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南京长江隧道结构健康监测系统介绍

一、工程概况及监测工程目的

1、工程概况

南京长江隧道是《南京市城市总体规划》确定的“五桥一隧”过江通道中的重要工程。南京长江隧道位于南京长江大桥与三桥之间,上距三桥9km,下距大桥10km,连接河西新城区—梅子州—浦口区。工程由江南滨江快速路与纬七路互通立交过度段接入点起,至江北收费广场连接快速路,整个工程通道总长约5853m,道路等级为双向6车道城市快速路,车道宽为3.5m*2+3.75m,设计车速80公里/小时。

南京长江隧道工程包括左汊盾构隧道和右汊桥梁。左汊盾构隧道工程主要包括:江北接线道路、收费广场、左汊盾构隧道和梅子洲接线道路。左汊盾构隧道采用两台直径¢14.93m复合式泥水盾构机施工,由浦口岸边工作井出发,同向掘进施工。

其中盾构隧道长度约为3020m,圆形隧道内径为13.30m。江中盾构段位K3+599K6+620,底板标高北端洞口约-19.00m,中段深处约-51.00m,南端洞口约-16.00m,最大水压约0.65MPa。隧道穿越地层主要为第四纪沉积的软土、沙土。

隧道中央控制室位于江北服务区,结构健康监测系统终端位于中控室。

2、健康监测系统的意义和目的

南京长江隧道为超大直径盾构隧道,具有工程建设规模大、技术难度高、施工见险大等特点,国内同级别盾构隧道经验较少。

隧道建成运营后,为了保证其结构具有良好的功能状态,十分有必要采用先进的监测手段,根据本隧道所处的地质、水文条件的特殊性,对其结构尤其江中段等承受较大水压力荷载的关键部位进行长期监测,以便于及时掌握隧道结构状态的变化,从而判断隧道结构的可靠性,进而采取相应的控制措施,使隧道结构始终处在良好的和可控的状态。

结构健康监测系统通过布设监测设备,检测南京长江隧道特殊地段隧道结构的受力变化,对隧道在运营期的结构行为及影响进行监测和数据分析,对隧道的健康状况以及使用寿命进行评估,判断隧道结构在设计基准期内的安全性以指导运营,同时给出实时的安全报警,提前主动采取有效的工程措施,从而保证隧道结构在设计基准期内的安全;同时可以合同配置隧道养护资源,降低成本,及时高效保证隧道的运营状态健康和安全。

二、结构健康监测系统的构成及监测内容

从功能组成上结构健康监测系统看包括:① 隧道结构变形、内力及环境参数采集检测系统;② 隧道结构安全运营预警报警系统;③ 隧道结构安全性评价及健康状况评估分析系统;④ 隧道结构安全预案及应对措施分析系统。

其监测内容为典型断面衬砌结构应变监测,作用在隧道结构体上的土压和水压力监测,连接螺栓受力监测,管片接触压力和关键截面管片接缝变化监测,管片内钢筋腐蚀监测,纵向不均匀沉降和隧道截面变形。

三、技术特点

光纤光栅传感监测系统的主要构成部件为FBG传感器,其工作原理是基于光波长变化的数字测量。光纤光栅传感器的波长调制这一传感机制,克服了传统的光、电学传感器的许多弱点。其不受测量仪器老化等因素影响,高分辨率和大范围的分布式测量能对结构的应变和温度进行准确测量。FBG传感器使用寿命长,对环境耐受性好、成活率较高。

总体说来,南京长江隧道结构健康监测系统的实施具有重大的意义。要系统而全面的建立一整套超大直径盾构隧道结构健康监测系统,这项工作目前在国、内外都没有可以完全借鉴的工程先例,因此,该系统的建设过程本身也是一项探索性的工作,工程实践将大大超前于理论及技术基础。

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