系统进行综合，再次进行