XXX隧道结构全寿命健康监测系统.doc

XXXX隧道结构全寿命健康监测系统方案 2017年6月8日12目 录1 工程概况12监测断面选取12.1隧道衬砌结构受力及变形状态监测断面选取12.2地震信息监测断面选取32.3隧道结构腐蚀监测断面选取43监测内容及监测元件选取53.1隧道结构受力及变形状态监测内容及监测元件选取53.2 地震信息监测元件选取93.3隧道结构腐蚀监测元件选取94费用预算91 工程概况xxx隧道的建设对xxx市的社会、经济发展具有十分重要的意义，xx隧道建成后，其长期安全的保证至关重要。2监测断面选取为保证xx通道隧道结构长期安全，考虑隧道管片衬砌结构所赋存的工程水文地质条件及施工特点，拟针对隧道结构受力及变形状态、地震及钢筋混凝土腐蚀三个方面的信息进行长期监测，分别选取典型监测断面信息如下所示。2.1隧道衬砌结构受力及变形状态监测断面选取综合考虑隧道赋存地层的工程水文特性、隧道埋深及结构体系情况，盾构段选取10个测试断面，岸上明挖段选取2个测试断面（见图2），其相应的里程及断面特征如表1所示，各个监测断面的具体地层及水文地质信息如图3所示。表1 隧道结构受力及变形状态监测断面断面编号断面里程断面特征1WK3+700岸边段近接盾构接收井断面(明挖断面)2EK3+820岸边消能节点断面3WK4+100隧道纵向变弯点4EK4+530水下两消能节点间断面5EK4+620水下消能节点断面6WK4+650水下透水地层断面7WK4+800水下软硬互层断面8EK5+500水下地层突变断面9EK5+890水下非透水地层断面10EK6+370地层突变断面11WK6+750临近始发井上软下硬地层12WK7+100岸边段(明挖断面)图2隧道结构受力及变形状态监测断面分布图 (a)断面1 (b)断面2 (c)断面3 (d)断面4 (e)断面5 (f)断面6 (g)断面7 (h)断面8 (i)断面9 (j)断面10 (k)断面11 (l)断面12 图3隧道结构受力及变形状态监测断面地质纵断面图2.2地震信息监测断面选取综合考虑隧道赋存地层的工程水文特性及消能节点设置情况，选取如下4个测试断面（见图4）进行地震信息监测，其相应的里程及断面特征如表2所示。图4 地震信息监测断面分布图表2 地震信息监测断面断面编号断面里程断面特征1WK3+700岸边段近接盾构接收井断面(明挖断面)2EK4+530水下两消能节点间断面3EK5+500水下地层突变断面4WK6+750临近始发井上软下硬地层2.3隧道结构腐蚀监测断面选取考虑隧道结构特性及隧道赋存地层的工程水文特性，选取如下4个测试断面（见图5），其相应的里程及断面特征如表3所示。表3隧道结构腐蚀监测断面断面编号断面里程断面特征1WK3+700岸边段近接盾构接收井断面(明挖断面)2EK3+820岸边消能节点断面3WK4+650水下透水地层断面4EK5+890水下非透水地层断面图5隧道结构腐蚀监测断面分布图3监测内容及监测元件选取根据不同类型的监测断面，选取相应的监测元件，主要介绍盾构衬砌管片的元件选取，岸上明挖段参考管片即可。具体如下所示。3.1隧道结构受力及变形状态监测内容及监测元件选取对于盾构隧道管片衬砌结构受力及变形状态的监测主要考虑管片衬砌结构所受的土/水压力、管片内力及管片接缝张开量等四项内容，各项监测内容所使用的监测元件及布置方式如下所示，在每块管片上的位置关系如图6所示。图6 元器件及接线孔平面位置展布图（1）土压力土压力采用土压力盒进行测量，针对xx通道管片衬砌结构的分块形式，拟对每个断面布置9个土压力盒，其布置位置及实施方法如下所述，其中土压力盒的布置位置如图7所示。图7 土压力盒布置图土压力埋设在管片预制期间实施，根据所选断面位置确定相应的管片。如图8所示，混凝土内的土压力盒的安装采用绑扎式安装，将感应面与管片迎土面相平，保证感应面暴露并能感受外部压力。安装时，在土压力盒周围缠绕一层大约为1mm厚的弹性保护垫层，以减小管片变形对测试元件的影响，并根据管片外弧面混凝土保护层厚度选择适当直径的钢筋来连接压力盒与受力主筋，通过绑扎方式固定测试元件位置。然后将测试用的信号传输电缆导入专用走线通道。图8 土压力盒、水压力计安装（2）水压力水压力采用水压力计进行测量，针对xx通道管片衬砌结构的分块形式，拟对每个断面布置5个水压力计，其布置位置及实施方法如下所述，其中水压力计的布置位置如图9所示。图9 水压力计布置图在埋设前，在孔隙水压力计周围缠绕一层大约1mm厚的弹性保护垫层，以减小管片变形对测试元件的影响，并用毛巾块封住水压力计渗水石，确保其在浇注混凝土和施工进行壁后注浆时不被水泥砂浆封堵，保证其渗透作用，以感应水压力。在对其进行固定时，将水压力计两端绑扎于预先固定在管片受力筋上的两个10钢筋上，如图8所示。然后将测试用的信号传输电缆导入专用走线通道。（3）管片内力管片内力采用混凝土应变计及钢筋应力计进行测量，针对xx通道管片衬砌结构的分块形式，拟对每个断面布置9对混凝土应变计和9个钢筋应力计，其布置位置及实施方法如下所述，其中混凝土应变计和钢筋应力计的布置位置如图10所示。图10 混凝土应变计和钢筋应力计布置图由于混凝土应变计测试的是管片环向应变，因此应变计的绑扎方向应与环向受力主筋方向平行，且每个测试点内外侧钢筋上各布置一个应变计，混凝土应变计和环向主筋高度一致并量测内外应变计之间的距离。钢筋应力计的应变感应方向和环向受力主筋方向一致，每个测试断面内外侧各布置一个，将主筋截断相应长度后将钢筋应力传感器和主筋焊接为一体，焊接中要确保钢筋应力传感器不受弯，并严格控制钢筋应力传感器的温度，将测试传输电缆导入专用走线孔，如图11所示。 （a）混凝土应变计 （b）钢筋应力计图11 结构内力测试仪器的安装（4）管片接缝张开量管片接缝张开量采用表贴式测缝计进行测量，针对xx通道管片衬砌结构的分块形式，拟对每个断面布置5个接缝张开量测点，分别为拱顶、拱肩、拱腰、拱脚和拱底，每个测点放置环向和纵向两个表贴式测缝计，其布置位置及实施方法如下所述，其中混凝土应变计和钢筋应力计的布置位置如图12所示。 表贴式应变计（a）测缝计测点分布图 （b）单点测缝计布置图 图12 表贴式测缝计布置图 图13 表贴式测缝计安装图表贴式测缝计分别用来测量环向分块间的接缝张开量和环间（纵向）接缝张开量，表贴式测缝计不需预埋，在管片衬砌拼装完成后固定于管片混凝土内表面，安装时，表贴式测缝计要和管片分块接缝保持垂直，如图13所示。3.2 地震信息监测元件选取对于地震信息的监测主要考虑监测断面处的加速度及动应变监测，加速度采用埋入式三向加速度传感器进行监测，动应变采用埋入式或表贴式动应变计进行监测。加速度传感器与动应变计的埋设在管片预制期间实施，根据所选断面位置确定相应的管片，加速度传感器与动应变计的布置位置如图14所示。加速度传感器通过绑扎方式固定在管片钢筋上，动应变计则在测点处管片的内外弧面各布置一个，应注意保证管片混凝土保护层厚度，然后将测试用的信号传输电缆导入专用走线通道。 图14 加速度传感器与动应变计布置图 图15 钢筋锈蚀传感器布置图3.3隧道结构腐蚀监测元件选取对于盾构隧道管片衬砌结构腐蚀监测主要考虑监测断面处管片内钢筋的锈蚀情况监测，监测元件采用埋入式钢筋锈蚀传感器。钢筋锈蚀传感器的埋设在管片预制期间实施，根据所选断面位置确定相应的管片，考虑到结构受力特征及钢筋锈蚀传感器的工作原理，钢筋锈蚀传感器的布置方式如图15所示。钢筋锈蚀传感器固定在管片主筋上，应注意保证管片混凝土保护层厚度，然后将测试用的信号传输电缆导入专用走线通道。3.4隧道明挖断面结构监测元件布设在岸边暗埋区段增加结构受力及变形状态监测断面2个、地震响应监测断面和结构腐蚀监测断面各1个。鉴于结构施工工法的差异，元件布置方案与盾构隧道监测断面不同，其断面元件布置如图16所示，在埋设过程中，结合明挖法衬砌具体施工部序进行预埋。图16 明挖法断面传感器布置图4费用预算隧道结构全寿命健康监测系统经费预算费用合计800万元，主要包括：测试元器件费、测试设备费、数据采集终端研发费、试验材料费、测试化验加工费、差旅费以及软件系统研发费用等。隧道结构全寿命健康监测系统经费预算费用合计800万元，主要包括：测试元器件费、测试设备费、数据采集终端研发费、试验材料费、测试化验加工费、差旅费以及软件系统研发费用等。（1）测试元器件费用（168.00万元）表4 消耗性测试元件数量与费用开销一览表(总计168.00万元)设备名称计量单位单价（万元/单位数量）购置数量金额（万元）用途钢筋计个0.1512018.00现场钢筋应力测量应变传感器个0.1523835.70现场混凝土应变土压力传感器个0.311033.00现场土压力测量孔隙水压力计个0.15669.90现场孔隙水压表贴式测缝计个0.211022.00裂缝张开量加速度计个1.5812.00地震测试动应变计个0.33811.40结构动力响应测试钢筋锈蚀计个0.52211.00钢筋锈蚀测试数据线卷0.53015.00测试数据采集（2）测试设备费（104.00万元）表5 测试设备开销一览表(总计104.00万元)设备名称计量单位单价（万元/单位数量）购置数量金额（万元）用途静态数据采集仪个2.01224.00静态数据采集动态数据采集仪个10.0880.00动态数据采集（3）数据采集终端研发费（100.00万元）表6 数据采集终端开销一览表(总计100.00万元)设备名称计量单位单价（万元/单位数量）购置数量金额（万元）用途数据采集终端套5.020100.00数据自动采集（4）试验材料费（39.00万元）表7 室内模型试验材料费用开销一览表(总计39.00万元)材料名称计量单位单价（万元/单位数量）购置数量金额（万元）备注钢筋吨0.50063.00水泥吨0.1101.00河沙方0.05201.00模型土方0.502010.00石膏吨0.1050.50豆石骨料方0.05100.50粗骨料方0.05100.50矿物掺合料吨0.405.02.00添加剂吨1.000.50.50模具用木材方0.20204.00腐蚀环境模拟化学材料套0.305015.00二氧化碳、氯离子、化学腐蚀剂等运输费次0.05201.0（5）测试化验加工费（100.00万元）表8 测试化验加工费预算明细表测试化验名称计量单位单价（万元/单位数量）数量金额（万元）传感器标定套0.03100030.00实验室仪器校正及检验费次0.52010.00传感器安装加工费个0.0580040.00地下结构内测线埋设及固定点0.01200020.00合计100.00万元（6）差旅费（89.00万元）差旅费包括现场测试外埠交通及住宿费用、市内交通费用等，总计89.00万元，按照目前平均水平进行预算，差旅费预算明细表如下所示。表8 差旅费费用名称计量单位单价（万元/单位数量）出差人次金额（万元）备注现场测试外埠交通费人次0.3020060.00平均单程按每人0.15万元考虑，往返为0.