隧道运营期结构健康监测及稳定性评价_王新胜

V， D］ = eig （ A ） 命令， 利用 Matlab 软件的［ 并作归一化处理， 0． 126 ， 0． 085 ， 0． 042 ， 0． 126 ， 0． 251 ， 0． 370 ］ 。 得到权重向量 W = ［ C． R． = 0． 000 25 ＜ 0． 1， 进行一致性检验， 说明确定的指标权重是合 。 理的 《公路隧道养护技术规范 》 根据监测数据、 设计参数和 等相关 84． 9， 90． 6， 规范， 由专家对各指标进行打分， 取平均值， 得到 M' = ［ 88． 1 ， 91． 5 ， 89． 2 ， 92． 3 ］ ， 将其代入隶属函数并作归一化处理得到 模糊关系矩阵：
2
隧道运营期结构稳定性模糊综合评价
在进行隧道结构健康监测的基础上， 如图 5 所示， 建立隧道 运营期结构稳定性评价指标体系， 评价等级划分为 5 级， 即V= ｛ V1 ， V2 ， V3 ， V4 ， V5 ｝ = ｛ 特别稳定， 很稳定， 较稳定， 不稳定， 很不稳 80 ， 70 ， 60 ， 50 ｝ 定｝ ， 相应分值取为｛ 90 ，
{
0 （ 70 ≤u ij ≤100 ） ，
3 3． 1
工程应用 隧道结构健康监测
现对重庆某隧道进行结构健康监测， 监测项目包括围岩内部 二衬结构内应力、 初衬钢拱架应力和锚杆轴力， 据该隧道的 位移、 具体地质状况对其进行典型断面的应力监测 。 监测数据处理结 表中数据分别为各指标在各个断面和整条隧道的 果如表 1 所示， b= 最大值。同时， 在二衬表面发现 1 条环向裂纹 （ l = 3． 50 m， 1． 02 mm） ， 未继续发展。
［ 5］ 王建秀， 朱合华， 唐益群． 高速公路隧道跟踪监测及承载状 J］ ． 土木工程学报， 2005 ， 38 （ 2 ） ： 110114． 况诊断［ ［ 6］ 蒋树屏， 赵 阳． 复杂地质条件下公路隧道围岩监控量测与 ． 岩石力学与工程学报， 2004 ， 23 非确定性反分析研究［J］ （ 20 ） ： 34603464．
f5 （ u ij ） = 70 － u ij （ 60 ≤u ＜ 70 ） ， ij 70 － 60 1 （ u ij ＜ 60 ） 。
0 0． 515 5 0． 484 5 0． 405 0． 5 0． 095 R= 0． 540 5 0． 459 5 0 0． 5 0． 04 0． 46 0． 565 0． 435 0
{
1 （ 90 ≤u ij ≤100 ） ，
2 /3 1 2 2 /3 1 /3 1 /3 1 /2 1 1 /3 1 /6 A= 1 3 /2 3 1 1 /2 3 6 2 1 2 3 4 9 3 3 /2
1 /9 。 1 /3 2 /3 1
1 /4

明该隧道结构很稳定。
0． 245
0． 5
0． 255
0 0 0 0 0 0
0
0 。 0 0 0
0


最后， 求得该隧道运营期结构稳定性的综合得分为 84． 18 ， 说
4
结语
对隧道运营期的结构健康监测方法和稳定性评价方法进行
了研究， 并结合重庆某隧道工程对该方法进行了具体应用的研 究， 结果显示该隧道结构很稳定， 符合实际情况， 说明该隧道运营 期结构健康监测方法及其稳定性评价方法具有一定的推广价值 。 目前， 隧道运营期结构健康监测技术的推广应用和发展面临着很 大的困难， 因此， 需要相关部门制定相应的规范， 使隧道结构健康 监测真正起到预测隧道结构风险和保证隧道运营安全的作用 。 参考文献： ［ 1］ 丁 勇， 施 斌， 隋海波． 隧道结构健康监测系统与光纤传 J］ ． 防灾减灾工程学报， 2005 ， 25 （ 4 ） ： 375380． 感技术［ ［ 2］ TESTUO I， WATARU A， HIROMICHI S， et al． Estimation of natural ground behavior ahead of face by measuring deformation ． Tunnelling and Underwhich utilized TBM drift tunnel ［J］ ground Space Technology， 2004 （ 19 ） ： 527528． ［ 3］ KARMEN F B， BORUT P． Displacement analysis of tunnel support in soft rock around a shallow highway tunnel at golovec ［ J］ ． Engineer in Geology， 2004 （ 75 ） ： 185196． ［ 4］ 袁 勇， 王胜辉， 杜国平， 等． 双连拱隧道支护体系现场监测 J］ ． 岩石力学与工程学报， 2005 ， 24 （ 3 ） ： 480-484． 试验研究［
候亚彬
（ 重庆市勘测院， 重庆 400020 ）
要： 分析了反映隧道运营期结构稳定性的指标， 并依据有关规范， 提出了隧道运营期结构健康监测的方法 。 基于结构健康监 测， 首先应用层次分析法确定指标权重， 最终建立了隧道运营期结构稳定性的模糊综合评价模型 。 最后， 将结构健康监测方法和 评价显示该隧道结构很稳定 。 评价模型应用于重庆某隧道， 关键词： 隧道运营期， 隧道结构健康监测， 隶属函数， 模糊综合评Fra Baidu bibliotek 中图分类号： U456 文献标识码： A
表1
监测 断面 围岩 变形 速度 mm / 年
重庆某隧道结构健康监测结果统计表
锚杆 轴力 kN 初衬钢 拱架应 力 / MPa 拱顶下沉 水平收敛 二衬结 本次收 本次收 构内应 累积值 累积值 力 / MPa mm 敛速率 mm 敛速率 mm / d mm / d 0． 04 0． 03 0． 01 0． 04 0． 04 3． 94 2． 68 4． 02 3． 43 4． 02 0． 03 0． 02 0． 04 0． 05 0． 05
1 ） 确定指标权重。 结合相关专家的意见， 根据相对重要性定义表， 构造两两比 较判断矩阵， 并进一步确定各指标权重 W。 2 ） 模糊综合评价。 对 8 个指标请专家或采用德尔菲法进行评分， 将得分均值分 得到各指标对各评价等级的隶属 别代入梯形分布的隶属函数 ， 隧道运营期结构稳定性的综合得分 度及模糊关系矩阵 R。于是， M = W × R × V T［8］ 。
1
隧道运营期结构健康监测
新奥法建设的隧道， 本质上是支护结构和围岩的复合体 。 因
此， 围岩与支护结构的变形及其相互作用， 在进行隧道结构健康 ［6 ］ 。 对于变形， 主要进行水 监测时是十分重要的需要考虑的因素 平收敛和拱顶下沉、 裂纹、 围岩内部位移监测。 在相互作用方面， 主要进行锚杆轴力、 围岩—初衬接触应力、 初衬钢拱架应力、 初 衬—二衬接触应力、 二衬结构内应力等的监测 。 1 ） 水平收敛和拱顶下沉监测 。 为不影响车 辆 正 常 通 行， 一 般 采 用 非 接 触 测 量 方 法， 每隔 50 m 布设一个断面， 断面测点布设见图 1 。 2 ） 裂纹监测。 采用裂纹计等， 观测隧道裂纹的宽度 、 长度 、 深度及其发展 变化 。 3 ） 围岩内部位移和锚杆轴力监测 。 围岩内部不同深度的径向位移， 可以通过钻孔位移计进行监 测， 据此可以判断隧道围岩松动圈， 结合锚杆受力情况， 为修改锚 ［4 ， 7 ］ 。监测断面应根据隧道地质情况和设计 杆支护参数提供依据 参数， 选择典型构造或地质异常地段设置监测断面， 断面测点布
LK1 + 323 2． 47 LK1 + 298 2． 15 RK1 + 265 2． 36 LK1 + 130 2． 42 最大值 2． 47
38． 957 3 25． 385 6 15． 710 4 27． 060 5 38． 957 3
131． 660 2 0． 594 5 4． 26 72． 241 6 0． 400 9 1． 44 123． 576 3 0． 451 3 2． 14 125． 336 8 0． 463 5 3． 27 131． 660 2 0． 594 5 4． 26
［9 ］
｛ 水平收敛和拱顶下沉， 裂纹， 围岩内部位移， 锚杆轴力， 初衬钢拱 架应力， 二衬结构内应力｝ ， 利用 AHP 构造两两比较判断矩阵： 1 3 /2 3 1 1 /2 1 /3
f1 （ u ij ） = u ij － 80 （ 80 ≤u ＜ 90 ） ， ij 90 － 80 0 （ u ij ＜ 80 ） ； 100 － u ij （ 90 ≤u ij ≤100 ） ， 100 － 90 f2 （ u ij ） =
［8 ］
。
1212 ★：重庆市建设科技计划项目（ 渝建［ 2011］ 459 号） 收稿日期： 2011作者简介： 王新胜（ 1984- ） ， 男， 硕士， 工程师
· 180·
第 38 卷 第 10 期 2 0 1 2 年 4 月
山
西
建
3． 2
筑
隧道结构稳定性模糊综合评价
根据该隧道结构健康监测内容， 其稳定性评价指标集 U =
1 （ 80 ≤u ij ＜ 90 ） ，
u － 70
ij （ u ij ＜ 80 ） ， 80 － 70 0 （ u ij ＜ 70 ） ；
0 （ 90 ≤u ij ≤100 ） ， 90 － u ij 90 － 80 （ 80 ≤u ij ＜ 90 ） ， f3 （ u ij ） = 1 （ 70 ≤u ij ＜ 80 ） ， u ij － 60 70 － 60 （ 60 ≤u ij ＜ 70 ） ， 0 （ u ij ＜ 60 ） ； 0 （ 80 ≤u ij ≤100 ） ， 80 － u ij 80 － 70 （ 70 ≤u ij ＜ 80 ） ， f4 （ u ij ） = 1 （ 60 ≤u ij ＜ 70 ） ， u ij － 40 60 － 40 （ 40 ≤u ij ＜ 60 ） ， 0 （ u ij ＜ 40 ） ；
第 38 卷 第 10 期 2 0 1 2 年 4 月
山
西
建
筑
SHANXI
ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 10 Apr． 2012
· 179·
· 桥梁 · 隧道 ·
文章编号： 1009-6825 （ 2012 ） 10-0179-03
隧道运营期结构健康监测及稳定性评价 ★
王新胜
摘
陈
玉
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
设分别如图 2 ， 图 3 所示。
劳等因素的影响， 从而导致隧道结构损伤和失稳， 并可能造成隧 道崩塌等事故的发生。 隧道结构健康监测（ 简称 TSHM）
［1 ］
“利用现场的无损 定义为
传感技术， 通过隧道系统的特征分析， 检测隧道支护系统损伤， 分 析发生损伤的地点、 程度和原因， 并对隧道整体的健康状态做出 。与桥梁等一般建（ 构） 筑物不同， TSHM 的监测范围从支 评价” 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 ［2-4 ］ 。 因此， 其复杂， 监测和评价难度也大大增加 目前国内外关于 隧道结构健康监测的研究， 主要停留于施工期， 明显落后于桥梁 1］介绍了隧道运营期采用光纤传 文献［ 等其他土木结构的研究， 感技术进行监测的情况 。 王建秀等提出了对衬砌结构内力应在 ［5 ］ 隧道完工后进行监测 。 隧道运营期间的结构健康监测及其稳 定性评价， 一直是国内外岩土工程界研究的热点和难点， 无论从 理论上还是从应用技术方面来说， 该研究都不够成熟。 本文提出 并建立了隧道运营期结构稳 了隧道运营期结构健康监测的方法， 定性的模糊综合评价模型， 现结合重庆某隧道工程具体介绍了它 的应用情况。 4 ） 围岩—初衬接触应力、 初衬钢拱架应力、 初衬—二衬接触 应力和二衬结构内应力监测 。 应力监测断面布设方法同上， 测点布设如图 4 所示。 一般， 初衬钢拱架应力传感器沿拱架轴线在内外侧对称布置， 应力传感 器在焊接过程中应注意淋水降温 。