judy隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的發(fā)展趨勢705

1、CTGS技術(shù)文件隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的發(fā)展趨勢一、健康監(jiān)測的追求意義和必要性隧道安全關(guān)系著人類生命安全和社會經(jīng)濟活動，由于隧道地質(zhì)條件惡化、火災(zāi)、結(jié)構(gòu)損傷、退化和失穩(wěn)等造成事故，嚴重威脅著隧道的正常運營，隧道施工的安全問題引起了人們的密切關(guān)注，主要表現(xiàn)在以下方面：1）、隧洞開挖的進口段：由于隧洞都是淺埋隧洞，且都在邊坡，導(dǎo)致該段圍巖兩面臨空，加上爆破的影響導(dǎo)致圍巖自穩(wěn)能力下降，支護結(jié)構(gòu)受力存在一定的不確定性。2）、構(gòu)造帶：由于圍巖受構(gòu)造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，無規(guī)律性，圍巖的自穩(wěn)性能極差，圍巖多呈松散結(jié)構(gòu)，斷層帶的影響寬度不確定，加之水的影響，使得該段產(chǎn)生冒頂及垮塌的可能性加大。3）、淺埋段：淺埋段隧

2、道圍巖，在碳酸巖地層受水體溶蝕的影響較大，加之圍巖頂板較薄，出現(xiàn)冒頂?shù)默F(xiàn)象可能性加大，加大了開挖及支護過程中的難度。4）、巖溶發(fā)育段：由于巖溶發(fā)育地段很難查清巖溶的發(fā)育規(guī)模及范圍，在開挖及支護過程中增加了不確定因素。5）、地層走向不利地段：由于巖層的走向及傾角對圍巖的自穩(wěn)性能影響較大（如水平巖層）。6）、含軟弱夾層圍巖：由于夾軟弱夾層的圍巖，多會出現(xiàn)冒頂及垮塌現(xiàn)象。7）、水影響段：由于水體的存在，多會對層間結(jié)構(gòu)面的力學(xué)指標有較大的不利影響，加之項目建設(shè)周期中對水體通道的改變產(chǎn)生的淘蝕作用，使得圍巖的自穩(wěn)定性能惡化。8）、軟巖層（圍巖級別）：巖體自穩(wěn)定能力差，圍巖卡瓦暴露后崩解，遇水容軟化。9）

3、、含水層和相對隔水層交界處，而產(chǎn)生的突涌泥現(xiàn)象。由于有以上不良地質(zhì)情況的存在，增加了隧洞在施工期間及運營期間安全隱患。為了確保隧道工程安全，及時預(yù)報險情，除了對隧道進行加固、維護之外，對隧道工程的安全和穩(wěn)定狀態(tài)的監(jiān)測和評估也十分重要，家里監(jiān)測系統(tǒng)對隧道工程進行監(jiān)測，評估和預(yù)測以趨利避害，已經(jīng)成為了現(xiàn)代隧道工程發(fā)展的迫切要求。此外，隨著人們對工程項目建設(shè)周期和現(xiàn)役工程長期監(jiān)測的重要性認識的不斷深入，一級國家相關(guān)工程安全法律法規(guī)的實施，隧道工程監(jiān)測得到了迅速發(fā)展，成為隧道工程的一個重要研究課題。.二、隧道現(xiàn)階段監(jiān)測手段的利弊隧道工程監(jiān)測一直是世界巖土工程界的難題，也是研究的熱點，應(yīng)用的理論和技術(shù)也

4、多種多樣，夢想的隧道工程監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具有以下特征：能及時處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測信息，隨時掌握隧道的穩(wěn)定狀態(tài)，對可能出現(xiàn)的險情及時進行預(yù)警。為隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的正確分析評價、預(yù)測預(yù)報及治理維護提供可靠的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，為決策部門制定相應(yīng)的防災(zāi)減災(zāi)對策提供科學(xué)依據(jù)。檢測結(jié)果也是檢驗隧道設(shè)計參數(shù)、工程質(zhì)量及治理工程效果的有效尺度，同事為進行有關(guān)的反分析和數(shù)值計算提供參數(shù)等。隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的目標應(yīng)是在保證人力成本最低的前提下，對新建和已建的結(jié)構(gòu)物進行測量，探傷和評估（WuZS2003），隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的關(guān)鍵內(nèi)容之一就是數(shù)據(jù)采集，當前所需要的是一個能夠從運營結(jié)構(gòu)中采集數(shù)CTGS技術(shù)文件據(jù)的有效方法，并對數(shù)

5、據(jù)進行處理和分析，做出穩(wěn)定性、可靠性等方面的評價（ZongZH等，2002）。由于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測在大興基礎(chǔ)工程中廣泛應(yīng)用前景，各國都在積極開展該項技術(shù)的應(yīng)用研究。在世界各國政府的支持和研究組織的努力下，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測正逐漸成熟起來，并在航空航天、橋梁和建筑物等各領(lǐng)域取得了階段性的成功，部分成果已經(jīng)應(yīng)用在工程實踐當中（WhelanMP等2002）。.相比而言，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測在隧道領(lǐng)域的發(fā)張，則明顯滯后于橋梁等領(lǐng)域，這主要是隧道結(jié)構(gòu)和巖土工程條件的復(fù)雜性和監(jiān)測上的難度等因素造成的。隧道工程一般規(guī)模較大，屬于線狀工程，長達幾公里到數(shù)十公里，往往穿越虛度不同的環(huán)境空域和時域。工程條件常常比較復(fù)雜，有時環(huán)境十

6、分惡劣，因此要準確、快速、長距離、實時和大范圍獲得結(jié)構(gòu)體的變形數(shù)據(jù)和變化規(guī)律并非易事，有賴于監(jiān)控系統(tǒng)的先進性和功能，有賴于先進理論和方法的知道，目前對于工程質(zhì)量和安全監(jiān)測主要是通過對巖土和結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。、應(yīng)變和溫度等物理指標監(jiān)測來實現(xiàn)的，其中尤以巖土體和結(jié)構(gòu)的監(jiān)測最為重要，因為變形是結(jié)構(gòu)體在內(nèi)外動力作用和人類工程活動作用下的一種基本表現(xiàn)形式，是結(jié)構(gòu)體在受內(nèi)外作用后的在綜合反映，是分析結(jié)構(gòu)狀態(tài)和安全的基本物理量。隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測主要集中在結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)變和沉降三個方面，常規(guī)的檢測、監(jiān)測技術(shù)與方法存在以下局限性：（1）均為點式的：點式的檢測方法布點常帶有隨意性，最危險的地方?？赡鼙宦z，存在監(jiān)測盲區(qū)

7、。增加監(jiān)測點數(shù)，雖然提高了結(jié)果的可靠性，但工作量和設(shè)備成本大為增加，考慮到經(jīng)濟和效率等因素，實際工程或研究項目中也不可能無限布設(shè)各種檢測探頭或傳感器。（2）工程環(huán)境差異性大：傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)測速度慢、效率低，需要專門的制作人員，而隧道工程條件常常比較復(fù)雜，傳感器對溫度、濕度、電磁場和其他環(huán)境因素敏感，常因傳感器和儀器設(shè)備受潮、生銹而失效，其運作和維護成本高。因此，十分需要一種對環(huán)境因素影響小、耐久性和長期穩(wěn)定性好的遠程監(jiān)測技術(shù)。（3）實時、并行和自動化監(jiān)測程度不高：目前常用的檢測和檢測技術(shù)實際上多為檢測技術(shù)而不是監(jiān)測技術(shù)，多為靜態(tài)單點檢測，有些檢測技術(shù)具有多通道的檢測功能，但通道數(shù)是十分有限的，無法

8、滿足實際結(jié)構(gòu)變形的實時、并行和自動監(jiān)測的要求，而隧道工程往往需要實時動態(tài)和自動監(jiān)測，如地鐵運營期間的隧道變形監(jiān)測等。（4）缺少長距離和大面積的檢測技術(shù)：隧道工程長達數(shù)公里到數(shù)十公里，對這種長距離和大面積的監(jiān)測對象，傳統(tǒng)點式的檢測和監(jiān)測技術(shù)和方法一般無能為力。（5）監(jiān)測系統(tǒng)的集成化程度不高：各種檢測和監(jiān)測技術(shù)自成體系，彼此獨立，現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和分析評價系統(tǒng)等環(huán)境間集成化程度不高，從而影響到監(jiān)測的效率和數(shù)據(jù)分析?，F(xiàn)階段應(yīng)用于隧道工程監(jiān)測技術(shù)和方法正在向自動化、高精度及遠程監(jiān)測的方向發(fā)展，常規(guī)監(jiān)測方法技術(shù)趨于成熟，設(shè)備精度、設(shè)備性能都具有較高水平，但主要采用人工采集數(shù)據(jù)的方法，其監(jiān)測工作量大、效

9、率低和監(jiān)測周期長，無法實現(xiàn)實時監(jiān)測，尤其是在運營期間，監(jiān)測進度短、工作量巨大，常規(guī)監(jiān)測技術(shù)的弊病更加明顯。結(jié)構(gòu)變形的常規(guī)監(jiān)測和監(jiān)測技術(shù)的上述不足，嚴重的阻礙了人們對結(jié)構(gòu)變形機理和規(guī)律的認識，影響了人們在工程災(zāi)害和工程管理中的正確判斷和相關(guān)措施的實時。因此，十分需要改變目前結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測的現(xiàn)狀，應(yīng)用新的理論和方法，實現(xiàn)巖土體變形的分布式監(jiān)測，以彌補上述的不足。分布式監(jiān)測量指利用相關(guān)的監(jiān)測技術(shù)獲得被測量在空間和進度上的連續(xù)分布信息，而結(jié)構(gòu)變形的分布式監(jiān)控CTGS技術(shù)文件就是在結(jié)構(gòu)體中布設(shè)線形傳感器元件，形成一個傳感監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，利用相關(guān)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，連續(xù)監(jiān)測傳感網(wǎng)絡(luò)沿線結(jié)構(gòu)體的變形信息，這些傳感網(wǎng)絡(luò)就

10、像在結(jié)構(gòu)體內(nèi)部植入了能感知的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，當結(jié)構(gòu)發(fā)生任何變形時，監(jiān)測系統(tǒng)就能感知它們的大小和分布狀態(tài)，從而獲得結(jié)構(gòu)的變形和發(fā)展規(guī)律。這種監(jiān)測方法的突出優(yōu)點就是改變了傳統(tǒng)的點式監(jiān)測方式，彌補了點式監(jiān)測的不足，實現(xiàn)了實時、長距離和分布式的監(jiān)測目標。隧道結(jié)構(gòu)在其壽命周期內(nèi)的監(jiān)控狀態(tài)與其沿線的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件有著密切的關(guān)系，地質(zhì)數(shù)據(jù)庫是隧道運營管理數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的一個重要組成部分。三、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀針對以上推薦的隧道工程監(jiān)測特點，顯然，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)和方法已不能完全滿足其監(jiān)測要求，需要不斷研發(fā)出新的監(jiān)測技術(shù)和方法與之適應(yīng)。隨著現(xiàn)代電子、通訊和計算機技術(shù)的發(fā)展，各種先進的自動遠程監(jiān)測系統(tǒng)相繼問世，為隧

11、道工程的全天候、自動化遠程監(jiān)測創(chuàng)造了條件。光纖傳感器技術(shù)是近年來才發(fā)展起來的尖端監(jiān)測技術(shù)，最初用于通訊工業(yè)，近年來在傳感器領(lǐng)域逐漸得到廣泛應(yīng)用。光纖傳感器具有抗電磁干擾、防水、抗腐蝕、耐久性長等特點，傳感器體積小、重量輕、便于鋪設(shè)安裝，將其植入監(jiān)測對象中不存在匹配的問題，對監(jiān)測對象的性能和力學(xué)參數(shù)等影響較?。║ddE,1995oAnsariF,2003）。光纖傳感器技術(shù)具有（準）分布式、長距離和實時性等優(yōu)點，因而已引起隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測界的廣泛重視，成為隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)的研究重點，從點式的SOFO,到準分布式的FBG,再到全分布式BOTOR的多種光纖傳感技術(shù)為隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提供了新一代的監(jiān)測技

12、術(shù)。準分布式的布拉格光纖光柵（FBG）是最早出現(xiàn)的一種光柵，也是應(yīng)用最為普遍的光柵，目前，以FBG為傳感元件的光纖光柵傳感器是研發(fā)的主流，而且已經(jīng)在土木工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，它的主要優(yōu)點有：（1）、靈敏度高，F(xiàn)BG的波長隨著波長、溫度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，在1550nm處其波長變化的典型值為0.1nm/C、0.3nm/100MPa、10nm/1%應(yīng)變。.（2）尺寸小、易掩埋，單模光纖的典型直徑為125,已有直徑40的光纖見諸報道，而FBG的應(yīng)用長度通常小于20nm,可以很容易埋入結(jié)構(gòu)中而對結(jié)構(gòu)沒有影響。（3）對電絕緣且抗電磁干擾。（4）壽命長，初步加速老化試驗證明，F(xiàn)BG在適當?shù)谋┞董h(huán)境和退火

13、條件下工作周期大于25年也性能沒有明顯的退化。.（5）復(fù)用性好，目前，利用布拉格光纖光柵為傳感元件的光纖光柵傳感器被用于測量工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、溫度、位移、沉降、壓力等重要參數(shù)，并有很多工程應(yīng)用實例，仞0口，瑞士聯(lián)邦材料測試和研究實驗室（2000）將FBG光纖光柵傳感器安裝于Sargans隧道中，用于監(jiān)測隧道的長期溫度和應(yīng)變變化。美國海軍研究實驗室光纖只能結(jié)構(gòu)中心（2000）研制了一種基于FBG的光纖光柵壓力傳感器，并應(yīng)用于公路的動態(tài)監(jiān)測中。但是FBG仍然有很多問題需要解決與完善，比如說光纖光柵傳感器封裝技術(shù)，溫度/應(yīng)變效應(yīng)分離、動態(tài)高速測量、光纖光柵傳感器的優(yōu)化布置等。.CTGS技術(shù)文件分布式光

14、纖傳感器主要利用的瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射效應(yīng)來實現(xiàn)的，目前主要產(chǎn)品有：光時域反射計（簡稱OTOR）。拉曼散射光時域反射測量儀（簡稱ROTOR）等。；布里淵散射光時域反射測量儀（簡稱BOTOR）和布里淵光時域分析測量儀（簡稱BOTDA）等。分布式光纖傳感器具有光纖傳感器所固有的抗電磁干擾、耐腐蝕、耐久性好、體積小和重量輕等優(yōu)點，尤其是BOTDR分布式光纖傳感器，屬于目前國際上最前沿的尖端技術(shù)，在隧道監(jiān)測方面與傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：（1）光纖既有傳感介質(zhì)，又是傳感信號傳輸通道：光纖上任意一段既是敏感單元又是其它敏感單元的信息傳輸通道，可進行空間上的連續(xù)檢測，光纖像人的神經(jīng)一樣對被測

15、對象京信感知和監(jiān)視。（2）分布式：自光纖的一端就可以準確測出光纖沿線任一點上的應(yīng)力、溫度、振動和損傷等信息，無需構(gòu)成回路，也不需要定制傳感器，秩序十分廉價的普通通訊光纖，如果將光纖縱橫交錯鋪設(shè)成網(wǎng)狀即可構(gòu)成具備一定規(guī)模的監(jiān)測網(wǎng)，實現(xiàn)對監(jiān)測對象的全方位監(jiān)測，客服傳統(tǒng)點式監(jiān)測漏檢的弊端，提高監(jiān)測成功率。（3）長距離：現(xiàn)代的大型隧道結(jié)構(gòu)工程通常長達數(shù)公里到數(shù)十公里，要通過傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)全方位的監(jiān)測是相當困難的，而通過鋪設(shè)傳感光纖，光纖即作為傳感體又作為傳輸體就可以實現(xiàn)長距離（目前可達80公里）。全方位監(jiān)測和實時連續(xù)監(jiān)測；（4）耐久性：傳統(tǒng)的工程監(jiān)測一般采用電監(jiān)測式監(jiān)測技術(shù)，傳感器易受潮濕失效，不能

16、適應(yīng)一些大型工程長期監(jiān)測的需要。光纖的主要材料是石英玻璃，與金屬傳感器相比具有更大的耐久性。（5）抗干擾：光纖是非金屬、絕緣材料，避免了電磁、雷電等干擾，況且電磁干擾噪聲的頻率與光頻相比很低，對光波無干擾。此外光易于屏蔽，外界光的干擾也很難進入光纖。（6）輕細柔韌：光纖的這一特性，使它在埋入構(gòu)筑物的過程中，避免了匹配的問題，便于安裝埋設(shè)。因此，研究、開發(fā)和應(yīng)用基于BOTDR的隧道工程分布式監(jiān)測技術(shù)具有很重要的意義。.分布式光纖傳感器監(jiān)測技術(shù)的上述優(yōu)點，可以彌補目前在隧道工程中常用的檢測和監(jiān)測技術(shù)存在的不足，是新一代檢測和監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展方向。由于分布式光纖傳感監(jiān)測技術(shù)的諸多優(yōu)點，因此它已成為國際

17、上一些主要發(fā)達國家如日本、瑞士、加拿大、美國、法國、英國等國的研發(fā)熱點和重大研究課題，研發(fā)工作的重點主要集中分布式光纖傳感器技術(shù)的性能改善和應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)。近年來，光纖傳感器技術(shù)在隧道工程的研究和應(yīng)用逐漸增多：IshiiH等對分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)在隧道火災(zāi)探測中應(yīng)用的幾個相關(guān)問題進行分析和探究。Shibak等應(yīng)用BOTDR分布式光纖傳感器技術(shù)采用新奧法施工的鐵路隧道的噴射混凝土、支撐內(nèi)力進行監(jiān)測，傳感光纖的監(jiān)測結(jié)果與傳統(tǒng)傳感器相比，在精確度方面能夠滿足要求，在預(yù)測應(yīng)力分布方面具有一定的優(yōu)越性，丁勇等推薦了光纖結(jié)構(gòu)監(jiān)測（SOFO）、布拉格光纖光柵（FBG）和分布式光纖傳感器（BOTDR）等3種光纖

18、傳感器技術(shù)的基本原理、功能及其在隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中的作用，并應(yīng)用BOTDR分布式應(yīng)變量技術(shù)，對隧道拱圈截面變形進行了分布式應(yīng)變監(jiān)測。日本NTT公司開發(fā)了基于BOTDR的共同溝隧道監(jiān)測系統(tǒng)。通過應(yīng)變測量對日本名古屋的共同溝隧道進行損傷探測，10km范圍內(nèi)其變形測量誤差僅為0.1mm,并通過室內(nèi)試驗對共同溝隧道監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性、抗震性和測量精度進行了驗證。四、隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的前景隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對結(jié)構(gòu)安全的重視，特別是大型隧道類大型公共建筑的安全性，引起了政府部門的高CTGS技術(shù)文件度重視，隧道結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測將具有良好的市場前景。下面是從三個方面說明結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的應(yīng)用前景。.1）政府對隧

19、道結(jié)構(gòu)安全性日益重視隧道垮塌事故的頻發(fā)，引起了政府部門的高度重視，國家逐漸加大了對隧道結(jié)構(gòu)安全檢測和維修加固的投入,對很多新建的隧道都做了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，可以預(yù)見，隨著經(jīng)濟水平的提高，國家對隧洞結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的投入將會繼續(xù)加大。.2）過去偏低的安全科靠度面臨新的挑戰(zhàn)過去由于經(jīng)濟原因，建筑的荷載取值偏低，2001新建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范頒布之前，一些荷載的標準值建國前還低，其可靠度水平低，隧洞的設(shè)計也存在同樣的問題，過去按偏低的設(shè)計標準設(shè)計隧道，急切需要進行監(jiān)測與加固。.3）隧道結(jié)構(gòu)受力的復(fù)雜性隨著許多計算機軟件的面世，隧道的理論分析取得了長足的發(fā)展，但地質(zhì)的復(fù)雜性難以進行模擬，導(dǎo)致理論分析及實際受力

20、存在很大的差異，通過監(jiān)測手段能有效的解決理論分析的盲區(qū)。施遒安全關(guān)票谷人類生畬去冬葉二會始洲港劭,之于窿雌傳條性惡化，北災(zāi)、縉構(gòu)攝方、遢化犯去穆容造成的事故.重威迎著隆I的正常運營.隧道施工的安全詞取引起了人們的擊切關(guān)注,主要表現(xiàn)在以下方面：I）Ei洞尸檢的迸口段：由于瓏洞都是淺埋睡洞.且都存在邊城，導(dǎo)致諦酸圉言苣苴I版空,加上爆破為嵬期易致圉巖的m苣能力下降，支護結(jié)構(gòu)受力字號恚的不確定性.2）的造帝：由于圍旨受構(gòu)造膨明.節(jié)理裝限意苜.無規(guī)罐性，圍后的自楫性能極差,圍巖多呈松散造的.斷層帚的思叫克度不凝，力眨水的第響，便用該國冒頂及埼埸的可能性11氏03 ）淺解：漕埋般隧道圍巖.在表直巖電層受

21、水體溶過的影嗣蛟大.加之圍巖頂板皎河,出現(xiàn)同原的現(xiàn)彖可能性加大，加大了開挖及支護過程中的難度.4 巖溶發(fā)育段：由于巖溶發(fā)育地段很難建清巖溶的發(fā)育規(guī)模及范圍.在開挖及支護過程中增力了不謫定國袁.5地屋走同不利地籍:由亍青屋的圭同及簡南同凰灣的目穆性能假軻按大（如水平青星）.6）臺軟弱夾層圍巖：由于夾軟弱夾層的圉巖,金會出現(xiàn)冒頂及垮埸觀賽.7 ）水影晌段:由于水體的存在,多會對層間結(jié)構(gòu)面的力學(xué)指標有較大的不用影英,力0施工過程中對水幄M的視變產(chǎn)生的灣過作用.使得國巖的自橙性首細化。8 ）軟巖段（圍巖級別）:巖體白穩(wěn)能力差，圍巖開挖暴重后朝解r遭水客軟化.9 ）含水層與相對隔漆交界處,而產(chǎn)生突涌泥現(xiàn)

22、房，日于胃以上不艮購貴懵兄的杏田加了建鴻?I施工期閏及運菅期間安全除星L為了曬迂道工程去金,，及盯預(yù)報檢懵.除了對迂道漫行加固、蟲護之外.對運道工程的安爭口檀癥狀忑的監(jiān)鼬和評估也十分重要.建立監(jiān)測案統(tǒng)正速直工程迸行監(jiān)利、評估和預(yù)迎以趨司避害，已經(jīng)成為現(xiàn)代睡道工程發(fā)展的迫切要求.此外r嗝人們對工程施工過胃0現(xiàn)沒工魚蕓工的重要性溫濕關(guān)萬音深入rL及國家相關(guān)工程安全法規(guī)的賣假,窿逋工程監(jiān)范溫馴了迅速發(fā)展.成為暖I工程匕T重要研究集強.運直工段監(jiān)鼬一旦是世界巖土工程界的帽r也是研兗的蛆原，應(yīng)用的理行哦術(shù)也多科冬任.理巴的隧道工圖監(jiān)測至融具有以下特怔：能及時處理空測數(shù)看,分析監(jiān)利信息.隨口事有穆直的穩(wěn)定

23、狀況，對可能出魁險情及時遂行預(yù)警；匯顯道法他建康狀態(tài)的正確分析評價.揖賽預(yù)報及;融維J譚供可靠的法引性r為關(guān)策群門制定相應(yīng)的訪災(zāi)其災(zāi)工朝供科學(xué)碩:監(jiān)刑第累也是檢滁圈I設(shè)計/數(shù)一工受量及;融工程效果的有效尺度.同時為迸行再關(guān)的其分所司數(shù)但計算是供參數(shù)等.窿道結(jié)松建監(jiān)也的目標應(yīng)是在保證人力成本最低的葭嗯下.對新幽已*的結(jié)峋掰S行測量.攆飭和評估(WuZS,2003)*腌道梏苞髭康鑒則的關(guān)押內(nèi)容之一就是螃裴黑當前斫需要a建一哨簿從運營士荽集款據(jù)的有效力法,并對數(shù)據(jù)迸行處理劃分析r寵出輯定性、可靠性等方面的評卷(zongZH等.2002).由亍納構(gòu)健康監(jiān)J8在大型基咄工程中的廣闊應(yīng)用前展.各國都已較在

24、積極開展該項技根應(yīng)用研究.在世界各國政府的支特和聲究機的努力下.結(jié)槍健康檢測正逐苧勰定來,并在斯空航無、僑英卻建筑物等各軟域取得了階段性的成功r部分成果已縫應(yīng)用在了工程實踐當。(WhelanMP等，2002).相比而言,結(jié)存健康監(jiān)測在基直值域.的笈展，足明顯同.后于衍史等沫域,工要是罐道結(jié)格如巖土工程條的復(fù)余性地監(jiān)測上的睢度等因素造成的.陵道工程f規(guī)螭兀，屬于淺狀工程-長達幾公里到數(shù)十公里r往往穿遮許云K同彘方境主渤I時域r工程象;常常比蛟復(fù)雜,有對環(huán)境十分.因此要,生確.3.長距離、實時卻大范圍獲，髀向K的變形數(shù)據(jù)和變在通律下非易事，有毀于監(jiān)地量婉的先進性和功能,育好先迸建行昉法的指號.目前

25、對于工程質(zhì)量和安全監(jiān)副主要是通過對巖土睚喃應(yīng)力.應(yīng)頸唱Mtt嘲幅監(jiān)的r期尤以巖土工卸結(jié)他的期監(jiān)型最為重要r因為變形是結(jié)飽體在內(nèi)外動力作用和人類二隹活M隹月不笠一種基本表聊式,是結(jié)苞體在受內(nèi)”作用后的外江簿臺反映.是分析結(jié)構(gòu)it狀窸和安全的遑本砥理量.璉道造施健康監(jiān)測主要集中窿枸的位移.應(yīng)酬航降三八方面，常規(guī)的檢蛹啕觸得防法百壓以下局限性：f1)均為點式的:融畸昉法布點落帝有髓意怛r最危險的她方?？赡芑?檢.存遜測苜區(qū)；增加監(jiān)利點款r曼碗8惹了細累的可靠性,但工作量口設(shè)蕾成本大為增加,君唐到縫;不匚戒率等因素，比際工程或出完項目中也不可減隔布設(shè)各種檢測探頭或信生券:(2)工程環(huán)境量算性大；恒跣技

26、術(shù)監(jiān)測速度慢*效走低.需要專門的理作人良,而隧道工程條件常常比皎復(fù)雜,傳曦器對溫度，溫邕電懣蹴虞它環(huán)境因靜感.常因傳蕾抑儀器設(shè)備受潮-筋而失效，強作和維修成本高.因此r需要一種花環(huán)境囚素髭響小、耐久性卻長期穩(wěn)定怛好的遠程監(jiān)測技術(shù)；(3)實叼、并行卻白的化監(jiān)測程度不言：m葭常月均檢歸和翻技術(shù)實際上宴為理測技術(shù)而不曷盅則我木,簍為靜態(tài)單點檢I,有些副技需*冬頡她倒醐裝.但通道教皇十分笥睡r無際是實際結(jié)柩變弓的實時,并行和目初監(jiān)測的要求而修道工酶帶累要實時敬態(tài)和昌50監(jiān)窩，如地接運者期間的馨道變形監(jiān)測等;(4)缺少長鹿卻吠面根的監(jiān)領(lǐng)俄術(shù)：犍道工程長達數(shù)公里站數(shù)十公里.對這忖長距離司大面積的監(jiān)如總,傳

27、統(tǒng)點式的檢獨司監(jiān)到技術(shù)昉：去一般無能為力；(5)監(jiān)測至統(tǒng)的霾成化程度不向：各種檢寬和監(jiān)測技術(shù)總成體系,強此獨立.現(xiàn)場監(jiān)言分驚測.數(shù)據(jù)讓理卻分析評價系統(tǒng)等環(huán)方同更成匕程度不高,從而影響到空處的效瞽現(xiàn)階匿應(yīng)用于隆道二程監(jiān)利技術(shù)和方法正在向自芨化,高精寶及蕤空測的方向發(fā)常規(guī)監(jiān)利方法技術(shù)趨于成熟r設(shè)苗精度.設(shè)隹性斜渠有較高水平r但主要茉用人工采集數(shù)據(jù)的方法r具監(jiān)竟工值尢效率蹣嵯史后期長r無法實現(xiàn)實時監(jiān)測r憑其是在盤莒期間,監(jiān)熨時闿短.工作量巨Kr駕規(guī)監(jiān)也接術(shù)的弊其更加明5L縉病變形的黛規(guī)檢觸刃監(jiān)測技術(shù)的上述不足r=重地阻寫了人們工組椿變形機理如規(guī)il的認退,號則了人們在工程災(zāi)害哪髓工程管理中的正國利護

28、口柜關(guān)報面的實施.因此r十分需要改變目前縉為變杼監(jiān)型的現(xiàn)狀應(yīng)用新的濯論昉法r丈現(xiàn)居土體變形的分布式監(jiān)辿,以彌補上述的不足.分布式監(jiān)測息指利用相關(guān)的監(jiān)測技術(shù)獲得被隨量在空間和時間上的謂t分布信息,而結(jié)箱變形的分布式監(jiān)部就是在結(jié)檎生口布設(shè)蛙形傳豆沅4,形式專或監(jiān)觸網(wǎng)空,利用定關(guān)為滿制犀港技未r至統(tǒng)交尼傳信網(wǎng)若i生拄梢工的變形信息r這些傳感網(wǎng)格就像在結(jié)構(gòu)體內(nèi)部植入了能謝的畸網(wǎng)絡(luò)，當給蓿發(fā)生任何變形時r監(jiān)酗案統(tǒng)就I期主們的大小粕分布狀況r從而獲得結(jié)施的變形和發(fā)庭規(guī)律。這種家三臺突出優(yōu)點就皇改變了傳統(tǒng)的點式瞌制方式.我了點式線的K定,實現(xiàn)了實廿、長假高句分布式的監(jiān)測目標.I結(jié)構(gòu)在其差會期內(nèi)的健康狀況三其

29、;出擊的工程地百、水文比吉條件有著密切的關(guān)系,他賺旗庫臬豌道運營首忠敷提庫哲理事猛的T醫(yī)要阻就部分針對以上介貂的建道工程監(jiān)測特點，顯然.住姓的監(jiān)難環(huán)和方法已不至滿足具監(jiān)測要求,需要方新研發(fā)H斯的監(jiān)鼬技術(shù)和方法與之適度.隔暑現(xiàn)代晅子，通訊種什算機技術(shù)的反霆，各睥先迸的鳥角遠微兔5!黎筑柜堂問世.為國1工程莖1全天靠引領(lǐng)空程監(jiān)亂包造了條件.光纖磁術(shù)是近年來才發(fā)震起來的涉監(jiān)涕技術(shù)，最初用于通訊工業(yè),近年來在傳感虢鰻畸得到廣芨應(yīng)用.光舒?zhèn)黩灼骶哂锌闺婞c干擾.防水.抗窸:a耐久性長等待點r傳至客體積小.重量且便于鋪設(shè)主裝，怩其植入監(jiān)更太盆中工存在區(qū)醞的問甄,對監(jiān)測對的性百的力學(xué)參砧等型響較小(UddE.

30、1995：AnanF,2003).光郅傳感技術(shù)具有(準；分布式.長距離和實時性等近先,因而已引起速1結(jié)構(gòu)監(jiān)副界的廣得視,成為隧道招花鍵凄生利技術(shù)的研兗點.從點式的SOF。，到通分布式的FBG.再到全片后式BOTD喉鼻科元奸倚胞技術(shù)為Er縉格健康監(jiān)割提供了新一比的顆技術(shù).準分布式的布拉格光纖光珊(FBG:是最早出就的一坪史明,也是應(yīng)用最為琴遍的光亞.日關(guān).以FBG為傳感元件葩光纖光柵傳感蠡是研發(fā)的。，目已經(jīng)在土木工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)甩它的主要優(yōu)點有：1,靈或度有，F(xiàn)BG生波長逋差波長.盤呈現(xiàn)良好的淺也關(guān)至.在155Onm處其波長變化的典叁直力OanmfC.OJnm/lOOMPa.10nm/l聃應(yīng)

31、變.(2).尺寸小,縣璜埋，單模出中)典型直涇為125，已肓直注4。的相工見諸醺,而F區(qū)G的應(yīng)用氏度通常小于20mm.可意役考曼埋入給苞中而對結(jié)苞漫特能利!(3)、對里建要目筑里運干擾：(4j壽命長.初步加速孟比近期3明,FBG在適邕史后露邛境引強火條件下工作危即大于25年也性能受有明顯的退化.15).復(fù)用性好.目前,利用布拉帶光纖光為悔感元件的光纖光柵傳整器噴用于制1程蜩5的幽L溫度.位強?？磯毫Φ戎匾?shù).并育假劣工程應(yīng)用實例.例如r送士聯(lián)郅材料副試和研究實驗莖(2000)挎光珊傳感器盒裝與前印日nm這直0r用亍監(jiān)測屣道的長期溫度卻應(yīng)變變化；美國海軍毋交支臉室后智苜弊治中心(2000)研制

32、了一腫叁于FBG的光纖元棚壓力博至Hr并應(yīng)用于公鑿的劭態(tài)盛利中；iU,FBG踹有很窘問JESM(回三與完言，比如茹曲光柵傳感器封例術(shù)、耳型/應(yīng)跌應(yīng)分總動態(tài)肓速劉呈、夫軒光栩度碼的優(yōu)y布音賽分布式先軒傳星主要利用田端和散射、按曼敢射孫布里瓊散射效應(yīng)來笑眥,佳壬主要產(chǎn)品有：充盯減反射計(簡稱0TDR);拄翱射光時域反射建儀(rKOTDR);右里舞微射光對域反射奧量伐(宣稱BC1TDR)和布M源光盯域分析測量灰(ffiBOTDA)等.分布式光奸恰忘導(dǎo)鼻青光軒傅弟舞年回事的抗電磁干抗、耐圈底.耐久性樂體程小和重鰥等優(yōu)點，尤其是BOID/布式光狂傳感茂木，居于目宜國手上最黃沿的尖端技術(shù),在鹿?jié)O監(jiān)測方囿與

33、傳統(tǒng)監(jiān)S!技術(shù)相比具孰下優(yōu)點：(1)光F策是傳感介質(zhì),又是傳感信號傳域通道：光纖上任育一般趣裝屋單元又是其之敏感單元的信息傳望通道.可迸行三闿上的連讀檢測r於像人的他樣有被測赤彖走行歌網(wǎng)監(jiān)視;I2)分布M:目針的一端就互以街靚出壯沿族三上的應(yīng)力.混度.振動和壺句等信息.無翻式回密,也不裁要定制情事H,只霖十分明介的不通通訊光軒,如餐將光纖期播交糟糠設(shè)成網(wǎng)狀即可罰或H青一定規(guī)模的監(jiān)測理,實現(xiàn)匯監(jiān)測近余的全方位監(jiān)韶,克后傳統(tǒng)點式監(jiān)測潺檢的弊淮,差高監(jiān)辿直互奉;(3)長臣建：現(xiàn)代大蟹殖造冉工程逋息長達我公里到數(shù)十公里.要通過傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)全方位的監(jiān)董是相當因誰的，而通過鋪設(shè)恃舐坪,光纖氏作為傳整奴作為傳窺體就可以實現(xiàn)長疸離(目的可達8蚣里)r朝位閡蜘實時在凌控測：(4)耐久性：傳統(tǒng)的工程監(jiān)利電測式監(jiān)震肢術(shù).傳感器易受凄濕失貳,不管箍蟲TTTffll程長期監(jiān)測的零要。光軒的主要材料是日融琉I與金鹿傳盛卻BbM更大的酎式性；(