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济南黄河隧道运营期智能健康监测与评价体系研究
| 论文题名： | 济南黄河隧道运营期智能健康监测与评价体系研究 |
| 关键词： | 盾构隧道;健康监测;安全评估 |
| 摘要： | 近年来，由于盾构法施工安全性较高、对城市周边环境影响较小等优势，已在许多建设地铁的项目中被采用。然而，随着隧道运营年限的增长，由于渗水压力、土压力、隧道运营压力等各种原因的影响，可能会产生管片接缝张开量增大、螺栓失效、结构渗漏水等一系列隧道病害问题，危及行车安全。为了保障大直径盾构隧道运营期的安全，有必要建立专门的隧道结构健康监测系统，开展盾构隧道运营期内智能健康监测和结构安全评价，避免隧道病害的产生和发展。论文以济南黄河大直径盾构隧道为依托工程，针对隧道西线后半段结构主体的健康监测和安全评估问题，综合运用文献调研、数值模拟和理论分析的研究方法，取得了以下研究成果： （1）以济南黄河隧道西线后半段作为监测对象，以其所在土层和周边环境为基础，运用ANSYS建模软件，来模拟地层、地质、水压等因素对隧道结构安全性的影响。通过有限元分析的结论表明，地表施加载荷段，隧道高覆土区域段以及隧道所处主河槽最深的区域段应成为选取监测断面时优先考虑的区域，隧道拱顶、拱底和两腰应成为隧道运营期重点监测的部位。 （2）通过盾构隧道常见病害的分析，结合济南黄河隧道的实地调研，确定需要监测的主要项目为隧道外载（水、土压力），管片螺栓轴力、管片接缝位移、混凝土管片应变4项内容；根据重点监测项目，设计出光纤光栅土压力计、光纤光栅位移计、光纤光栅螺栓轴力计分别对隧道外载水土压力、接头螺栓轴力、接缝张开量进行监测，采用分布式光纤对混凝土管片应变进行监测的技术方案。 （3）以济南黄河隧道西线后半段为依托，建立了大直径盾构隧道结构健康监测系统。通过对近几个月所采集数据的综合分析，得出以下结论：隧道结构受外界水位变化、温度变化、地层等环境影响较为明显，隧道拱顶载荷受水位变化影响较大，两腰由于所在地层透水性较差，较拱顶受水位影响相对较小；混凝土管片应变受外部载荷影响较为明显，在上部载荷影响下，隧道拱顶会出现正弯矩使混凝土管片受拉情况；环向螺栓轴力受水位影响较大，纵向螺栓轴力受温度影响较大，随温度的升高而降低，管片接缝张开量与管片螺栓轴力变化规律相似。 （4）建立了基于模糊综合评判法的济南黄河隧道安全评估模型。将隧道结构的健康状态划分为了四级，并以此得出隧道各参数不同的预警区间和不同预警等级下的隶属度函数；建立了影响隧道结构安全的多层次组织评价因子集，使用层次分析法确定了相应的权重集；通过构建一系列运算模型，实现了对济南黄河隧道西线后半段整体、各监测断面、不同监测部位的结构安全评估和预警。 |
| 作者： | 陈硕 |
| 专业： | 安全科学与工程 |
| 导师： | 任高峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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