運營隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)以及健康安全評價體系

1緒論

1.1研究背景

隨著我國城市化進程越來越快，城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市規(guī)模持續(xù)擴大以及

城市人口的聚集增長，許多大城市存在著人口集聚、建筑空間狹小、交通擁擠、城

市綠化減少、環(huán)境污染加重等諸多問題，其中交通阻塞問題在我國很多城市尤為突

出。一方面為了適應(yīng)經(jīng)濟與社會的發(fā)展，必須加強城市集約化程度和提高效率才能;

另一方面由于城市建設(shè)長足發(fā)展，使得城市中心可供利用的地面面積越來越少。要

解決城市建設(shè)與土地資源短缺的矛盾，從而促進城市的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護，合

理地開發(fā)利用城市地下空間資源，大力發(fā)展城市地下交通工程是一條非常有效的解

決這些問題的途徑。

城市地下交通工程不同于高架道路，它不影響城市景觀，噪音、震動等環(huán)境污

染較小。目前地下運行的地鐵、交通隧道、各種市政地下隧道等為城市地下交通工

程的重要組成部分，對緩解交通擁堵、提高城市效率、提升城市現(xiàn)代化水平發(fā)揮著

巨大的作用。其中地鐵項目的建設(shè)在我國日趨廣泛，數(shù)量和規(guī)模都在成倍擴大。目

前我國有28個城市有城市軌道交通在建或運營，其中12個城市已有城市軌道交通

運營線路，預(yù)計到2014年底擁有運營線路達1600公里，比去年增加200多公里。

在建城市軌道交通線路約1400公里，預(yù)計"十二五"末，我國城市軌道交通運營里程

將擁有3000多公里運營線路，全國城市規(guī)劃交通總投資將達萬億元。到2020年，

我國將有40個城市建設(shè)地鐵，總規(guī)劃里程達7000公里，是目前總里程的4.3倍。

自第一條地鐵建成并投入運營以來，世界的地鐵建設(shè)歷史己經(jīng)近150年?？v觀

這一百多年來，世界各地城市的發(fā)展經(jīng)驗，大力采用快速軌道交通系統(tǒng)，是完城市

客運這項艱巨任務(wù)的有效手段。但同樣地，地鐵也成為一個危及范圍最廣以及事故

傷害率較高建設(shè)項目之一，表1-1列舉了近十年來我國主要的運營地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全

事故UZ。

表1-12001年至2012年我國運營隧道結(jié)構(gòu)安全事故統(tǒng)計表

地點事故類型事故后果時間

臺北地鐵淡水線士林站軌道結(jié)構(gòu)裂縫降速，停擺2001-05-22

臺灣高雄捷運線大勇路隧道滲水50棟建筑物塌方2004-05-29

臺灣高雄捷運線臨海路結(jié)構(gòu)滲水、滲沙4棟居民樓塌陷2004-08-09

廣州地鐵4號線新造站隧道墜物2人死亡,1人重傷2005-11-03

北京蘇州街地鐵10號線結(jié)構(gòu)裂縫，塌方6人死亡2007-03-02

廣州地鐵5號線結(jié)構(gòu)涌水無2007-01-17

深圳龍崗區(qū)地鐵3號線隧道模板坍塌3人死亡,2人受傷2008-04-01

杭州地鐵1號線湘湖站基坑坍塌21人死亡,24人受傷2008-11-15

深圳地鐵3號線隧道內(nèi)管道破裂100多戶居民撤離2009-03-05

西安地鐵1號線灑金橋站坍塌2人死亡2009-08-02

天津地鐵3號線解放站北路結(jié)構(gòu)透水地面樓體裂縫2009-09-23

深圳地鐵5號線上水徑站山體滑坡/塌方1人失蹤2009-10-1

大連地鐵201標段坍塌1人死亡2011-03-10

大連地鐵211標段坍塌無2011-08-29

上海地鐵12號線坍塌5人死亡,18人受傷2012-12-31

這些突發(fā)的事故不但引起重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，更對社會化造成了極壞

的極壞影響，并且造成了不同程度的恐慌，因此得到了各國政府及科研機構(gòu)的高度

重視。其中，運營地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全，尤其是人們關(guān)注的焦點。理論上講，經(jīng)過合

適的設(shè)計、施工和維護管理，地鐵工程應(yīng)具有良好的承載性、耐久性以及與耐久性

相匹配的使用壽命。然而，由于地鐵隧道內(nèi)自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜而特殊，在長期運營過程

中將受到各種因素的影響，諸如地質(zhì)、地形條件，水文條件，氣候條件等及設(shè)計、

施工、運營過程等，最終導(dǎo)致在使用過程中出現(xiàn)各種各樣的病害。地鐵隧道的病害

不僅會對隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生破壞，降低了其使用過程中可靠性與安全性，這會

極大地影響了隧道作為快捷、安全交通運輸通道的功能，與此同時，由于未達隧道

結(jié)構(gòu)設(shè)計的基準期就需要大修，也會額外耗費國家大量的資金，這些并不符合建設(shè)

隧道的初衷⑶。

隧道，特別是長大隧道的建設(shè)需要巨大投資。越來越多的隧道管理養(yǎng)護單位開

始重視如何科學(xué)有效地養(yǎng)護這些隧道，并在使用過程中維持合理的服務(wù)水平。為了

確保隧道使用安全，保障人民生命、國家財產(chǎn)安全，對運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全問題

開展系統(tǒng)深入的研究，具有重要的學(xué)術(shù)價值和現(xiàn)實意義。

2

1.2研究目的

我國各類地鐵隧道正在如火如荼的進行。隧道跨度越來越大，長度越來越長，

埋深也越來越深，隧道結(jié)構(gòu)也變得越來越多樣化，而伴隨著地鐵隧道的長期運營，

在長期的使用條件與所處自然環(huán)境的雙重作用下，隧道內(nèi)由于結(jié)構(gòu)的原因而發(fā)生的

安全性事故越來越多，這不僅要求精確嚴密的計算理論和先進的施工技術(shù)，同時也

對隧道建成后的安全維護提出更高的要求。

本文通過借鑒近年來興起的地鐵隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，主要達到以下兩個目的：

一是針對運營隧道結(jié)構(gòu)形式、施工方法和所處環(huán)境等工程特點，構(gòu)筑長期監(jiān)控及隧

道健康安全評價體系，對長期監(jiān)控中實時采集的數(shù)據(jù)進行分析與研究，及時了解隧

道工程在運營期間主體結(jié)構(gòu)的受力狀況、荷載等。

第二點是通過對運營隧道健康安全狀態(tài)影響因素的全面系統(tǒng)的分析，建立運營

隧道結(jié)構(gòu)健康安全狀態(tài)的指標體系以及判定標準，同時結(jié)合城市軌道交通運營健康

安全的評價方法，對運營隧道健康安全狀態(tài)進行定量和定性的綜合評價，從而了解

運營隧道結(jié)構(gòu)物的健康安全狀況以及評估使用壽命，在結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生的早期及時的

發(fā)現(xiàn)并做出相應(yīng)的預(yù)警機制，并研究是否采取相應(yīng)的措施和對策，為運營隧道的管

理和養(yǎng)護提供有效的決策支撐，以保證隧道的結(jié)構(gòu)安全，延長隧道的壽命，提高隧

道的服務(wù)功能【久同時，本文以工程實例為依托，采用蒙特卡洛模型對實際情況下運

營隧道結(jié)構(gòu)安全進行長期監(jiān)測，對該區(qū)間運營隧道的安全狀態(tài)進行預(yù)測和評價，并

采用全局敏感性分析方法找出運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全的主要影響因素，以便在有針

對性的采取相應(yīng)的措施和對策避免結(jié)構(gòu)損壞帶來危害，保障運營地鐵隧道工程的安

全運營。

1.3研究意義

目前我國各地城市的地鐵隧道陸續(xù)建成并運營，但是我國隧道養(yǎng)護技術(shù)起步較

晚，養(yǎng)護的經(jīng)驗較為欠缺，綜合評價運營隧道健康安全狀況仍處于定性評價這一階

段，較少有系統(tǒng)的診斷以及定量和定性相結(jié)合評價方法。筆者通過查閱大量的文獻,

3

對隧道工程安全監(jiān)測系統(tǒng)、隧道安全交通安全評價技術(shù)方法和預(yù)測、預(yù)警模型等方

面進行了解，發(fā)現(xiàn)目前對隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價的研究仍存在著不足之處，主要體

現(xiàn)在以下幾個方面：

1、現(xiàn)今我國隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價的相關(guān)研究主要集中在隧道的建設(shè)階段，主

要集中在隧道結(jié)構(gòu)物自身的安全設(shè)計，和對隧道的施工安全、施工方法等方面做出

安全評價，僅有很少的研究涉及到對運營隧道的結(jié)構(gòu)進行健康安全評價；

2、目前運營隧道健康安全評價的研究內(nèi)容大多是隧道的消防、通風(fēng)以及照明等

單個方面，因此對隧道自身結(jié)構(gòu)在運營時期的狀況進行綜合評判非常有必要，從而

對隧道結(jié)構(gòu)的整體健康安全評價體系作進一步的研究；

3、與國外相比，國內(nèi)在隧道結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)控方面缺乏比較成熟的監(jiān)控標準和

規(guī)范。

4、目前許多隧道健康安全評價的相關(guān)研究，主要集中在公路與鐵路隧道，地鐵

隧道健康安全研究的較少，雖然地鐵隧道與公路、鐵路隧道有相似之處，但是由于

地鐵隧道的工程地形、水文地質(zhì)以及周邊環(huán)境等客觀條件的制約，研究內(nèi)容與評價

方法跟公路、鐵路隧道并不完全一致，因而對地鐵隧道的結(jié)構(gòu)進行健康安全評估體

系是非常必要。

綜上所述，研究適合我國國情的地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全檢測與監(jiān)測技術(shù)，建立運營

隧道結(jié)構(gòu)健康安全狀態(tài)評價體系，綜合運用評價方法，對結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測與評估,

從而科學(xué)合理的管理運營隧道，并進行及時的養(yǎng)護維修，對保證隧道的結(jié)構(gòu)安全，

延長隧道的壽命，提高隧道的服務(wù)功能⑶，具有重要的學(xué)術(shù)價值和現(xiàn)實意義，也是本

課題未來要深入研究的方向。

1.4國內(nèi)外相關(guān)研究

對于運營隧道，病害是不可避免的。隧道的病害分為兩部分，其一是先天性造

成的，另外是由于在運營使用的過程，其逐漸老化產(chǎn)生的。對于運營隧道工程的結(jié)

構(gòu)監(jiān)測，國內(nèi)外學(xué)者作了大量的研究，取得了一定的研究成果舊叫針對運營隧道結(jié)

4

構(gòu)健康安全評價已有研究大致可分為兩類，其一在運營隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測；其二是運營

隧道健康安全的研究現(xiàn)狀。

1.4.1運營隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測研究現(xiàn)狀

上個世紀70年代起，日本頒布了《鐵路隧道維修技術(shù)標準》，在隧道檢查和診

斷的工作方法及流程、隧道內(nèi)病害的科學(xué)技術(shù)檢測、隧道病害等級劃分、針對各種

隧道病害的養(yǎng)護技術(shù)、病害隧道診斷專家系統(tǒng)、以及網(wǎng)絡(luò)無縫對接技術(shù)的隧道健康

安全監(jiān)測等方面進行了大量系統(tǒng)的研究工作「-I明

美國《高速公路和鐵路交通隧道檢測手冊》是美國在公路和鐵路隧道管理中評

估隧道技術(shù)狀態(tài)的重要依據(jù)。該手冊對運營隧道的檢測周期、檢測方法、隧道病害

等級劃分以及病害等級評定依據(jù)作了細致的規(guī)定。美國開發(fā)的一種非接觸式的空氣

耦合天線的雷達探測系統(tǒng)，可用于隧道結(jié)構(gòu)體系深部病害信息探測，為運營隧道襯

砌檢測速度的提高提供了基本的條件口支

德國公路署發(fā)布的《無損傷檢測隧道內(nèi)殼的規(guī)范》，給出了檢測隧道內(nèi)殼的合

適測量法，即如何進行對隧道進行測量、描述和評價結(jié)果等等，然而，此規(guī)范只對

評判檢測結(jié)果的方法進行了說明，并未給出如何通過檢測結(jié)果，進行定量的評判隧

道的安全性口叫

目我國目前針對運營隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測的研究主要包括如下兒個方面口3

1、隧道的檢查

為對運營期的公路隧道進行檢查和調(diào)查，以便盡早發(fā)現(xiàn)隧道劣化、損傷、缺陷

等病害，從而真實地掌握結(jié)構(gòu)物的性能狀況。參照我國2003年制定與實施的《公路

隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》，對隧道等土建結(jié)構(gòu)的檢查工作分為四類：日常檢查、定期檢

查、特別檢查和專項檢查，各類檢查的檢查頻率、內(nèi)容和判定標準不一［均應(yīng)。

2、隧道的檢測

隧道的健康檢測主要包含襯砌裂縫的調(diào)查與分析，襯砌混凝土強度、襯砌厚度

及背后回填狀況檢測以及隧道斷面檢測等方面。2004年，我國在《鐵路隧道襯砌質(zhì)

量無損檢驗規(guī)程》中詳細說明了鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢驗的技術(shù)要求，同時，介

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紹了如地質(zhì)雷達法、聲波法等檢測襯砌混凝土強度、厚度及背后回填狀況的方法。

此規(guī)程也為公路隧道的襯砌質(zhì)量檢驗提供了借鑒皿。任曉菲等阿介紹了襯砌斷面的

檢測方法，以及隧道激光斷面儀在隧道斷面凈空檢測中的應(yīng)用。柴聚奎等同分析了

襯砌裂縫的產(chǎn)生原因，介紹了裂縫的主要檢測內(nèi)容及裂縫檢測儀器的原理和檢測方

法。

1.病害原因分析

運營隧道變異的產(chǎn)生是在各種因素的綜合作用下的結(jié)果。關(guān)寶樹等固認為，產(chǎn)

生隧道病害的原因主要分為兩類，其一是外因，即環(huán)境條件以及外力等外部因素，

其中是內(nèi)因，即設(shè)計、施工以及材料等構(gòu)造上的方面的影響，具體見圖1-1。

圖1-1隧道病害產(chǎn)生的原因

樊永杰等⑷研究了襄渝縣的大巴山隧道，對導(dǎo)致隧道病害的地下水的化學(xué)成分、

補給特點以及滯留時間等因素進行了重點分析與研究。

2.病害等級評估

在《公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》當(dāng)中，隧道按其檢查結(jié)果分為三個方面，首先是

外荷載作用、其次是材料劣化，最后是滲漏水，并對這三種主要情況進行判定與分

類。運營隧道的安全評估是對隧道健康狀態(tài)進行的綜合評價，依據(jù)隧道病害的檢測

結(jié)果，結(jié)合隧道健康狀態(tài)綜合評價方法，利用評價指標和評價模型來完成。

1.4.2運營隧道健康安全研究現(xiàn)狀

國外的運營地鐵隧道健康安全評價起源很早，綜合評價的方法也較為領(lǐng)先。在

歐美等國家，由于其城市軌道交通運營史較長，在運營的同時通常會建有為定量評

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價提供足夠數(shù)據(jù)支持的數(shù)據(jù)庫，能夠為定量評價提供足夠充足的數(shù)據(jù)，同時可以準

確地運用者數(shù)值或圖形將計算出來事故危險性進行清晰的表達。與此同時，在評估

中也提出了最優(yōu)化的風(fēng)險預(yù)防方案122-231。

倫敦城市軌道交通風(fēng)險評價網(wǎng)是通過對工作人員和乘客可能產(chǎn)生的傷害的各

種危險因素進行預(yù)測與分析，它的基本思路是建立人主要危險因素員跟人員傷亡之

間的定量關(guān)系，從而劃定風(fēng)險因素的傷害等級，目的是全面了解產(chǎn)生危險有害因素

的起源，并有針對性進行改進。

紐約地鐵網(wǎng)由美國運管部和交通部進行綜合安全評定，評定的程序是首先找出

地鐵中所有影響人員安全的因素，然后明確上述因素的影響范圍，并對這些因素逐

一進行安全認證，在驗證完成之后，提交一份報告，最終生成SSC(SafelyandSecurity

Certification)報告，接下來就是制定安全標準，并不斷地優(yōu)化。各個標準都要結(jié)合

前一步的影響因素，以便站在結(jié)合實際情況的角度進行判斷。

我國的健康安全評價雖然發(fā)展的的時間較短，但其在公路、航空以及電子等領(lǐng)

域缺相對成熟。鑒于我國城市軌道交通的起步較晚，運營地鐵隧道的健康安全評價

獲得到的重視程度并不高。近些年來，國內(nèi)的一些學(xué)者和科研單位也對地鐵的風(fēng)險

評估進行了研究，收獲了一定的成果，為我國地鐵風(fēng)險評價理論的發(fā)展打下了許多

基礎(chǔ)，也對地鐵隧道的安全運營管理和科學(xué)養(yǎng)護具有比較好的指導(dǎo)意義。

北京交通大學(xué)的任星辰〔27〕分析了我國近年來發(fā)生的軌道交通運營事故，總結(jié)出

設(shè)施設(shè)備的原因占事故總數(shù)的70%以上。此文全面研究與分析了地鐵隧道設(shè)施設(shè)備

的安全風(fēng)險，并確立了個指標因素的權(quán)重，最后并對設(shè)施設(shè)備安全評級的進行指標

集的劃分，最后在工程實例中運用綜合模糊評價法，驗證改方法的可行性。

香港的張偉明分析對比了內(nèi)地、香港以及臺灣地鐵隧道安全評價的模式其各自

的優(yōu)缺點，通過對深圳地鐵3號線的進行分析研究，總結(jié)了進行其中評價的經(jīng)驗，為

我國城市軌道交通風(fēng)險評價拓寬了思路。

然而，在隧道健康安全狀況的評價過程中，常會出現(xiàn)各類指標因素之間互相矛

盾，并且監(jiān)測指標值具有隨機性和概率分布的特征，以及定量信息、定性信息串聯(lián)

在一起等很多問題，上述已有方法并不能妥善處理這些復(fù)雜的情況。而本文基于蒙

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特卡洛方法的運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價與傳統(tǒng)的確定性數(shù)值方法不同，其用以解

決概率統(tǒng)計或者隨機性中非確定性問題，解決指標之間互相矛盾以及定量、定性共

存問題。

1.5研究思路和框架

對超高層建筑物、大型橋梁、地下工程、隧道等土木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

(StructuralHealthMonitoring,SHM)體現(xiàn)了一個國家土木工程建設(shè)和管理的水平。

國內(nèi)外這些領(lǐng)域的學(xué)者專家自上世紀90年代起便孜孜不倦地研究針對上述大型工

程結(jié)構(gòu)的監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)，在工程實踐中，相關(guān)的成果正逐漸得以應(yīng)用13°-35】。

運營隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(OperationalTunnelStructuralHealthMonitoringSurvey,

OTSHMS)涉及土木工程、監(jiān)測技術(shù)、分析技術(shù)及信息科學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，是SHM

在運營隧道領(lǐng)域所應(yīng)用的一個綜合性系統(tǒng)工程。

監(jiān)測技術(shù)和結(jié)構(gòu)健康安全評價是OTSHMS的關(guān)鍵的核心技術(shù)。監(jiān)測技術(shù)要求達

到實時監(jiān)測和定期監(jiān)測相結(jié)合，可長期準確地采集到隧道結(jié)構(gòu)體和它所處環(huán)境的關(guān)

鍵參數(shù)(如水、土壓力和結(jié)構(gòu)受力、應(yīng)變等)，進而依據(jù)實測的參數(shù)特征變化，通過

運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價體系，來判斷隧道結(jié)構(gòu)的安全與健康狀況；結(jié)構(gòu)健康安

全評估分析技術(shù)探索隧道運營過程中的長期安全性評價，并對此提出相應(yīng)的評估分

析方法和體系。要建立一個OTSHMS,關(guān)鍵要獲取與隧道結(jié)構(gòu)相關(guān)的各類動靜態(tài)的

數(shù)據(jù)，而要提供這些數(shù)據(jù)的及時性與準確性，就必須強化運營隧道的監(jiān)測方法與技

術(shù)。

本文針對目前我國隧道工程結(jié)構(gòu)健康安全評價在隧道運營時期的不足，基于運

營隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)(OTSHM)的相關(guān)理論與優(yōu)勢，運用實時定期與長期相結(jié)合

的檢測手段，對運營隧道結(jié)構(gòu)進行長期監(jiān)控并及時提供反饋，對這一系統(tǒng)中存在的

健康安全性事故進行充分辨識與定性、定量分析，得到綜合且客觀的評價指標，建

立了科學(xué)的運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評估指標體系。同時，結(jié)合城市軌道交通運營健

康安全的評價理論，采用有針對性的、適用的安全評價方法，對正確評價地鐵隧道

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結(jié)構(gòu)系統(tǒng)運營安全現(xiàn)狀、修正可能出現(xiàn)的偏差、確定合適的養(yǎng)護措施、提高隧道結(jié)

構(gòu)系統(tǒng)安全水平具有重要的理論意義與實用價值41。

1、第1章緒論主要內(nèi)容

主要介紹研究背景、目的及研究意義，并結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)外對運營隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測

系統(tǒng)和運營隧道健康安全的研究現(xiàn)狀，提出當(dāng)前研究存在的不足，以此構(gòu)建本文的

研究內(nèi)容、方法和技術(shù)路線。

2、第2章運營隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)以及健康安全評價體系的主要內(nèi)容

主要介紹光纖傳感技術(shù)的三種分類，以及光纖傳感技術(shù)在運營隧道健康監(jiān)測中的

運用。運營隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)以及在運營隧道中的應(yīng)用。

根據(jù)相關(guān)的規(guī)范和參考資料選取影響運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全的主要指標因素，

構(gòu)建運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全（OTSHM）評價模型，確定完整指標體系，

3、第3章蒙特卡洛模擬方法

通過融合權(quán)重法確定各指標權(quán)重，并對其權(quán)重進行驗證，以期構(gòu)建更為完善的

評價方法。

建立基于蒙特卡洛模擬方法進行運營隧道安全評價的步驟，以及各指標敏感性

分析的方法。

4、第4章運用蒙特卡洛模擬對工程案例進行分析和健康安全評價

根據(jù)3中建立的運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全狀況評價體系，對武漢四大工程實例的

安全狀態(tài)進行評估，并進行敏感性分析，在實際的項目中驗證該評價體系的正確性

和實用性。

5、第5章結(jié)論與展望主要內(nèi)容

主要得出論文的結(jié)論，總結(jié)成果，并指出本論文研究尚存的不足之處，指導(dǎo)未

來進一步的研究方向。

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2運營隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)以及健康安全評價體系

簡單說來，隧道是由圍巖與支護結(jié)構(gòu)組成的綜合體，周圍的地質(zhì)介質(zhì)和支護結(jié)

構(gòu)中隱含著許多影響隧道健康結(jié)構(gòu)安全的因素。它們之間的相互關(guān)系十分復(fù)雜，導(dǎo)

致監(jiān)測和獲得這些數(shù)據(jù)困難重重。無法獲得準確及時的監(jiān)測數(shù)據(jù)直接影響了運營隧

道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)（OTSHM）的建立和應(yīng)用。因此，提高運營隧道結(jié)構(gòu)的監(jiān)測技

術(shù)是運營隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)（OTSHM）的首要課題。

2.1光纖傳感技術(shù)

當(dāng)前，光傳導(dǎo)纖維和光通信發(fā)展迅速，形成了新型的尖端檢測技術(shù)，它的載體

是光、媒介則為光纖、能夠感知并傳輸各種信號，它就是光纖傳感技術(shù)。光纖既可

以作為傳輸介質(zhì)，也可以作為傳感介質(zhì)。

自20世紀90年代以來，歐美等國家在高層建筑物、橋梁、大壩以及電站等大

型民用基礎(chǔ)設(shè)施的安全檢測中紛紛運用光纖監(jiān)測技術(shù)，取得了令人振奮的進展，展

示了光纖監(jiān)測應(yīng)用的光明前景口6-3叟在我國，部分科研機構(gòu)和重點高校在土木工程

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與診斷系統(tǒng)方面進行了光纖監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用研究〔39-44］。

由于光纖傳感技術(shù)測量敏感性高、性能穩(wěn)定、在傳輸過程中不易受電磁干擾、

信號損失量較小等突出優(yōu)點，引起了各方面的廣泛重視。本文將重點介紹三種主流

的光纖傳感監(jiān)測技術(shù)。

2.1.1SOFO點式光纖傳感器

SOFO取自法語"surveillancecTOuvragesparFibresOptiques”,翻譯為"光纖結(jié)

構(gòu)監(jiān)測”，是一種點式光纖傳感器，由瑞士聯(lián)邦工學(xué)院應(yīng)力實驗室開發(fā)。

SOFO點式光纖傳感器基本思路是低相干干涉：LED發(fā)出的激光光束通過耦合

器分為兩束初相位、偏振方向和頻率相同的光線，其中一條進到參考光纖，另一條

則進到測量光纖。后者跟待測結(jié)構(gòu)進行物理接觸，會隨結(jié)構(gòu)變形，從而改變自身的

光程長度；前者放在旁邊，目的是補償溫度變化而導(dǎo)致的硅光纖折射率的改變。由

10

于兩束光線經(jīng)過的路線不同，存在一定的光程差，通過它們相遇時發(fā)生干涉所形成

的干涉圖像，能計算出在受測量光纖結(jié)構(gòu)變形的影響，光發(fā)生改變量值，求得結(jié)構(gòu)

變形量。

Mt.Terri隧道是瑞士一條在建的隧道，為了監(jiān)測修建此隧道時土石等的受壓力

情況，在不遠處另外一條已經(jīng)建成，且通向Mt.Terri隧道的小孔洞中，安裝了9個

彼此間距不等的SOFO伸長計。測量結(jié)果顯示，距離擬建新隧道鉆孔機所在位置比

較近的光纖伸長計，會產(chǎn)生較大的應(yīng)變，但隨著與擬建新隧道垂直距離的越大，伸

長計的變形量會呈指數(shù)下降的趨勢。

采用明挖法施工的瑞士N5隧道，其墻而與墻腳的厚度并不均勻，兩者的差異收

縮可能會降低隧道的張力與撓度。在鋼筋上安裝SOFO點式光纖傳感器，將其隨同

混凝土一并澆筑在隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)，目的是監(jiān)測各截面的膨脹收縮。數(shù)月之后，觀察隧

道截面，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果表明，不同區(qū)域的混凝土收縮形式各不相同，濕度與溫度等

環(huán)境條件的變化也會影響混凝土變形。

2.1.2FBG準分布式光纖傳感器

FBG準分布式光纖，又稱為布拉格光纖光柵，其英文名稱是FiberBraggGrating,

它是特種傳感光纖，可以永久性、周期性調(diào)制光纖芯區(qū)的折射率，用紫外光照射單

模摻錯光纖之后，運用光纖成柵技術(shù)，讓其滿足以下方程：

入=2nA

式中人為Bragg波長；n為光纖模式的有效折射率；A為光柵柵距周期。

根據(jù)光柵理論，滿足Bragg條件的入射光會在光纖內(nèi)部產(chǎn)生全反射效應(yīng),在Bragg

波長人處，其反射光譜會在出現(xiàn)峰值。另外，因為有效折射率n和寫入光纖的光柵

柵距周期A均非常數(shù)，當(dāng)應(yīng)力、應(yīng)變或者溫度等外界因素作用在光柵時，n和A也會

隨之發(fā)生改變，以此會使得反射光譜中出現(xiàn)峰值的波長X發(fā)生改變。

在同一個光纖上串聯(lián)許多個不同波長的FBG準分布式光纖傳感器時，F(xiàn)BG彼此

間相不干涉，因其只反射各自特定波長的光波。那么為了完成光纖光柵傳感器的多

11

傳感器復(fù)用，實現(xiàn)應(yīng)力、應(yīng)變以及溫度等物理量的準分布測量143只需使用一個波

長檢測系統(tǒng)，同時對所有FBG反射的布拉格波長的變化進行檢測即可一。

當(dāng)前，在樁基、管道、橋梁、高速公路、建筑物以及海底油田開采等方面，F(xiàn)BG

準分布式光纖傳感器因為其優(yōu)異性能和準分布式的特點得到了廣泛應(yīng)用。而在隧道

監(jiān)測方面，近些年來的應(yīng)用比較少，但也有一定的應(yīng)用進展。

英國UniversityofBirmingham的科研員將布拉格光纖光柵在隧道襯砌和其接縫

的變形監(jiān)測中加以應(yīng)用，從而在很大程度上提高了監(jiān)測的準確性，并且利用布拉格

光纖光柵應(yīng)用于高頻響應(yīng)之中的優(yōu)點，進行了行車的動靜態(tài)荷載作用對運營隧道結(jié)

構(gòu)影響的監(jiān)測。與此同時，該研究將布拉格光纖光柵與錨桿技術(shù)進行結(jié)合，能夠清

楚地測量到運營隧道的支護結(jié)構(gòu)內(nèi)錨桿的應(yīng)力和應(yīng)變，如果將光信號通過光纜引到

控制室里面，能進一步實現(xiàn)對運營隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀況的遠程監(jiān)測。圖2-2表示FBG

光纖傳感器在隧道、橋梁、大壩等當(dāng)中的應(yīng)用。

2.1.3BOTDR分布式光纖傳感技術(shù)

BOTDR的英文名稱是"BrillouinOp-ticalTime-DomainReflectometry”，其傳感技

術(shù)是一種基于單一脈沖的布里淵散射獲取外界環(huán)境因素信息的分布式光纖應(yīng)變測量

技術(shù)，其中文名稱譯為“布里淵散光時域反射儀”。

布里淵散射光不僅會受到應(yīng)力、應(yīng)變的影響，而且也與溫度的變化有關(guān)，如果

隧道的軸向位置發(fā)生應(yīng)力、應(yīng)變或者分布在隧道沿線的光纖傳感器的溫度變化的時

候，光纖中的背向Brillouinscatteringlight的頻率將會發(fā)生漂移，其頻率的漂移量與

光纖的應(yīng)力、應(yīng)變以及溫度的改變有關(guān)。另外，由于BOTDR分布式光纖傳感技術(shù)

采用了單端入射，其結(jié)構(gòu)簡單，能夠相當(dāng)便利的在實際工程中進行應(yīng)用，因此國內(nèi)

外有很多關(guān)于此方案技術(shù)的研究。

南京長江公路隧道在其運營期內(nèi)，于公路隧道中安裝了BOTOR布里淵散光時

域反射儀這種分布式光纖傳感器，并且構(gòu)建了基于BOTDR分布式光纖傳感技術(shù)的

隧道應(yīng)力與應(yīng)變監(jiān)測評價系統(tǒng)（見圖2-3）,目的是監(jiān)測隧道襯砌結(jié)構(gòu)面上的應(yīng)力、

應(yīng)變等多項隧道安全指標因素［47］。

12

圖2-1南京市長江公路隧道的光纖布設(shè)示意圖

根據(jù)對南京長江公路隧道的監(jiān)測結(jié)果，表明了BOTDR分布式光纖傳感技術(shù)在

隧道的應(yīng)力與應(yīng)變的監(jiān)測當(dāng)中是非常行之有效的。另外在監(jiān)測期間，業(yè)主還組織了

深入研究如何更好的鋪設(shè)光纖、怎樣對光纖進行更好地保護、周邊環(huán)境的溫度及溫

度對光纖監(jiān)測的影響以及變形的計算等等課題，這些研究為光纖傳感監(jiān)測技術(shù)在運

營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價中的應(yīng)用鋪平了道路。

綜上所述，光纖傳感監(jiān)測技術(shù)是一個整體系列科學(xué)技術(shù)，它包括很多種類，本

文列舉了其中的三種:SOFO點式光纖傳感器、FBG準分布式光纖傳感器以及BOTDR

分布式光纖傳感等，它們特性及其適用范圍各有不同，具體見表2-1。由此可見，在

建立運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價的時候可以在其中取長補、搭配結(jié)合使用。

13

表2-1三種光纖傳感監(jiān)測技術(shù)各性能指標的對比

監(jiān)測調(diào)制

傳感器類型物理量線性響應(yīng)分辨率監(jiān)測范圍/U￡

技術(shù)方法

點式SOFO位移是2Hm±10000相位

準分布式FBG應(yīng)變是1U￡±5000波長

分布式BOTDR應(yīng)變/溫度否30ue/l°C±10000強度

根據(jù)上表可見，SOFO點式光纖傳感器的分辨率相對比較高，但監(jiān)測布點的數(shù)量

被其使用成本與信號傳輸方式的所限制，因此在對隧道的重點部位裂縫監(jiān)測當(dāng)中使

用較多；BOTDR分布式光纖傳感的分辨率較低，但其能夠進行長距離的監(jiān)測，并且

能夠覆蓋大量的面積，因此在對隧道整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變（或者溫度）進行大范圍監(jiān)

測時相當(dāng)適用，例如監(jiān)測隧道襯砌的表面裂縫長度與寬度；FBG準分布式光纖傳感

器則介于SOFO與BOTDR之間，測量精度較高，而且可以在實際使用的時，可以

將許多個FBG傳感器進行串聯(lián)，因此對一些關(guān)鍵部位的應(yīng)變監(jiān)測非常適用，例如鋼

筋應(yīng)力差控制系數(shù)等。

隨著SOFO、FBG和BOTDR等光纖傳感器的成功應(yīng)用，光纖監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展

必將為運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.2光纖傳感技術(shù)在運營隧道健康安全監(jiān)測中的運用

從上述光纖傳感監(jiān)測技術(shù)的基本思路以及其在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用表明，光纖

傳感技術(shù)的各種優(yōu)勢，是很多傳統(tǒng)的隧道監(jiān)測方法所不具備的，它比傳統(tǒng)方法更適

合于在惡劣的隧道環(huán)境下工作和進行長距離、大面積的遠程監(jiān)測，它正逐漸發(fā)展成

為一個貫穿于隧道施工與運營兩大階段的長短期相結(jié)合的科學(xué)監(jiān)測手段。

2.2.1運營隧道健康監(jiān)測安全系統(tǒng)需求分析

根據(jù)運營地鐵隧道的工程特點，可以利用光纖傳感技術(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)測與定期檢

測相結(jié)合的監(jiān)測手段，以及預(yù)警報警、隧道的結(jié)構(gòu)健康安全狀況評估以及遠程管理

等功能，并且以上的功能能夠在運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全各項信息的收集、分析、處

理以及應(yīng)用等環(huán)節(jié)連續(xù)運用。同時參照運營地鐵隧道在其施工期的特點，有針對性

14

地解決運地鐵隧道在施工過程中對光纖傳感器的埋設(shè)、運營前后各項監(jiān)測數(shù)據(jù)的采

集以及數(shù)據(jù)的分析處理方法等關(guān)鍵技術(shù)1481。

2.2.2光纖監(jiān)測重點部位的選擇和監(jiān)測內(nèi)容

需要合理地布置重點隧道內(nèi)個監(jiān)測部位，從而在有限的光纖傳感監(jiān)測點當(dāng)中，

順利地獲取到反映運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全狀況的各項關(guān)鍵信息。合理地進行監(jiān)測斷

面的選擇要考慮以下幾點：隧道沿線的地層變化狀；隧道地基的承載力、基礎(chǔ)的內(nèi)

砂石土的液化情況、水壓、土壓、隧道進出洞口段、縱坡變坡點以及變形縫設(shè)置等

的分布；隧道的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變、受力和結(jié)構(gòu)變形的縱向、橫向分布。根據(jù)以上兒

點綜合考慮，從而確定監(jiān)測斷面位置。

監(jiān)測斷面上的傳感器布設(shè)以隧道結(jié)構(gòu)的橫斷面計算為依據(jù)，考慮各監(jiān)測斷面荷

載特點和橫向分布，對管片襯砌主體結(jié)構(gòu)與地層的相互作用關(guān)系，對管片尤其是連

接螺栓附近的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布和斷面變形等進行分析，共出23個監(jiān)測參數(shù)和相應(yīng)采用

的監(jiān)測儀器，見表2-2

表2-2運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測內(nèi)容及儀器

監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)測參數(shù)監(jiān)測儀器

拱頂土壓力拱頂土壓力增大系數(shù)光纖光柵土壓力盒

管片鋼筋應(yīng)力

管片鋼筋受力光纖光柵鋼筋應(yīng)力計

鋼筋應(yīng)力差控制系數(shù)

管片混凝土管片混凝土受力光纖光柵應(yīng)變計

環(huán)向接縫寬度

縱向接縫寬度

管片（變形）連通管線形監(jiān)測系統(tǒng)

環(huán)向錯臺

接縫張開度徑向錯臺光纖光柵微小位移計

環(huán)縫錯齒

縱縫錯齒

結(jié)構(gòu)溫度分布監(jiān)測結(jié)構(gòu)溫度光纖光柵溫度傳感器

管片接縫管片接縫法向接觸力接觸壓力傳感器

鏈接螺栓受力螺栓應(yīng)力與強度之比光纖光柵應(yīng)變傳感器

15

續(xù)表2-2

裂縫寬度

裂縫密度連通管線監(jiān)測形系統(tǒng)

隧道襯砌表面

剝落區(qū)域直徑光纖光柵微小位移計

襯砌強度降低比

累積沉降值

沉降及不均勻沉降水準儀

差異沉降值

每100m2滲漏點光纖光柵滲壓計

單點浸濕面積水質(zhì)監(jiān)測儀

滲漏水

滲漏水量水質(zhì)分析儀

PH值中性偏離量

本文通過綜合分析運營隧道自身機構(gòu)特點和周邊環(huán)境，來明確各監(jiān)測對象、監(jiān)

測項目的具體內(nèi)容、監(jiān)測參數(shù)，參照層次分析法的基本原理，將運營隧道結(jié)構(gòu)健康

安全監(jiān)測按照外荷載、隧道應(yīng)力結(jié)構(gòu)變形、材質(zhì)劣化以及滲漏水劃分為四個方面，

一共19個監(jiān)測參數(shù)。如表2-3所示監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測參數(shù)。根據(jù)各監(jiān)測為評價指標，

建立運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全狀況的第二級、和第三級評價指標體系。

表2-3運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測各級評價指標分布

二級三級/監(jiān)測內(nèi)容監(jiān)測參數(shù)

累積沉降值

沉降及不均勻沉降

差異沉降值

外荷載作用

拱頂土壓力拱頂土壓力增大系數(shù)

管片鋼筋受力鋼筋應(yīng)力差控制系數(shù)

環(huán)向接縫寬度

縱向接縫寬度

管片（變形）環(huán)向錯臺

隧道結(jié)構(gòu)

接縫張開度徑向錯臺

應(yīng)力變形

環(huán)縫錯齒

縱縫錯齒

鏈接螺栓受力螺栓應(yīng)力與強度之比

16

續(xù)表2-3

裂縫寬度

材質(zhì)裂縫密度

隧道襯砌表面

劣化剝落區(qū)域直徑

襯砌強度降低比

每100m2的滲漏點

單點浸濕面積

滲漏水隧道結(jié)構(gòu)

滲漏水量

PH值中性偏離量

在確定監(jiān)測重點部位的基礎(chǔ)上，根據(jù)對上述三層指標體系的分析評估，確定各

監(jiān)測參數(shù)及具體檢測內(nèi)容，充分考慮運營隧道的結(jié)構(gòu)特點以及會造成其損傷的模式,

重點監(jiān)測與分析引起隧道結(jié)構(gòu)變形或受力變化的特殊地段，例如：水文、地質(zhì)等環(huán)

境與條件，以此作為監(jiān)測參數(shù)和內(nèi)容的參考依據(jù)并進行對其進行科學(xué)合理地優(yōu)化。

2.3運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價體系

健康安全評價的是通過運用系統(tǒng)工程的基本思路與原理，對系統(tǒng)或者工程中存

在的有害、風(fēng)險因素以及可能導(dǎo)致的危害、危險后果及危害程度進行尋找、判斷、

解析預(yù)警，預(yù)測和綜合評價系統(tǒng)或工程中存在的危險性，并根據(jù)其形成事故的風(fēng)險

等級大小，提出科學(xué)合理可行的安全對策措施，并指導(dǎo)建議對危險源進行監(jiān)控，預(yù)

防事故的發(fā)生，從而有效的降低事故率、減少損失以及獲得最優(yōu)的安全投資效益。

體系中評價指標的選取是否恰當(dāng)，將直接影響到評價體系的準確性以及綜合評

價的結(jié)論，而指標選取太多了，重復(fù)的指標就會對評價結(jié)果有干擾；如果選取的過

少，所選的指標可能缺乏足夠的代表性，將會帶來片面性影響。由此看來，在運營

隧道健康安全狀況綜合評價指標的選取時要遵循一定的原則，使得所選取的指標具

有足夠代表性和能更好地反映運營隧道的健康狀態(tài)，原則如下：

(1)系統(tǒng)性原則

運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價系統(tǒng)是一個復(fù)雜的一人交互系統(tǒng)，預(yù)測、分析和解

決運營隧道的安全問題需要以整個系統(tǒng)工程的集成思想來思考。

17

（2）定量為主，定性為輔的原則

構(gòu)建綜合評價體系時，要達到定量與定性相結(jié)合的原則，在已有的定性分析基

礎(chǔ)上，能夠?qū)Ω黜椫笜诉M行進一步的量化處理，從而使指標具有較好的可量度性，

更能代表評價對象某一方面的具體特征，以便更加科學(xué)、客觀以及合理的評價。

（3）指標之間的獨立性原則

評價體系中所選取的指標的內(nèi)涵應(yīng)該非常明確，不能多個指標的表達含義相互

混雜或者內(nèi)容的含義類似的，要確保同一個層次里，各項評價指標之間互相獨立，

這樣才能夠保證結(jié)構(gòu)健康安全評價結(jié)果的全明性與真實性。

（4）科學(xué)性與可靠性原則

進行運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價目的，是為了提高運營隧道的安全管理水平，

保證隧道運營的安全，那么評價指標的必須具備可靠性和科學(xué)性。

1.運營隧道健康安全評價體系指標的選取

在充分考慮運營隧道健康安全的豐富內(nèi)涵以及其顯著特征的基礎(chǔ)上，為了使得

運營隧道健康安全這一多指標多層次的復(fù)雜問題能夠得到科學(xué)合理有效地解決，本

文根據(jù)層次分析的基本思路來確立健康安全指標評判基準與評價指標體系，具體實

現(xiàn)步驟如下。

首先將運營隧道常見總病害成因歸納為外荷載作用、隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形、材質(zhì)

劣化以及滲漏水4個二級子系統(tǒng)病害，然后對每個二級子系統(tǒng)構(gòu)建了各自的三級病

害指標，從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，從中選取了19個可定量化的指標因素作為評價

指標。

另外，由于各評價指標原始數(shù)據(jù)的度量方法、取值范圍以及計量單位各不相同,

為了便于計算和統(tǒng)一評價，因此需采用極差變換進行量歸一化處理。

2.運營隧道健康安全評價體系的建立

本文參照影響隧道結(jié)構(gòu)安全的外在環(huán)境因素和內(nèi)在作用機理因素，同時根據(jù)工

程的實際情況，運用層次分析法原理，將運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價體系，自下而

上地分解為若干個層次，從而合理有效地確定各層次的評價項目，①代表具體的“三

級評價項目”，即可以通過檢測、監(jiān)測等方法能夠在實際工程中獲取的指標數(shù)據(jù)⑸;

18

②代表“二級評價項目”，代表若干具體指標可以歸于一類的項目，即以某類

準則劃分因素的大的門類；③代表“區(qū)段情況的綜合評價，亦即宏觀角度評價盾

構(gòu)隧道的健康狀況，從而形成一個包含多個評價子項目多級評價指標的分層次評價

系統(tǒng)，如圖2-4,

運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價H(§)

②

外荷載作用隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形材質(zhì)劣化滲漏水

L1S1MlW1

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沉

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土

縫

應(yīng)

m角

臺l

齒

臺2

度

齒

量

縫

降

降

力

壓

力

滲

寬①

離

寬

我

值

寬

與

值

力

a度

差

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度

量

度

強

增

漏

控

—

度

大

降

制

度

之

系

濕

點

系

比

數(shù)

數(shù)U

356UM

1.131.14S1S1S1S1S17MilM13B11

11一2

圖2-4運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價體系

2.4安全評價體系模糊評價集的建立和區(qū)間量化

在傳統(tǒng)的多目標決策法中，指標的值是確定的，可以通過仿真分析、解析計算

和專家評估等方法獲得。實際上，由于數(shù)據(jù)來源的限制、數(shù)據(jù)的性質(zhì)不同、計量單

位不一、計算模型的差異化，專家評估的主觀差異等，很難獲得各個指標的準確值。

實際工程應(yīng)用中，經(jīng)常通過給定指標參數(shù)的變化區(qū)間或概率分布來解決指標的不確

定性問題。參照層次分析法的相對重要性網(wǎng)和技術(shù)成熟度的等級量度術(shù)即］,本文建

立［0-1］區(qū)間的模糊評語集。具體實現(xiàn)步驟如下，

19

首先確定運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全狀況評價的量化值，然后根據(jù)本文建立的區(qū)間

模糊評語集，確定綜合評價值所處的模糊區(qū)間，獲得該運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全的實

際評價狀況，最后根據(jù)其健康安全狀況，給出相應(yīng)的建議指導(dǎo)，并采取科學(xué)合理有

效的措施對策。

由于現(xiàn)階段缺乏統(tǒng)一的運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全等級的劃分，本文擬從相關(guān)的工

程規(guī)范和標準入手，參考如：GB50299-1999《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》，

GB50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》，《南京地鐵橋梁養(yǎng)護技術(shù)標準》以及《城市軌道

交通地下工程建設(shè)風(fēng)險管理規(guī)范》，并參照相關(guān)文獻陽-54］以及地鐵工程安全管理實

踐等，最后結(jié)合現(xiàn)行的應(yīng)用較多的分級辦法，以達到滿足工程管理和維護保養(yǎng)為目

的，來確定運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全評價等級。見表2-4,通過整合地鐵數(shù)據(jù)資源和養(yǎng)

護規(guī)范、標準以及文獻，建立了運營隧道健康安全狀態(tài)等級劃分表，將運營隧道健

康安全狀況劃分為5個等級，從A到E,運營隧道結(jié)構(gòu)病害的嚴重等級依次遞增。

表2-4運營隧道健康安全狀態(tài)等級劃分表

健康等級評級區(qū)間健康安全狀況對策

A0.6—1結(jié)構(gòu)無破損保持正常監(jiān)測和觀察

B0.4—0.6結(jié)構(gòu)存在輕微破損保持正常監(jiān)測和準備采取措施

C0.4—03結(jié)構(gòu)存在破壞采取對策措施

D0.3—0.1結(jié)構(gòu)存在較嚴重破壞盡快采取對策措施

E0.1—0結(jié)構(gòu)存在嚴重破壞立即采取對策措施

2.5本章小結(jié)

運營隧道的健康安全狀況反映的是隧道結(jié)構(gòu)的損傷或是破壞狀態(tài)，對運營隧道

健康安全狀況的綜合評價就是要考慮運營隧道結(jié)構(gòu)的各種損傷或破壞狀態(tài)對隧道運

營、通行安全的影響程度的過程。而運營隧道結(jié)構(gòu)的損傷或破壞形態(tài)的狀況可以通

過現(xiàn)場調(diào)查和監(jiān)測測取得，所以，采用隧道結(jié)構(gòu)的損傷或破壞形態(tài)作為運營隧道健

康狀態(tài)的綜合評價指標是可行的。

20

本章對影響運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全狀況的因子進行了詳細研究與分析，并根據(jù)

層次分析法的原理和基本思路綜合選取了主要的影響指標，從而建立了運營隧道結(jié)

構(gòu)健康安全綜合評價指標體系，見圖2-4,本指標體系即是對運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全

狀況作綜合評價的基礎(chǔ)，與此同時，這些指標狀態(tài)地集合也能全面科學(xué)地反映運營

隧道的結(jié)構(gòu)健康安全狀況。

21

3基于蒙特卡洛模擬的運營隧道結(jié)構(gòu)健康安全健康安全評價

3.1確定健康安全評價體系中各指標的融合權(quán)重

作為健康安全評價的關(guān)鍵內(nèi)容，其指標的權(quán)重分配是否合理將直接影響到健康

安全評價結(jié)果的準確性和科學(xué)性。在當(dāng)前，主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法是兩大主要的

確立權(quán)重的方法。其中，主觀賦權(quán)法也稱為專家賦權(quán)法，即專家等主觀評價者通過

一定的方法對各指標因素進行打分，從而達到對各指標權(quán)重