摘要：引灤輸水隧洞是引灤入津輸水工程的關(guān)鍵性工程，對于運行期間的安全監(jiān)測和安全評估非常重要，本文主要通過對引灤輸水隧洞的三個重點洞段進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控測試，對隧洞運營期的結(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，它的安全運行將對正常輸水產(chǎn)生直接影響。盡管隧洞的安全監(jiān)測和安全評估已經(jīng)做了許多試驗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。對于運行期間的安全監(jiān)測和安全評估，特別是像引灤隧洞這樣已經(jīng)運行多年的隧洞進(jìn)行的安全評估卻很少。
　　隨著無線技術(shù)的成熟，無線應(yīng)用的推廣，無線檢測產(chǎn)品在各領(lǐng)域應(yīng)用的深入，越來越多的新方案和新計劃提上日程，并付諸實施。在隧洞結(jié)構(gòu)監(jiān)測和健康監(jiān)測方面，遠(yuǎn)距離遙控的長期使用成為遙控遠(yuǎn)程檢測的發(fā)展方向。本文主要通過對引灤輸水隧洞的三個重點洞段進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控測試，對隧洞運營期的結(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、及時的管理養(yǎng)護(hù)措施，最大限度延長隧洞的使用年限；提高運營期隧洞的數(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、引灤輸水隧洞三個重點洞段的基本情況
　　引灤輸水隧洞至今已運行二十多年年。在這二十多年的運行中由于水文地質(zhì)條件及輸水侵蝕和外部工礦占壓等影響，隧洞內(nèi)部出現(xiàn)裂縫、麻面，強度分布不均，伸縮縫漏水等問題。為此，近年來對引灤隧洞進(jìn)行了整體補強加固處理。為了了解隧洞目前的工作狀態(tài)和加固補強后的效果，非常有必要對隧洞進(jìn)行一次全面的檢測與安全評估。本項目重點針對三個洞段進(jìn)行遙控檢測：
　　（1）橫河埋管段（樁號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往頻繁，對隧洞的安全構(gòu)成一定的威脅，增加了隧洞埋管段上方的動荷載，根據(jù)工程需要需對此段進(jìn)行安全監(jiān)測與風(fēng)險評估。
　　圖1-1測試斷面一上方公路
　　（2）隧洞9號洞至11號洞之間的洞段（樁號7+109～8+385），此段工程現(xiàn)狀：原來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測試斷面二上方回填土
　　（3）隧洞出口埋管段（樁號10+500～11+395），此段洞段埋深比較淺，近年來由于出口埋管段左側(cè)山地鐵礦蘊藏豐富，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)測與風(fēng)險評估。
　　圖1-3測試斷面三上方鐵礦廠
　　
　　二、遙控測試的測點布置方案
　　本次測試擬選用無線應(yīng)變傳感器測試系統(tǒng)和無線加速度傳感器測試系統(tǒng)，結(jié)合通訊技術(shù)實現(xiàn)對引灤入津引水隧洞力學(xué)狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和測量，這是近年來興起的一種力學(xué)測量的新方法，它可以組成龐大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，支持上千個測點同時進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)試驗。這種測試方法具有使用簡單方便的特點，極大地節(jié)約了測試中由于反復(fù)布設(shè)有線數(shù)據(jù)采集設(shè)備而消耗的人力和物力，其無線數(shù)字信號的傳輸方式消除了電纜傳輸帶來的噪聲干擾，廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑物、飛機、船舶、車輛等結(jié)構(gòu)靜力測試，疲勞測試，載荷實驗等。
　　第一個檢測斷面需要測量應(yīng)變和加速度，且離隧洞進(jìn)口位置相對較近，所以在此斷面安裝一個無線應(yīng)變節(jié)點和一個無線加速度節(jié)點，并在進(jìn)口處安裝網(wǎng)關(guān)接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。
　　第二個檢測斷面只需要測量應(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大容量存儲型應(yīng)變節(jié)點，將測試周期內(nèi)的數(shù)據(jù)全部記錄下來，以備后續(xù)研究。
　　第三個檢測斷面需要測量應(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無線應(yīng)變節(jié)點和一個無線加速度節(jié)點，并在出口處安裝網(wǎng)關(guān)接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行實時監(jiān)控。
　　2.1測點布置方案
　　圖2-4無線應(yīng)變測點
　　第一個檢測斷面，在隧洞頂部和左右兩側(cè)沿環(huán)項布置4個無線應(yīng)變測點，并且在隧洞頂部布置1個無線加速度傳感器，以檢測地表的沖擊載荷引起的振動；
　　第二個檢測斷面，在隧洞頂部和左右兩側(cè)沿環(huán)項布置4個無線應(yīng)變測點；
　　第三個檢測斷面，在隧洞頂部和左右兩側(cè)沿環(huán)項布置4個無線應(yīng)變測點，并且在隧洞頂部布置1個無線加速度傳感器，以檢測地表的沖擊載荷引起的振動；
　　
　　圖2-5檢測斷面一測點示意圖
　　
　　圖2-6檢測斷面二測點示意圖
　　
　　圖2-8應(yīng)變測點布置圖
　　三、測試結(jié)果與分析
　　本次測試周期為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)，混凝土等級按照C20標(biāo)準(zhǔn)，彈性模量取34GPa進(jìn)行計算。工況1為9月3日至9月20日測試數(shù)據(jù)，工況2為9月20日至10月7日測試數(shù)據(jù)。
　　測試期間選取了9月30日下午3點至5點觀測第一測試面上的過重車情況，在兩個小時內(nèi)平均5分鐘會有一輛5軸以上的重型車通過。
　　3.1測試工況1
　　測試斷面一應(yīng)變?nèi)鐖D3-12，4個測點的應(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測試斷面一應(yīng)變
　　測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測試斷面一加速度
　　測試斷面二應(yīng)變?nèi)鐖D3-14，4個測點的應(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測試斷面二應(yīng)變
　　測試斷面三應(yīng)變?nèi)鐖D3-15，4個測點的應(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測試斷面三應(yīng)變
　　測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測試斷面三加速度
　　3.2測試工況2
　　測試斷面一應(yīng)變?nèi)鐖D3-17，4個測點的應(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測試斷面一應(yīng)變
　　測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測試斷面一加速度
　　測試斷面二應(yīng)變?nèi)鐖D3-19，4個測點的應(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測試斷面二應(yīng)變
　　測試斷面三應(yīng)變?nèi)鐖D3-20，4個測點的應(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測試斷面三應(yīng)變
　　測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測試斷面三加速度
　　表3-1測試斷面檢測結(jié)果統(tǒng)計表
　　斷面 工況 測點 應(yīng)變（με） 應(yīng)力（KPa） 加速度（g）
　　測試斷面一 工況1 測點1
　　 2.01 68 0.0157
　　  測點2 2.94 99 
　　  測點3 1.32 45 
　　  測點4 2.33 79 
　　 工況2 測點1 4.96 168 0.0175
　　  測點2 1.80 61 
　　  測點3 4.69 159 
　　  測點4 0.07 2.52 
　　測試斷面二 工況1 測點1 2.11 71 
　　  測點2 1.20 41 
　　  測點3 1.63 55 
　　  測點4 1.51 51 
　　 工況2 測點1 1.68 57 
　　  測點2 0.015 51 
　　  測點3 0.02 0.7 
　　  測點4 0.53 18 
　　測試斷面三 工況1 測點1 4.52 153 0.0199
　　  測點2 1.80 61 
　　  測點3 3.27 111 
　　  測點4 1.44 49 
　　 工況2 測點1 7.26 247 0.0192
　　  測點2 0 0 
　　  測點3 5.24 178 
　　  測點4 6.99 237 
　　四、遠(yuǎn)程監(jiān)測檢測成果
　　1、本次測試應(yīng)用了無線傳感技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且特別制作了防水應(yīng)變片，測得的應(yīng)變值未出現(xiàn)明顯漂移，監(jiān)測方法恰當(dāng)，測試結(jié)果穩(wěn)定可靠；
　　2、測試中三個斷面的應(yīng)變與加速度變化均很小，不會對隧洞結(jié)構(gòu)的安全運行產(chǎn)生影響；
　　3、測試斷面一上方有重型車輛經(jīng)過，隧洞內(nèi)測得的應(yīng)變幅值為4-5με，加速度幅值為0.017g，均在振動安全范圍內(nèi)；
　　4、在測試期間，測試斷面二上方土沒有繼續(xù)回填，測試斷面三附近的鐵礦廠也并未開采，這兩個斷面檢測得到的應(yīng)變值也在零應(yīng)變附近，驗證了隧洞結(jié)構(gòu)運營的安全性和可靠性；
　　5、建議以后測試段二上方繼續(xù)回填土或測試段三的鐵礦開采期間，繼續(xù)加強施工安全監(jiān)測，確保隧洞安全運營。