公路隧道智慧運維

應(yīng)用信息技術(shù)，建設(shè)智慧隧道，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提

綱一、公路隧道運營維護(hù)管理現(xiàn)狀二、公路隧道智慧運維技術(shù)思路三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)一、公路隧道運營維護(hù)管理現(xiàn)狀我國已是世界上公路隧道最多、發(fā)展最快的國家。截止2016年底，我國大陸已建成通車的公路隧道為15181座，總長14039.7km。建設(shè)與運營技術(shù)正進(jìn)入世界先進(jìn)行列。建成以秦嶺終南山隧道、上海崇明長江隧道、廈門翔安海底隧道等世界級工程為代表的3882座長/特長隧道科技創(chuàng)新支撐公路隧道技術(shù)體系建立。國家科技計劃、交通西部科技項目全面實施，突破設(shè)計、施工、檢測、加固、養(yǎng)護(hù)管理及防災(zāi)減災(zāi)等技術(shù)一、公路隧道運營維護(hù)管理現(xiàn)狀國內(nèi)隧道運營維護(hù)面臨主要問題：

隧道建設(shè)周期短、工程質(zhì)量堪憂；

在人、財、物等方面長期資源不足，造成了隧道養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)較為落后的被動局面

養(yǎng)護(hù)工作人員流動性大，技能匹配度低

隧道養(yǎng)護(hù)經(jīng)費緊張，資金缺口大

養(yǎng)護(hù)設(shè)備機(jī)械化、自動化程度低

養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)記錄堆砌無用，信息處理手段落后

養(yǎng)護(hù)管理停留在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的口號層面，可操作性差一、公路隧道運營維護(hù)管理現(xiàn)狀國內(nèi)隧道運營維護(hù)技術(shù)關(guān)鍵問題

我國公路隧道規(guī)模增長迅速，隨著服役期增長，養(yǎng)護(hù)壓力逐步增大——規(guī)模；

隧道結(jié)構(gòu)具有半隱蔽特性，健康狀況監(jiān)測難度大，難以防患于未然——難度；

隧道逃生性能差，一旦發(fā)生安全事故（例如垮塌、火災(zāi)等），施救搶險難度高，社會影響大——風(fēng)險。一、公路隧道運營維護(hù)管理現(xiàn)狀國內(nèi)隧道運營維護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢

理念：早期預(yù)警、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、風(fēng)險防控；

評估：多維度、多指標(biāo)相結(jié)合的技術(shù)評估；

手段：

機(jī)械化、快速化的檢測手段

模塊化、專業(yè)化的處治手段

信息化、智能化的管理手段

標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的工作手段

目標(biāo)：基于全壽命預(yù)測的科學(xué)養(yǎng)護(hù)計劃下的成本控制提

綱一、公路隧道運營維護(hù)管理現(xiàn)狀二、公路隧道智慧運維技術(shù)思路三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)二、公路隧道智慧運維技術(shù)思路互聯(lián)網(wǎng)+的時代背景2015年3月5日十二屆全國人大三次會議，李克強(qiáng)總理首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”實際上是創(chuàng)新2.0下互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新形態(tài)、新業(yè)態(tài)，是知識社會創(chuàng)新2.0推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)演進(jìn)?！爸贫ā盎ヂ?lián)網(wǎng)+”行動計劃，推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合，促進(jìn)電子商務(wù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展，引導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國際市場。”2016年11月17日楊傳堂在世界互聯(lián)網(wǎng)大會發(fā)出倡議：以泛在互聯(lián)全面感知便捷交互為目標(biāo)

推動“互聯(lián)網(wǎng)+”與交通運輸融合發(fā)展——未來的互聯(lián)網(wǎng)將逐步演化成為一個萬物感知、交互聯(lián)動、無處不在的泛在網(wǎng)絡(luò)，繼續(xù)加強(qiáng)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及智能化改造。二、公路隧道智慧運維技術(shù)思路互聯(lián)網(wǎng)+的時代背景“

互聯(lián)網(wǎng)+”時代的

“智慧隧道”——以打造“智慧隧道”為目標(biāo)，依托移動互聯(lián)+云計算+大數(shù)據(jù)+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探索“基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運營全生命周期管理”模式二、公路隧道智慧運維技術(shù)思路“

互聯(lián)網(wǎng)+”時代的

“智慧隧道”智慧隧道就是讓隧道工程建設(shè)者和運營者作為隧道主體更聰明。它通過互聯(lián)網(wǎng)把無處不在的被植入隧道本體和周圍地層中的智能化傳感器和實時跟蹤移動目標(biāo)的GPS定位單元和無線射頻識別單元連接起來形成的物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對物理隧道（隧道本體和環(huán)境）和隧道建設(shè)者和設(shè)備的全面感知，利用云計算技術(shù)對感知信息進(jìn)行智能處理和分析，實現(xiàn)網(wǎng)上“數(shù)字隧道”與物聯(lián)網(wǎng)的融合，并發(fā)出對包括超前地質(zhì)預(yù)報、設(shè)計方案和修改、施工方案的實施、預(yù)警信息的發(fā)布、應(yīng)急防治方案的實施等作出智能化響應(yīng)和決策支持的指令。二、公路隧道智慧運維技術(shù)思路做好智慧隧道工程數(shù)據(jù)交換共享平臺建設(shè)這是一個智慧信息基礎(chǔ)設(shè)施智慧應(yīng)用服務(wù)技術(shù)支持層智感應(yīng)用服務(wù)層的推進(jìn)過程。要有4方面的提升：①

三維可視化表達(dá)——統(tǒng)一時空基準(zhǔn)的四維信息；②

“靜態(tài)數(shù)據(jù)+周期性更新”——“實時獲取+動態(tài)更新”；③

“有限服務(wù)”——“全面深度服務(wù)”；④

“事后分析+輔助決策”——“實時分析+智能數(shù)據(jù)挖掘+知識發(fā)現(xiàn)+實時決策”二、公路隧道智慧運維技術(shù)思路提

綱一、公路隧道運營維護(hù)管理現(xiàn)狀二、公路隧道智慧運維技術(shù)思路三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)?

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)?

智能分析?

監(jiān)測預(yù)警?

結(jié)構(gòu)檢測車?

視頻監(jiān)測技術(shù)?

全線監(jiān)測技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)自動化實時監(jiān)測采集技術(shù)智慧化預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)決策支持?

技術(shù)狀態(tài)評價?

決策支持平臺?

運維決策?可維護(hù)性防排水?混凝土防裂?模塊化處治平臺三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.1隧道設(shè)施設(shè)備自動化監(jiān)測三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)

基于視頻的結(jié)構(gòu)變形在線監(jiān)測系統(tǒng)1測量方法標(biāo)識點

每個測點處布置一個標(biāo)識點，每100m左右布置一個攝像機(jī)（特殊地方需要增加攝像機(jī)）

保持相鄰的攝像機(jī)斷面間的通視

一定數(shù)量的攝像機(jī)接入小交換機(jī)

小交換機(jī)接入就近的PLC或工作站標(biāo)識點三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)

基于視頻的結(jié)構(gòu)變形在線監(jiān)測系統(tǒng)2測量原理與參數(shù)布設(shè)標(biāo)示點周期性控制攝像機(jī)變焦傳輸照片至監(jiān)控中心測量原理

測量內(nèi)容量程和精度量程：0～1000mm；精度：水平位移和差異沉降1mm（100m處），距離越近，精度越高；對照片進(jìn)行自適應(yīng)波變換灰度閥值變換，獲取二值圖像圖像處理和攝影測量處理水平豎向變形圖像邊緣監(jiān)測，獲取標(biāo)示點標(biāo)示點位移計算一、研究方向-運營期結(jié)構(gòu)風(fēng)險研究課題：隧道工程長期性能演變理論與監(jiān)測評估技術(shù)針對隧道結(jié)構(gòu)運營期病害嚴(yán)重、監(jiān)測檢測和評估方法落后

結(jié)構(gòu)長期性能演變規(guī)律與安全評估模型；

全隧技術(shù)狀態(tài)長期監(jiān)測系統(tǒng)及長壽命傳感器；

基于全隧監(jiān)測的隧道結(jié)構(gòu)風(fēng)險快速識別評估預(yù)警技術(shù)；19三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.2隧道快速檢測車激光系視頻系三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.2隧道快速檢測車

襯砌：結(jié)構(gòu)表觀病害、結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷；

圍巖：空洞、地下水；

幾何：內(nèi)空斷面、異常變形；

設(shè)施設(shè)備：通風(fēng)、照明、電纜橋架等；

環(huán)境：空氣、光照、噪聲等。三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)病害標(biāo)識根據(jù)數(shù)據(jù)處理后得到的實際圖譜，與預(yù)設(shè)的病害標(biāo)準(zhǔn)圖對比分析，分別對應(yīng)標(biāo)識相應(yīng)病害現(xiàn)象如不同寬度的襯砌裂縫、不同狀態(tài)的滲漏水、露筋、襯砌掉塊等。三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.2隧道快速檢測車檢測車速度裂縫探測滲漏水探測異常表觀?

激光系：5km/h；視頻系：40-60km/h以上?

隧道表面裂縫寬度分辨率0.3mm以上?

隧道表面滲漏水病害面積大于10mm2?

隧道表面異常面積大于10mm2?

激光掃描頻率20~300Hz隧道輪廓三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)研究課題：隧道襯砌內(nèi)部全斷面快速掃描與病害識別成像技術(shù)24三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)研究課題：隧道襯砌內(nèi)部全斷面快速掃描與病害識別成像技術(shù)三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)研究課題：隧道襯砌內(nèi)部全斷面快速掃描與病害識別成像技術(shù)26三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)研究課題：隧道襯砌內(nèi)部全斷面快速掃描與病害識別成像技術(shù)27三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：公路隧道襯砌結(jié)構(gòu)快速檢測技術(shù)規(guī)范

激光系快速檢測要求和規(guī)程

視頻系快速檢測要求和規(guī)程

雷達(dá)系快速檢測要求和規(guī)程

基于快速檢測的結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評估方法

快速檢測成果報告要求28三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.3隧道結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定方法

1）現(xiàn)行養(yǎng)護(hù)規(guī)范隧道各檢測項目技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)：隧道分項技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)：JGCI

max(JGCI

)iijn(JGCI

w

)ii14nwi

)）iJGCI

100

i1100（n4i1wii1分項分項權(quán)重wi分項分項權(quán)重wi洞口洞門155檢修道排水設(shè)施吊頂及預(yù)埋件內(nèi)

裝26102襯砌破損襯砌滲漏水路面40155交通標(biāo)志、標(biāo)線三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.3隧道結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定方法

1）現(xiàn)行養(yǎng)護(hù)規(guī)范當(dāng)無法確定裂縫是否存在開展時的判定標(biāo)準(zhǔn)裂

縫

寬

度

b

（mm）裂

縫

長

度

l

（m）評定狀況結(jié)構(gòu)襯砌b＞55≥b＞33≥bl＞1010≥l＞55≥l√值3/42/32/33√√√√√√√√√√√√2/32√√√1/230三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.3隧道結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評定方法

1）現(xiàn)行養(yǎng)護(hù)規(guī)范基于變形速率的判定標(biāo)準(zhǔn)變

形

速

度

v

(mm/年)結(jié)

構(gòu)襯

砌評定狀況值v

≥

10√10

＞

v

≥

33

＞

v

≥

11

＞

v4321√√√當(dāng)裂縫存在發(fā)展時的判定標(biāo)準(zhǔn)裂

縫

寬

度

b

（mm）裂

縫

長

度

l

（m）結(jié)構(gòu)襯砌評定狀況值b

>

3b

≤

3l

>

5l

≤

5√√√3/42/32√√√√√231三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)研究課題：結(jié)構(gòu)長期性能演變規(guī)律與安全評估模型32三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.4隧道防排水系統(tǒng)可維護(hù)技術(shù)33三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.4隧道防排水系統(tǒng)可維護(hù)技術(shù)深埋水溝布置在電纜溝下深埋水溝布置在路側(cè)邊溝下34三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.4隧道防排水系統(tǒng)可維護(hù)技術(shù)隧道可維護(hù)排水系統(tǒng)35三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.4隧道防排水系統(tǒng)可維護(hù)技術(shù)縱向盲管檢查井36三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.4隧道防排水系統(tǒng)可維護(hù)技術(shù)水箱排水系統(tǒng)導(dǎo)通機(jī)器人高壓水管控制系統(tǒng)高壓清洗機(jī)視頻檢測儀高壓清洗噴（鉆）頭爬行器三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.4隧道防排水系統(tǒng)可維護(hù)技術(shù)排水系統(tǒng)導(dǎo)通機(jī)器人38三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.5隧道襯砌混凝土預(yù)養(yǎng)護(hù)防裂技術(shù)

非結(jié)構(gòu)性裂縫

+結(jié)構(gòu)性裂縫：39三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.5隧道襯砌混凝土預(yù)養(yǎng)護(hù)防裂技術(shù)

非結(jié)構(gòu)性裂縫：水泥基滲透結(jié)晶型+纖維裝載微生物自愈合40三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.5隧道襯砌混凝土預(yù)養(yǎng)護(hù)防裂技術(shù)

非結(jié)構(gòu)性裂縫：水泥基滲透結(jié)晶型+纖維裝載微生物自愈合41三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.5隧道襯砌混凝土防裂技術(shù)

結(jié)構(gòu)性裂縫：纖維增強(qiáng)高性能水泥基復(fù)合材料隧道襯砌加固一般采用從起拱線為起終點，形成半拱形加固帶，厚度一般為2~3cm?？梢蕴娲N碳纖維布、鋼板帶等加固方式。42三、公路隧道智慧運維關(guān)鍵技術(shù)3.6不中斷交通/低交通影響的隧道病害處治平臺

隧道擴(kuò)建平臺43三、公路隧道智慧運維關(guān)