高速公路大型隧道群结构健康状态实时监 测评价及预警技术研究项目 具体研究方案 一、隧道结构损伤机理与规律研究 (a) 隧道结构变形时间效应研究。建立隧道围岩-复合衬砌有限元模型，该 模型既能模拟锚杆和钢筋的加固效应，亦能模拟围岩的流变特性，进而达到模 拟衬砌结构变形和开裂“时间效应”的目的。(b) 隧道结构地震响应与损伤规律研究。建立隧道地震响应分析有限元模 型，利用真实地震响应谱，研究不同烈度地震荷载作用下衬砌结构的变形与损 伤。 (c) 失控车辆撞击作用下隧道结构局部损伤机理与规律研究。建立车辆模 型，基于非线性有限元程序对车辆-衬砌结构动态相互作用进行数值模拟，研究 不同车速、载重及撞击角度下复合衬砌损伤规律。 二、 隧道结构健康诊断与预警方法研究 预警体系研究方法示意图如图1所示： (a) 诊断方法：由前面对衬砌结构的静、动力学分析，得到衬砌结构 损伤规律，建立衬砌结构损伤（甚至完全破坏）与表面变形等 的关系。由表面变形即可知道衬砌结构损伤程度与位置；基于 工程类比及数值模拟结果分析，给出衬砌结构损伤阈值。 (b) 预警阈值：根据建立的衬砌损伤-表面变形等的经验关系，以实测 的衬砌表面变形等作为预警指标，通过给出的合理损伤阈值， 提出基于表面变形等的隧道安全预警阈值，最终建立隧道服役 期健康安全预警体系。衬砌损伤-表面变形关系 损伤 阈值 诊断 方法 衬砌表面变形预警阈值 预警 体系 图1 预警体系研究方法示意图 三、传感器布设与数据传输方案 衬砌变形监控位置：共两个，距蟠龙隧道右洞出、入口各100m处。 表面应变传感器布设：采用SSZXB150型应变传感器（量程1000 ，精 度1 ） ，每个断面布设15个，布设示意图如图2所示。 图2 传感器布设示意图 数据传输方案：采集仪含密封机箱（型号：SZJX-MCU） 、信号防雷模块 （型号：LKS-LC） 、电源防雷模块（型号：LKX-B20）及综合采集模块（型号： SZZH-MCU16） 。采集仪通过四芯水工电缆线与洞口的GPRS模块连接（型号：F2103） ，最终数据由GPRS通过移动通讯网络发送到服务器，并保存于数据库。 四、软件系统 研发具有自主知识产权的济莱高速隧道结构健康状态监测与预警软件系统。 该软件系统可同时控制多个采集系统的运行，相互不干扰。包括系统设置、系 统管理、下机位数据控制、数据采集与分析、数据管理及预警等模块。可实现 图形和报表制作、数据分析与自动保存及预警等功能。