隧道运营期结构健康监测
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局限：由于光纤非常脆弱,岩土工程变形复杂，因此传 感光纤的合理布设是检测成功与否的关键；另外，光 纤目前的分辨率只能达到1 m，这对实际工程来说是 远远不够的.鉴于以上种种原因，采用光纤技术进行健 康监测尚未在实际大型土木工程中得到推广应用。
FBG应变监测系统图
隧道监测的发展趋势
针对目前隧道监测系统存在的不足，未来的发展 趋势主要体现在以下几个方面：
特点：此类方法能够直接量测隧道特定位置、区 段的形变，但人力、财力成本极高，监测周期较 长，在效率和资源利用等方面都不再符合当今地 铁隧道监测的实际应用要求和发展需求，因此对 此类方法的研究在近几年已经趋于停滞。
非接触测量
➢基于激光测距技术的监测 ➢基于图像传感技术的监测 ➢基于光纤传感技术的监测
二 国内外的研究现状及发展趋势
➢国内外研究现状 ➢国内外主要隧道变形监测方法 ➢隧道监测的发展趋势
国内外研究现状
国内外的一些专家在隧道的监测方面做了大量的工作,为隧 道的监测提供了很好的借鉴和参考。
在国外,荷兰于2000年对Botlek铁路隧道施工过程进行了土 木衬砌结构特性以及隧道动力现状等方面的监测,并将隧道施 工过程大量的监测数据用于指导施工。
隧道运营期结构健康监测
韩宗彪 学号:2 宁 鹏 学号Leabharlann Baidu2
2013.05.23
一，研究的目的 二，国内外的研究现状及发展趋势 三，隧道监测的项目及所选仪器介绍 四，超声波测距技术
一 研究目的
隧道在运营过程中，由于受到材料退化、地震、人为因 素等影响会发生隧道主体结构的损坏和劣化。若不及时 检测和维修，将会导致很大的破坏和坍塌，带来的损失 也是非常巨大的。所以对运营期隧道进行实时监测，及 时高效地保证隧道主体结构的安全是必要的。
韩国在高速铁路(HSR)隧道安装了健康监测系统,对内部衬 砌形变、喷射混凝土应力、地下水水位以及其它问题进行实 时监测或周期性监测
LeeJ.S.于2004年利用健康监测系统采集的隧道变形 数据,通过一种新的系统识别方法来判断隧道的损伤和损 伤部位。
瑞士Aembe Measuring Technique公司研制了一套 全自动隧道断面收敛及投射系统TMS。它是由Leica TPS激光全测站仪加上伺服马达驱动定位装置,再配合 即时收敛及投射软件组成.
局限：由于运营地铁隧道内环境恶劣,情况复杂,因此对 目标光源的数字图像数据的分析、识别以及目标光源圆 心位置的计算是十分困难的。
系统示意图
图像传感器 位移测量
基于光纤传感技术的监测
应用：近年来，一些新式传感技术在隧道监测领域得 到发展，尤其是光纤传感技术引起人们关注。美国、 德国、英国等都在致力于该技术的研究，国内对其研 究相对较晚。
在国内,王秀美、曾卓乔于2001年开发了一种用于监 测运营期间对周边位移进行监测的新技术。
黄腾、张书丰于2004年结合南京地铁一号线隧道下穿公路 隧道的具体工程实践,探讨了两种不同类型隧道的监测技术,分 析了隧道穿越公路隧道过程中监测数据的变化规律,用于工程实 践,保证了隧道结构和周边环境的安全。
基于图像传感技术的监测
原理：数字图像处理技术也在地铁隧道变形监测 中有所应用，即通过对隧道内定点放置的目标光 源进行拍摄所得图像进行预处理，再对目标光源 轮廓进行提取，然后通过图像二值化提取边界， 最后通过计算目标光源圆心的位置变化得出地铁 隧道纵向的变形量。
应用：周奇才等人在 2009 年提出利用数字图像处理技 术对地铁隧道变形进行监测的方案，通过对数字图像进 行平滑、锐化、腐蚀、膨胀、去噪等预处理，进而计算 光源位置变化并得出地铁隧道纵向的变形量。实验结果 表明，该方法在地铁隧道变形检测系统中得到的隧道变 形量比较精确、可靠。
图1 围岩内部位移测点分布示意图
二、裂纹监测
裂纹监测，是对裂纹监测，是对隧道裂纹的发展变 化进行观测。根据隧道裂纹调查资料，结合隧道实际情 况，在隧道布置合适数量的裂纹计对有发展迹象的裂纹 进行监测。
三、初衬钢拱架应变监测
初衬钢拱架作为隧道主要的承重结构，测量其应变， 可以掌握隧道围岩的稳定性。一般每10榀钢拱架设一断而 ，每根钢拱架沿水平中性轴位置左右对称安装2个钢弦式 表面应变计，如图2所示。
(1) 采用高精度、环境适应能力强、自动化程度高、可 操作性强的测量仪器和自动化的隧道实时监测系统；
(2) 研究出实用性强、可靠性高的数据处理方法， 以提高预测结果的准确度；
(3) 充分利用信息技术、计算机技术、数据库技术、网络 技术和虚拟现实技术．开发出功能完备、安全性高、实用 性强、可视化程度高、可维护性好、可移植性强等的隧道 监测信息管理系统，包括3维可视化平台和虚拟现实平台.
三，隧道监测的项目及所选仪器介绍
➢监测项目介绍 ➢监测所用仪器介绍
监测项目
➢围岩内部位移监测 ➢裂纹监测 ➢初衬钢拱架应变监测 ➢二衬结构内应力监测 ➢锚杆轴力监测
一、围岩内部位移监测
围岩内部位移监测，是通过位移计量测围岩
不同深度的轴向位移，据此分析判断隧道围岩位 移的变化范围和松弛范围，预测围岩稳定性，为 修改锚杆支护参数提供依据。该检测项目所用传 感器为位移传感器。根据地质条件，量测断而应 选在典型构造地段及埋深较大或较浅地段，一般 每隔100 m设置一个断而，断层带每隔50 m设置一 个断而，其余地段断而间距可适当加大，但须保 证沿每类围岩至少有一个断而，测点布设情况见 图1。
国内外主要隧道变形监测方法
➢接触测量 ➢非接触测量
变形监测，就是利用测量与专用仪器和方法监测 变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时 间特征。 测量方法主要可分为接触式测量和非接触式测量 两种。
接触测量
接触式测量需人工安装倾斜仪在隧道内壁的不同 位置来获得倾斜角和变化，如收敛尺、巴赛特收 敛系统等监测方法。
基于激光测距技术的监测
应用：目前所采用的非接触测量的方法多数基于激光 测距技术。其中三维激光扫描仪无需设置反射棱镜、 无接触测量，能高密度、高分辨率获取扫描物体的海 量点云数据，同时对环境光线、温度都要求较低，因 此三维激光扫描作为隧道变形监测的新方法是比较理 想的。
局限：但是由于价格特别昂贵，只能用于特定重点项 目进行监测，无法普遍用于所以隧道。
FBG应变监测系统图
隧道监测的发展趋势
针对目前隧道监测系统存在的不足，未来的发展 趋势主要体现在以下几个方面：
特点：此类方法能够直接量测隧道特定位置、区 段的形变，但人力、财力成本极高，监测周期较 长，在效率和资源利用等方面都不再符合当今地 铁隧道监测的实际应用要求和发展需求，因此对 此类方法的研究在近几年已经趋于停滞。
非接触测量
➢基于激光测距技术的监测 ➢基于图像传感技术的监测 ➢基于光纤传感技术的监测
二 国内外的研究现状及发展趋势
➢国内外研究现状 ➢国内外主要隧道变形监测方法 ➢隧道监测的发展趋势
国内外研究现状
国内外的一些专家在隧道的监测方面做了大量的工作,为隧 道的监测提供了很好的借鉴和参考。
在国外,荷兰于2000年对Botlek铁路隧道施工过程进行了土 木衬砌结构特性以及隧道动力现状等方面的监测,并将隧道施 工过程大量的监测数据用于指导施工。
隧道运营期结构健康监测
韩宗彪 学号:2 宁 鹏 学号Leabharlann Baidu2
2013.05.23
一，研究的目的 二，国内外的研究现状及发展趋势 三，隧道监测的项目及所选仪器介绍 四，超声波测距技术
一 研究目的
隧道在运营过程中，由于受到材料退化、地震、人为因 素等影响会发生隧道主体结构的损坏和劣化。若不及时 检测和维修，将会导致很大的破坏和坍塌，带来的损失 也是非常巨大的。所以对运营期隧道进行实时监测，及 时高效地保证隧道主体结构的安全是必要的。
韩国在高速铁路(HSR)隧道安装了健康监测系统,对内部衬 砌形变、喷射混凝土应力、地下水水位以及其它问题进行实 时监测或周期性监测
LeeJ.S.于2004年利用健康监测系统采集的隧道变形 数据,通过一种新的系统识别方法来判断隧道的损伤和损 伤部位。
瑞士Aembe Measuring Technique公司研制了一套 全自动隧道断面收敛及投射系统TMS。它是由Leica TPS激光全测站仪加上伺服马达驱动定位装置,再配合 即时收敛及投射软件组成.
局限：由于运营地铁隧道内环境恶劣,情况复杂,因此对 目标光源的数字图像数据的分析、识别以及目标光源圆 心位置的计算是十分困难的。
系统示意图
图像传感器 位移测量
基于光纤传感技术的监测
应用：近年来，一些新式传感技术在隧道监测领域得 到发展，尤其是光纤传感技术引起人们关注。美国、 德国、英国等都在致力于该技术的研究，国内对其研 究相对较晚。
在国内,王秀美、曾卓乔于2001年开发了一种用于监 测运营期间对周边位移进行监测的新技术。
黄腾、张书丰于2004年结合南京地铁一号线隧道下穿公路 隧道的具体工程实践,探讨了两种不同类型隧道的监测技术,分 析了隧道穿越公路隧道过程中监测数据的变化规律,用于工程实 践,保证了隧道结构和周边环境的安全。
基于图像传感技术的监测
原理：数字图像处理技术也在地铁隧道变形监测 中有所应用，即通过对隧道内定点放置的目标光 源进行拍摄所得图像进行预处理，再对目标光源 轮廓进行提取，然后通过图像二值化提取边界， 最后通过计算目标光源圆心的位置变化得出地铁 隧道纵向的变形量。
应用：周奇才等人在 2009 年提出利用数字图像处理技 术对地铁隧道变形进行监测的方案，通过对数字图像进 行平滑、锐化、腐蚀、膨胀、去噪等预处理，进而计算 光源位置变化并得出地铁隧道纵向的变形量。实验结果 表明，该方法在地铁隧道变形检测系统中得到的隧道变 形量比较精确、可靠。
图1 围岩内部位移测点分布示意图
二、裂纹监测
裂纹监测，是对裂纹监测，是对隧道裂纹的发展变 化进行观测。根据隧道裂纹调查资料，结合隧道实际情 况，在隧道布置合适数量的裂纹计对有发展迹象的裂纹 进行监测。
三、初衬钢拱架应变监测
初衬钢拱架作为隧道主要的承重结构，测量其应变， 可以掌握隧道围岩的稳定性。一般每10榀钢拱架设一断而 ，每根钢拱架沿水平中性轴位置左右对称安装2个钢弦式 表面应变计，如图2所示。
(1) 采用高精度、环境适应能力强、自动化程度高、可 操作性强的测量仪器和自动化的隧道实时监测系统；
(2) 研究出实用性强、可靠性高的数据处理方法， 以提高预测结果的准确度；
(3) 充分利用信息技术、计算机技术、数据库技术、网络 技术和虚拟现实技术．开发出功能完备、安全性高、实用 性强、可视化程度高、可维护性好、可移植性强等的隧道 监测信息管理系统，包括3维可视化平台和虚拟现实平台.
三，隧道监测的项目及所选仪器介绍
➢监测项目介绍 ➢监测所用仪器介绍
监测项目
➢围岩内部位移监测 ➢裂纹监测 ➢初衬钢拱架应变监测 ➢二衬结构内应力监测 ➢锚杆轴力监测
一、围岩内部位移监测
围岩内部位移监测，是通过位移计量测围岩
不同深度的轴向位移，据此分析判断隧道围岩位 移的变化范围和松弛范围，预测围岩稳定性，为 修改锚杆支护参数提供依据。该检测项目所用传 感器为位移传感器。根据地质条件，量测断而应 选在典型构造地段及埋深较大或较浅地段，一般 每隔100 m设置一个断而，断层带每隔50 m设置一 个断而，其余地段断而间距可适当加大，但须保 证沿每类围岩至少有一个断而，测点布设情况见 图1。
国内外主要隧道变形监测方法
➢接触测量 ➢非接触测量
变形监测，就是利用测量与专用仪器和方法监测 变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时 间特征。 测量方法主要可分为接触式测量和非接触式测量 两种。
接触测量
接触式测量需人工安装倾斜仪在隧道内壁的不同 位置来获得倾斜角和变化，如收敛尺、巴赛特收 敛系统等监测方法。
基于激光测距技术的监测
应用：目前所采用的非接触测量的方法多数基于激光 测距技术。其中三维激光扫描仪无需设置反射棱镜、 无接触测量，能高密度、高分辨率获取扫描物体的海 量点云数据，同时对环境光线、温度都要求较低，因 此三维激光扫描作为隧道变形监测的新方法是比较理 想的。
局限：但是由于价格特别昂贵，只能用于特定重点项 目进行监测，无法普遍用于所以隧道。