溶洞路段的隧道结构安全监测手段研究

　　摘 要：金兰2隧道为岩溶发育，以灰岩为主，且地表岩溶洼地及岩溶沟谷发育，属于喀斯特地貌。隧道易发生突水、涌砂等地质灾害。为了保障金兰2号隧道能安全的运营，设计了一套在线监测系统，并成功应用，实现了对隧道结构的实时监测，为溶洞路段隧道安全运营提供了依据，以期通过此次研究可为类似项目提供参考。

　　关键词：溶洞;隧道运营;在线安全监测

　　1 工程概况

　　金兰2号隧道隧址区主要为灰岩，地表岩溶洼地及岩溶沟谷发育，属于喀斯特地貌，根据施工开挖揭露情况，该隧道岩溶较发育。隧道左洞Z4K32+782～Z4K32+800存在一条长条形溶腔，该溶腔向左洞左侧及上方发育，溶腔呈上大下小倒三角体型，内含有大量饱和粉细砂，治理饱和粉细砂是隧道工程的一项难题，难以彻底治理。在暴雨4 h～12 h后，排水系统被粉细砂堵塞，溶腔上部平台填充物及水积累到一定体量后，有可能形成流态物质瞬间冲击隧道结构，给运营中的隧道造成安全隐患。为实时监控该路段隧道结构安全，现提出安全监测系统。

　　2 安全监测系统组成

　　系统由传感器子系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据库子系统、数据处理与控制系统、安全评价和预警子系统，通过各个层相互协调，实现系统的各种功能。

　　3 数据采集、传输和处理

　　3.1 数据采集

　　现场主要为数字信号和模拟信号两种信号模式，通过相应的采集进行信号采集。采集频率可根据人工设置时间段进行采集。常规条件下每30 min采集一次。当发生意外情况或者数据超过一定限值时，可适当提高采集频率，例如10 min采集一次或者5 min分鐘采集一次。

　　3.2 数据传输方式

　　现场传感器所有数据通过无线方式传输到远端服务器。隧道内采用无线网桥模式和有线方式将数据传输到洞外，隧道外再采用无线网络进行信号传输，无线网络通过成熟的GPRS/3G/4G网络，通过灵活地控制设备的采集制度，进行远程控制。直接通过无线传输模块实现对现场设备数据的采集和控制，简单方便。同时，也可实现远程无线监控、短信报警、实时查看监测数据。此外。也可节省大量线材等成本费用。

　　3.3 数据处理

　　信号在采集前与采集后均可进行数据处理，数据处理有滤波、分析等以下功能：(1)信号实时显示;(2)数据采集：随机采样、触发采样，多次触发采样，采样时间和采样数据长度自由设定，采样时实时观察波形变化，定时采样;(3)数字滤波：低通，高通，带通，带阻滤波;(4)幅域统计：描述信号的幅域特征参数有最大值、最小值、平均值、有效值、均方值、方差、标准差等值;(5)时域、频域分析：可对动态信号进行时域、频域范围的不同类型分析，可进行不同点数的FFT分析;(6)相关分析：可对各系统间信号的相关性进行分析。

　　4 监测结果

　　图1、图2为2019年1月7日至1月10日监测系统中应变计、水压计监测到的金兰2号隧道下行渗漏水异常位置的情况。

　　选取的2019年1月7日开始至1月10日数据表面，各采集点在暴雨后均能有效收集和分析数据，数据表明水压计反应水压力与暴雨降雨量和时间有直接关系，在暴雨后4 h～12 h达到峰值，随后逐步降低，期间受地表水补给出现小范围的振幅。二衬表面应变计反应二衬结构整体稳定，其他钢筋计，倾角仪等数据均没有明显波动，说明虽然受到溶洞水压力影响，但隧道整体结构稳定安全。通过水压计数据，初步分析的隧道溶腔水流情况：一是衬砌背后积存的水已产生新的通道，从衬砌施工缝及预留泄水孔中排出，从而降低了衬砌背后的水压力。二是部分监测点水压力变化不大，位于Z4K32+788左侧拱脚水平15°径向斜向下3 m及Z4K32+790左侧拱脚水平15°径向斜向下2 m，说明该两处位置衬砌背后水量一直比较大，且有可能排水系统已被淤堵。后续需密切关注监控系统及加强隧道排查。对渗水点位置进行扩孔、引排、清理。

　　5 总结

　　综上所述，溶洞路段隧道由于溶腔上大下小的体型特征，以及溶腔内含有饱和粉细砂，导致隧道结构在暴雨后可能受到冲击风险，因此，为确保隧道结构运营安全，根据隧道地质条件、设计情况，以及运营的实际情况设计合适的安全监测系统，对隧道结构进行实时监测、超前预报，促使溶洞段隧道安全运行。

　　参考文献：

　　[1]冯国森.巨型溶洞稳定性监测与施工防护技术研究[J].施工技术，2019，48(17)：93-98.

　　[2]黄富禹，刘春，李哲.基于物联网的地铁隧道渗漏水安全监测研究现状分析[J].科学技术创新，2020(33)：144-145.

　　推荐阅读：隧道工程论文可发表什么期刊

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 溶洞路段的隧道结构安全监测手段研究

文章地址： http://www.qikanvip.com/luqiaojianshe/58589.html