摘要：引灤輸水隧洞是引灤入津輸水工程的關(guān)鍵性工程，對(duì)于運(yùn)行期間的安全監(jiān)測(cè)和安全評(píng)估非常重要，本文主要通過(guò)對(duì)引灤輸水隧洞的三個(gè)重點(diǎn)洞段進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控測(cè)試，對(duì)隧洞運(yùn)營(yíng)期的結(jié)構(gòu)健康和安全使用狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控和評(píng)估；為隧洞的養(yǎng)護(hù)維修提供科學(xué)依據(jù)。
　　關(guān)鍵詞：引灤，隧洞，遠(yuǎn)程遙控測(cè)試，安全
　　前言
　　引灤入津輸水工程是為解決天津市工農(nóng)業(yè)用水及民用水而修建的跨流域大型調(diào)水工程，而引灤輸水隧洞又是關(guān)鍵性工程，它的安全運(yùn)行將對(duì)正常輸水產(chǎn)生直接影響。盡管隧洞的安全監(jiān)測(cè)和安全評(píng)估已經(jīng)做了許多試驗(yàn)并取得了不少很有創(chuàng)新性的成果，但這些成果基本上在隧洞施工中取得的。對(duì)于運(yùn)行期間的安全監(jiān)測(cè)和安全評(píng)估，特別是像引灤隧洞這樣已經(jīng)運(yùn)行多年的隧洞進(jìn)行的安全評(píng)估卻很少。
　　隨著無(wú)線技術(shù)的成熟，無(wú)線應(yīng)用的推廣，無(wú)線檢測(cè)產(chǎn)品在各領(lǐng)域應(yīng)用的深入，越來(lái)越多的新方案和新計(jì)劃提上日程，并付諸實(shí)施。在隧洞結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和健康監(jiān)測(cè)方面，遠(yuǎn)距離遙控的長(zhǎng)期使用成為遙控遠(yuǎn)程檢測(cè)的發(fā)展方向。本文主要通過(guò)對(duì)引灤輸水隧洞的三個(gè)重點(diǎn)洞段進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控測(cè)試，對(duì)隧洞運(yùn)營(yíng)期的結(jié)構(gòu)健康和安全使用狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控和評(píng)估；為隧洞結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)，輔助隧洞管理者制定高效、經(jīng)濟(jì)、及時(shí)的管理養(yǎng)護(hù)措施，最大限度延長(zhǎng)隧洞的使用年限；提高運(yùn)營(yíng)期隧洞的數(shù)字化和信息化管理養(yǎng)護(hù)水平，為隧洞的養(yǎng)護(hù)維修提供科學(xué)依據(jù)。
　　一、引灤輸水隧洞三個(gè)重點(diǎn)洞段的基本情況
　　引灤輸水隧洞至今已運(yùn)行二十多年年。在這二十多年的運(yùn)行中由于水文地質(zhì)條件及輸水侵蝕和外部工礦占?jí)旱扔绊懀�隧洞�?nèi)部出現(xiàn)裂縫、麻面，強(qiáng)度分布不均，伸縮縫漏水等問(wèn)題。為此，近年來(lái)對(duì)引灤隧洞進(jìn)行了整體補(bǔ)強(qiáng)加固處理。為了了解隧洞目前的工作狀態(tài)和加固補(bǔ)強(qiáng)后的效果，非常有必要對(duì)隧洞進(jìn)行一次全面的檢測(cè)與安全評(píng)估。本項(xiàng)目重點(diǎn)針對(duì)三個(gè)洞段進(jìn)行遙控檢測(cè)：
　　（1）橫河埋管段（樁號(hào)2++730~3+330），由于冶金工業(yè)路的興建，大中型車輛在在埋管段上方的公路上來(lái)往頻繁，對(duì)隧洞的安全構(gòu)成一定的威脅，增加了隧洞埋管段上方的動(dòng)荷載，根據(jù)工程需要需對(duì)此段進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
　　圖1-1測(cè)試斷面一上方公路
　　（2）隧洞9號(hào)洞至11號(hào)洞之間的洞段（樁號(hào)7+109～8+385），此段工程現(xiàn)狀：原來(lái)的地表被津西鐵廠征用，在地表新墊了20米高的土，并進(jìn)行了碾壓，堆放了大量的鐵粉。
　　圖1-2測(cè)試斷面二上方回填土
　　（3）隧洞出口埋管段（樁號(hào)10+500～11+395），此段洞段埋深比較淺，近年來(lái)由于出口埋管段左側(cè)山地鐵礦蘊(yùn)藏豐富，建立了鐵礦開采廠，并在隧洞洞線40米范圍以外建有5處礦井，井深45米～90米不等，井下進(jìn)行行道開采，嚴(yán)重威脅著隧洞安全，需要進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
　　圖1-3測(cè)試斷面三上方鐵礦廠
　　
　　二、遙控測(cè)試的測(cè)點(diǎn)布置方案
　　本次測(cè)試擬選用無(wú)線應(yīng)變傳感器測(cè)試系統(tǒng)和無(wú)線加速度傳感器測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)合通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)引灤入津引水隧洞力學(xué)狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和測(cè)量，這是近年來(lái)興起的一種力學(xué)測(cè)量的新方法，它可以組成龐大的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，支持上千個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。這種測(cè)試方法具有使用簡(jiǎn)單方便的特點(diǎn)，極大地節(jié)約了測(cè)試中由于反復(fù)布設(shè)有線數(shù)據(jù)采集設(shè)備而消耗的人力和物力，其無(wú)線數(shù)字信號(hào)的傳輸方式消除了電纜傳輸帶來(lái)的噪聲干擾，廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑物、飛機(jī)、船舶、車輛等結(jié)構(gòu)靜力測(cè)試，疲勞測(cè)試，載荷實(shí)驗(yàn)等。
　　第一個(gè)檢測(cè)斷面需要測(cè)量應(yīng)變和加速度，且離隧洞進(jìn)口位置相對(duì)較近，所以在此斷面安裝一個(gè)無(wú)線應(yīng)變節(jié)點(diǎn)和一個(gè)無(wú)線加速度節(jié)點(diǎn)，并在進(jìn)口處安裝網(wǎng)關(guān)接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。
　　第二個(gè)檢測(cè)斷面只需要測(cè)量應(yīng)變，且離隧洞進(jìn)口和出口位置均較遠(yuǎn)，所以在此斷面安裝一個(gè)大容量存儲(chǔ)型應(yīng)變節(jié)點(diǎn)，將測(cè)試周期內(nèi)的數(shù)據(jù)全部記錄下來(lái)，以備后續(xù)研究。
　　第三個(gè)檢測(cè)斷面需要測(cè)量應(yīng)變和加速度，且離隧洞出口位置較近，所以在此斷面安裝一個(gè)無(wú)線應(yīng)變節(jié)點(diǎn)和一個(gè)無(wú)線加速度節(jié)點(diǎn)，并在出口處安裝網(wǎng)關(guān)接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
　　2.1測(cè)點(diǎn)布置方案
　　圖2-4無(wú)線應(yīng)變測(cè)點(diǎn)
　　第一個(gè)檢測(cè)斷面，在隧洞頂部和左右兩側(cè)沿環(huán)項(xiàng)布置4個(gè)無(wú)線應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，并且在隧洞頂部布置1個(gè)無(wú)線加速度傳感器，以檢測(cè)地表的沖擊載荷引起的振動(dòng)；
　　第二個(gè)檢測(cè)斷面，在隧洞頂部和左右兩側(cè)沿環(huán)項(xiàng)布置4個(gè)無(wú)線應(yīng)變測(cè)點(diǎn)；
　　第三個(gè)檢測(cè)斷面，在隧洞頂部和左右兩側(cè)沿環(huán)項(xiàng)布置4個(gè)無(wú)線應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，并且在隧洞頂部布置1個(gè)無(wú)線加速度傳感器，以檢測(cè)地表的沖擊載荷引起的振動(dòng)；
　　
　　圖2-5檢測(cè)斷面一測(cè)點(diǎn)示意圖
　　
　　圖2-6檢測(cè)斷面二測(cè)點(diǎn)示意圖
　　
　　圖2-8應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置圖
　　三、測(cè)試結(jié)果與分析
　　本次測(cè)試周期為2009年9月3日至10月7日，以9月3日數(shù)據(jù)為初始數(shù)據(jù)，混凝土等級(jí)按照C20標(biāo)準(zhǔn)，彈性模量取34GPa進(jìn)行計(jì)算。工況1為9月3日至9月20日測(cè)試數(shù)據(jù)，工況2為9月20日至10月7日測(cè)試數(shù)據(jù)。
　　測(cè)試期間選取了9月30日下午3點(diǎn)至5點(diǎn)觀測(cè)第一測(cè)試面上的過(guò)重車情況，在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)平均5分鐘會(huì)有一輛5軸以上的重型車通過(guò)。
　　3.1測(cè)試工況1
　　測(cè)試斷面一應(yīng)變?nèi)鐖D3-12，4個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變幅值分別為2.01με、2.94με、1.32με、2.33με，應(yīng)力幅值分別為68KPa、99KPa、45KPa、79KPa。
　　圖3-12工況1測(cè)試斷面一應(yīng)變
　　測(cè)試斷面一加速度如圖3-13，加速度幅值為0.0157g
　　圖3-13工況1測(cè)試斷面一加速度
　　測(cè)試斷面二應(yīng)變?nèi)鐖D3-14，4個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變幅值分別為2.11με、1.20με、1.63με、1.51με，應(yīng)力幅值分別為71KPa、41KPa、55KPa、51KPa
　　圖3-14工況1測(cè)試斷面二應(yīng)變
　　測(cè)試斷面三應(yīng)變?nèi)鐖D3-15，4個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變幅值分別為4.52με、1.80με、3.27με、1.44με，應(yīng)力幅值分別為153KPa、61KPa、111KPa、49KPa
　　圖3-15工況1測(cè)試斷面三應(yīng)變
　　測(cè)試斷面三加速度如圖3-16，加速度幅值為0.0175g
　　圖3-16工況1測(cè)試斷面三加速度
　　3.2測(cè)試工況2
　　測(cè)試斷面一應(yīng)變?nèi)鐖D3-17，4個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變幅值分別為4.96με、1.80με、4.69με、0.07με，應(yīng)力幅值分別為168KPa、61KPa、159KPa、2.5KPa
　　圖3-17工況2測(cè)試斷面一應(yīng)變
　　測(cè)試斷面一加速度如圖3-18，加速度幅值為0.0199g
　　圖3-18工況2測(cè)試斷面一加速度
　　測(cè)試斷面二應(yīng)變?nèi)鐖D3-19，4個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變幅值分別為1.68με、0.015με、0.022με、0.535με，應(yīng)力幅值分別為57KPa、0.51KPa、0.77KPa、18KPa
　　圖3-19工況2測(cè)試斷面二應(yīng)變
　　測(cè)試斷面三應(yīng)變?nèi)鐖D3-20，4個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變幅值分別為7.26με、0με、5.24με、6.99με，應(yīng)力幅值分別為247KPa、0KPa、178KPa、237KPa
　　圖3-20工況2測(cè)試斷面三應(yīng)變
　　測(cè)試斷面三加速度如圖3-21，加速度幅值為0.0192g
　　圖3-21工況2測(cè)試斷面三加速度
　　表3-1測(cè)試斷面檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表
　　斷面 工況 測(cè)點(diǎn) 應(yīng)變（με） 應(yīng)力（KPa） 加速度（g）
　　測(cè)試斷面一 工況1 測(cè)點(diǎn)1
　　 2.01 68 0.0157
　　  測(cè)點(diǎn)2 2.94 99 
　　  測(cè)點(diǎn)3 1.32 45 
　　  測(cè)點(diǎn)4 2.33 79 
　　 工況2 測(cè)點(diǎn)1 4.96 168 0.0175
　　  測(cè)點(diǎn)2 1.80 61 
　　  測(cè)點(diǎn)3 4.69 159 
　　  測(cè)點(diǎn)4 0.07 2.52 
　　測(cè)試斷面二 工況1 測(cè)點(diǎn)1 2.11 71 
　　  測(cè)點(diǎn)2 1.20 41 
　　  測(cè)點(diǎn)3 1.63 55 
　　  測(cè)點(diǎn)4 1.51 51 
　　 工況2 測(cè)點(diǎn)1 1.68 57 
　　  測(cè)點(diǎn)2 0.015 51 
　　  測(cè)點(diǎn)3 0.02 0.7 
　　  測(cè)點(diǎn)4 0.53 18 
　　測(cè)試斷面三 工況1 測(cè)點(diǎn)1 4.52 153 0.0199
　　  測(cè)點(diǎn)2 1.80 61 
　　  測(cè)點(diǎn)3 3.27 111 
　　  測(cè)點(diǎn)4 1.44 49 
　　 工況2 測(cè)點(diǎn)1 7.26 247 0.0192
　　  測(cè)點(diǎn)2 0 0 
　　  測(cè)點(diǎn)3 5.24 178 
　　  測(cè)點(diǎn)4 6.99 237 
　　四、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)檢測(cè)成果
　　1、本次測(cè)試應(yīng)用了無(wú)線傳感技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且特別制作了防水應(yīng)變片，測(cè)得的應(yīng)變值未出現(xiàn)明顯漂移，監(jiān)測(cè)方法恰當(dāng)，測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠；
　　2、測(cè)試中三個(gè)斷面的應(yīng)變與加速度變化均很小，不會(huì)對(duì)隧洞結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行產(chǎn)生影響；
　　3、測(cè)試斷面一上方有重型車輛經(jīng)過(guò)，隧洞內(nèi)測(cè)得的應(yīng)變幅值為4-5με，加速度幅值為0.017g，均在振動(dòng)安全范圍內(nèi)；
　　4、在測(cè)試期間，測(cè)試斷面二上方土沒有繼續(xù)回填，測(cè)試斷面三附近的鐵礦廠也并未開采，這兩個(gè)斷面檢測(cè)得到的應(yīng)變值也在零應(yīng)變附近，驗(yàn)證了隧洞結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)的安全性和可靠性；
　　5、建議以后測(cè)試段二上方繼續(xù)回填土或測(cè)試段三的鐵礦開采期間，繼續(xù)加強(qiáng)施工安全監(jiān)測(cè)，確保隧洞安全運(yùn)營(yíng)。