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[资料]重庆摩天岭隧道安全监控系统应用案例
由于设计、施工以及地质等方面的原因，隧道在营运期间承载力逐渐下降并威胁行车安全，因此有必要进行长期安全监控以掌握隧道的实际工作性态。针对复杂地质条件下特长公路隧道的特点，提出监控数据采集、远程传输以及接收方法，制定监控断面的选取和布置原则，建立隧道安全性评价模型，并开发了隧道安全评价与预警软件。
设计方案在重庆摩天岭隧道的安全监控具体实施表明：监控断面能充分反映隧道的整体受力情况；钢弦式传感器接入结构安全终端，能将采集的数据通过光纤进行远程传输；评价软件能够根据监控数据自动评估结构安全性，评价结果与实际情况吻合。
1.1 工程概况
摩天岭隧道位于杭(州)兰(州)高速公路重庆巫山至奉节段，为一座上、下行分离的4车道公路隧道。隧道左洞长7280m，右洞长7353m，最大埋深达897m，属典型特长深大隧道。隧道位于重庆市东部，地貌形态受地质构造、岩性控制明显。
隧址区内主要不良地质现象为岩溶，主要工程地质问题有断层、软质岩、软弱夹层和地压围岩变形等。隧址区按围岩分级有II，III，IV，V级。其中，II级围岩约占隧道总长度的63.03%，III级围岩约占隧道总长度的8.71%，IV级围岩约占隧道总长度的17.89%，V级围岩约占隧道总长度的10.2%
1.2 断面选取
按照前文监控断面的选取原则，在隧道主洞、横洞、加宽带、风机房等位置共选取29个典型断面进行长期监测，其中左右洞各10个断面，行人横洞1个断面，行车横洞2个断面，地下风机房、送风道及排风道各1个断面，附属结构与主隧道交叉部位3个断面。以左线隧道为例，见表5。
1.3 传感器数据的接入与传输
待所有断面安装完成后，依照各监控断面预埋传感器的分类，把传感器接人集线箱远程数据终端的相应的通道。如图6所示，数据终端将监控数据采用工业RS485通信方式传输到就近的区域控制器柜，再通过协议转换器转成网络通信协议进入区域控制器柜内的工业以太网交换机，最后通过隧道的工业以太光纤环网上传到重庆奉节至巫山高速公路监控中心。
1.4 四监控效果分析
以里程ZK48+925~ZK49+755区段(监控断面ZK49+040)为例，采用灰色理论方法进行评价。
对于隧道灰色安全状态评价来说，就是要把待评价的隧道区段作为参考序列x0(k)，把已知安全状态xi{(k)作为比较序列。其中，k(h=1，2，…14)为影响因素的个数，即14个影响因素；i(i=1，2，…14)为安全等级，即II，III，IV，V级。将安全等级评价基准中间段作为比较序列，建立原始数据矩阵X0i：
最后按式(8)求得灰色关联度。可见最大关联度为0.81，对应安全等级为Il级。同理，对其他区段进行评价，安全等级均为I级。
摩天岭隧道处于初始营运阶段，总体上安全程度很高，评价结论与实际情况吻合；监控断面ZK49+040位于洞口软弱围岩段，受力不利，而且施工阶段曾发生较大涌水，该区段的评价结果为II级安全，也与实际情况相符。
2 结论
1）隧道长期安全监控系统宜选用振弦式传感器作为主要传感器，经过协议转换后通过有线方式实现数据的长距离传输。
2）监控断面应反映隧道不同地质情况、埋深、衬砌类型等情况，并结合具体隧道的特点进行有限元数值模拟计算确定。
3）构建了隧道结构安全状态评价指标，考虑了隧道结构受力、岩石质量指标、地下水赋存情况等多个评价因素。采用AHP法确定了各评判因素的权重，建立了隧道安全性评价与预警体系，实现了按4个等级对隧道结构安全与健康状态进行评价和.预警。
4）在重庆摩天岭隧道进行了长期安全监控系统的具体实施。该系统实现了对隧道监控数据的远距离采集、传输与安全评估，评价结果与实际情况吻合。
