发布时间 : 星期一 文章运营隧道结构监测技术以及健康安全评价体系 - 图文更新完毕开始阅读
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1 绪 论
1.1 研究背景
随着我国城市化进程越来越快，城市建设的快速发展，城市规模持续扩大以及城市人口的聚集增长，许多大城市存在着人口集聚、建筑空间狭小、交通拥挤、城市绿化减少、环境污染加重等诸多问题，其中交通阻塞问题在我国很多城市尤为突出。一方面为了适应经济与社会的发展，必须加强城市集约化程度和提高效率才能；另一方面由于城市建设长足发展，使得城市中心可供利用的地面面积越来越少。要解决城市建设与土地资源短缺的矛盾，从而促进城市的可持续发展和环境保护，合理地开发利用城市地下空间资源，大力发展城市地下交通工程是一条非常有效的解决这些问题的途径。
城市地下交通工程不同于高架道路，它不影响城市景观，噪音、震动等环境污染较小。目前地下运行的地铁、交通隧道、各种市政地下隧道等为城市地下交通工程的重要组成部分，对缓解交通拥堵、提高城市效率、提升城市现代化水平发挥着巨大的作用。其中地铁项目的建设在我国日趋广泛，数量和规模都在成倍扩大。目前我国有28个城市有城市轨道交通在建或运营，其中12个城市已有城市轨道交通运营线路，预计到2014年底拥有运营线路达1600公里，比去年增加200多公里。在建城市轨道交通线路约1400公里，预计\十二五\末，我国城市轨道交通运营里程将拥有3000多公里运营线路，全国城市规划交通总投资将达万亿元。到2020年，我国将有40个城市建设地铁，总规划里程达7000公里，是目前总里程的4.3倍。
自第一条地铁建成并投入运营以来，世界的地铁建设历史己经近150年。纵观这一百多年来，世界各地城市的发展经验，大力采用快速轨道交通系统，是完城巿客运这项艰巨任务的有效手段。但同样地，地铁也成为一个危及范围最广以及事故伤害率较高建设项目之一，表1-1列举了近十年来我国主要的运营地铁隧道结构安全事故[1,2]。
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表1-1 2001年至2012年我国运营隧道结构安全事故统计表 地点 台北地铁淡水线士林站 台湾高雄捷运线大勇路 台湾高雄捷运线 临海路 广州地铁4号线新造站 北京苏州街地铁10号线 广州地铁5号线 深圳龙岗区地铁3号线 杭州地铁1号线 湘湖站 深圳地铁3号线 西安地铁1号线洒金桥站 天津地铁3号线 解放站北路 深圳地铁5号线 上水径 站 大连地铁201标段 大连地铁211标段 上海地铁12号线 事故类型 轨道结构裂缝 隧道渗水 结构渗水、渗沙 隧道坠物 结构裂缝，塌方 结构涌水 隧道模板坍塌 基坑坍塌 隧道内管道破裂 坍塌 结构透水 山体滑坡/塌方 坍塌 坍塌 坍塌 事故后果 降速，停摆 50栋建筑物塌方 4栋居民楼塌陷 2人死亡,1人重伤 6人死亡 无 3人死亡,2人受伤 100多户居民撤离 2人死亡 地面楼体裂缝 1人失踪 1人死亡 无 5人死亡,18人受伤 时间 2001-05-22 2004-05-29 2004-08-09 2005-11-03 2007-03-02 2007-01-17 2008-04-01 2009-03-05 2009-08-02 2009-09-23 2009-10-1 2011-03-10 2011-08-29 2012-12-31 21人死亡,24人受伤 2008-11-15 这些突发的事故不但引起重大的人员伤亡和财产损失，更对社会化造成了极坏的极坏影响，并且造成了不同程度的恐慌，因此得到了各国政府及科研机构的高度重视。其中，运营地铁隧道结构安全，尤其是人们关注的焦点。理论上讲，经过合适的设计、施工和维护管理，地铁工程应具有良好的承载性、耐久性以及与耐久性相匹配的使用寿命。然而，由于地铁隧道内自身结构复杂而特殊，在长期运营过程中将受到各种因素的影响，诸如地质、地形条件，水文条件，气候条件等及设计、施工、运营过程等，最终导致在使用过程中出现各种各样的病害。地铁隧道的病害不仅会对隧道结构的稳定性产生破坏，降低了其使用过程中可靠性与安全性，这会极大地影响了隧道作为快捷、安全交通运输通道的功能，与此同时，由于未达隧道结构设计的基准期就需要大修，也会额外耗费国家大量的资金，这些并不符合建设隧道的初衷[3]。
隧道，特别是长大隧道的建设需要巨大投资。越来越多的隧道管理养护单位开始重视如何科学有效地养护这些隧道，并在使用过程中维持合理的服务水平。为了确保隧道使用安全，保障人民生命、国家财产安全，对运营隧道结构健康安全问题开展系统深入的研究，具有重要的学术价值和现实意义。
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1.2 研究目的
我国各类地铁隧道正在如火如荼的进行。隧道跨度越来越大，长度越来越长，埋深也越来越深，隧道结构也变得越来越多样化，而伴随着地铁隧道的长期运营，在长期的使用条件与所处自然环境的双重作用下，隧道内由于结构的原因而发生的安全性事故越来越多，这不仅要求精确严密的计算理论和先进的施工技术，同时也对隧道建成后的安全维护提出更高的要求。
本文通过借鉴近年来兴起的地铁隧道结构健康监测，主要达到以下两个目的：一是针对运营隧道结构形式、施工方法和所处环境等工程特点，构筑长期监控及隧道健康安全评价体系，对长期监控中实时采集的数据进行分析与研究，及时了解隧道工程在运营期间主体结构的受力状况、荷载等。
第二点是通过对运营隧道健康安全状态影响因素的全面系统的分析，建立运营隧道结构健康安全状态的指标体系以及判定标准，同时结合城市轨道交通运营健康安全的评价方法，对运营隧道健康安全状态进行定量和定性的综合评价，从而了解运营隧道结构物的健康安全状况以及评估使用寿命，在结构病害产生的早期及时的发现并做出相应的预警机制，并研究是否采取相应的措施和对策，为运营隧道的管理和养护提供有效的决策支撑，以保证隧道的结构安全，延长隧道的寿命，提高隧道的服务功能[4]。同时，本文以工程实例为依托，采用蒙特卡洛模型对实际情况下运营隧道结构安全进行长期监测，对该区间运营隧道的安全状态进行预测和评价，并采用全局敏感性分析方法找出运营隧道结构健康安全的主要影响因素，以便在有针对性的采取相应的措施和对策避免结构损坏带来危害，保障运营地铁隧道工程的安全运营。
1.3 研究意义
目前我国各地城市的地铁隧道陆续建成并运营，但是我国隧道养护技术起步较晚，养护的经验较为欠缺，综合评价运营隧道健康安全状况仍处于定性评价这一阶段，较少有系统的诊断以及定量和定性相结合评价方法。笔者通过查阅大量的文献，
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