[发明专利]地铁隧道结构全生命周期健康监测的试验装置及试验方法

说明书

一种地铁隧道结构全生命周期健康监测的试验装置及试验方法，装置的结构是：模型箱中填筑试验土样和隧道模型，隧道模型由环形衬砌结构和内腔的道床结构构成；道床结构上的激振设备与道床结构间安有压力传感器；隧道模型的正上方和两侧有加速度传感器；隧道模型包括：健康隧道模型、系列损伤隧道模型和损坏隧道模型。该装置可以模拟并测出，设定土体环境中，设定混凝土材料及形状规格尺寸的地铁隧道结构，在不同健康状况下，对地铁列车振动的动力响应，得到待测地铁隧道结构对应的系列时域波形、频域曲线和固有频率；为通过测试隧道结构对地铁列车振动的动力响应，实现对地铁隧道结构的全生命周期健康监测提供数据支撑，以保证地铁运行的安全。

技术领域

本发明涉及一种地铁隧道健康监测的模型试验装置及试验方法。

技术背景

近年我国地下轨道交通建设快速发展，地铁隧道得到广泛应用。地铁隧道因地层错动、地铁运行的振动等因素，会导致其自身结构损坏，进而引发安全事故。为了确保地铁运营的安全，必须通过完善的管理系统对地铁隧道结构进行健康监测，科学评估和预测地铁隧道结构的健康状况，进而采取相应措施，以避免地铁隧道坍塌、毁损等事故的发生，保证人民生命财产的安全；这已成为地铁隧道结构工程建设和管理的迫切要求。

目前，对地下隧道结构的健康监测，主要是采用人工方式进行：即每隔一定周期，工人进入待测地铁隧道内，现场安装检测设备，检测出地铁隧道结构在检测点位的应变变形、位移及外在的裂纹，能比较有效的避免和减少地铁隧道结构安全事故的发生。但这种方法只能检测到隧道结构当时的健康状况，无法对隧道的整个生命周期的健康状况进行全面准确的实时、连续监测；如果，地铁隧道结构健康恶化的时点处于检测空档，则难以避免和预防安全事故的发生。且其很难发现隧道结构内部裂纹等缺陷，不能及时采取措施阻止内部裂纹的发生、发展，也使其难以避免和预防安全事故的发生。同时，现场检测耗时长、成本高，尤其隧道结构所处地理位置特殊(深山、极高极寒等极端环境)时，更是增大了检测的难度和危险，导致其检测成本高昂，难以实施。

研究表明，地铁隧道结构发生裂纹(无论是内部裂纹还是外部裂纹)，其对振动的动力响应不同；即在受到振动激励时，其应激振动的时域和频域曲线均会发生变化，其固有频率也会发生明显变化。因此，理论上可以通过检测并分析地铁隧道结构对振动的动力响应，来判定隧道结构的健康状况。但是，隧道结构所处的土体不同，隧道结构的混凝土材料不同、形状规格尺寸不同、健康状况不同，均会导致隧道结构对振动的动力响应不同；也即运营中的不同隧道结构在各种健康状况下对振动的相应动力响应事先并不清楚，故不能直接通过对运营中的待测隧道的动力响应来判定其健康状况。因此，亟需研发一种地铁隧道全生命周期健康监测的试验装置及试验方法，以得出待测隧道的健康状况与其对振动的动力响应关系，从而对地铁隧道全生命周期的实时健康监测提供数据支撑。

发明内容

本发明的第一发明目的是提供一种地铁隧道全生命周期健康监测的试验装置，该装置可以模拟并测出，设定土体环境中，设定混凝土材料及形状规格尺寸的地铁隧道结构，在不同健康状况下，对地铁列车振动的动力响应，得到待测地铁隧道结构在不同健康状况下的受激振动的系列时域波形、频域曲线，并得到其振动的系列固有频率；从而为通过实时测试出隧道结构对地铁列车振动的动力响应，实现对地铁隧道结构的全生命周期健康监测提供数据支撑，以保证地铁运行的安全。

本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是，一种地铁隧道结构全生命周期健康监测的试验装置，其特征在于：

一种地铁隧道结构全生命周期健康监测的试验装置，其特征在于：

模型箱中填筑有模拟土体的试验土样，试验土样中埋设有模拟隧道的隧道模型，所述的隧道模型由钢筋混凝土整体浇筑的环形衬砌结构和环形衬砌结构内腔底部的道床结构构成；所述的道床结构上设置有激振设备；所述的激振设备与道床结构间安装有压力传感器；

所述的隧道模型的中轴线的正上方和两侧的内壁上设置有加速度传感器；