滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构安全预警技术与应用.pdf

Vol.44 No.5September，2023中国铁道科学CHINA RAILWAY SCIENCE第 44 卷，第5期2 0 2 3 年 9 月滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构安全预警技术与应用孙明磊1,2，陶正委2，朱永全1，李新志1（1.石家庄铁道大学 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室，河北 石家庄 050043；2.石家庄铁道大学 土木工程学院，河北 石家庄 050043）摘要：依托某滑坡蠕动作用下的高速铁路隧道工程，设计并构建包括5大子系统，具备监测数据自动采集、数据传输、结构安全评价及预警等功能的隧道结构安全预警系统；分析滑坡蠕动作用下依托工程隧道结构应力在时间、空间上的分布规律，验证系统的可靠性和应用效果。结果表明：通过静态监测系统对隧道结构应力开展自动、实时、长期的安全监测及预警，设计思路具有可行性，构建的结构安全预警系统具备工程可靠性；隧道衬砌结构应力对滑坡蠕动作用的响应是长期而缓慢的，应力在经过4年“波浪式”增长后仍未稳定，其中套衬段最大钢架应力为-19.95 MPa、最大混凝土应力为-15.51 MPa，拆换段最大钢筋应力为-59.14 MPa、最大混凝土应力为-29.55 MPa；当滑面位于隧道下方时，隧道结构承受偏压荷载，拱顶、靠河侧拱部及靠山侧边墙部位的应力较大，且位于滑体边界处断面的应力大于其他断面。该系统可用于高速铁路隧道结构安全状况的评价和预警，并为保障隧道运营安全提供技术支持。关键词：隧道；滑坡；蠕动；结构应力；安全预警系统中图分类号：U458.1 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1001-4632.2023.05.15近年来，因地质灾害诱发隧道病害的问题日益突出。这些地质灾害可能导致隧道结构外部荷载及结构自身受力状态发生变化，最终诱发结构开裂、压碎掉块等病害，为隧道的运营安全带来极大风险。地质灾害的发展过程可能是长期的、持续性的。例如，滑坡是隧道穿越斜坡地区时经常遇到的地质灾害之一，当二者相对位置关系不利时，滑坡极易导致隧道衬砌结构产生较大的附加应力、变形甚至破坏，从而给隧道安全运营带来极大的威胁。滑坡发展过程可分为蠕动变形、匀速滑动、加速滑动和暂时稳定4个阶段，其中蠕动阶段是滑坡发展的初始阶段，也是由量变到质变的演变过程。滑坡的过程可能会持续数年之久，但即使在蠕动变形阶段也可能导致隧道结构变形或破坏。为保证列车运营安全，有必要开展长期性、自动化的结构安全监测，实时获取滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构的应力状态、掌握隧道病害的发展趋势并能实现安全预警。在隧道健康监测及预警方面，国内外专家学者已经进行了大量的研究。文献 1 通过云数据库整合众多监测数据，在实现集群管理的基础上建立了可视化的隧道群病害监测平台，提出利用监测数据对隧道安全状况进行分级预警的方法。文献2-7 分别研究了分布式光纤传感技术、三维激光扫描、全站仪、测量机器人等技术在隧道施工位移监测中的应用。文献 8 采用光栅光纤传感器文章编号：1001-4632（2023）05-0147-11引用格式：孙明磊，陶正委，朱永全，等.滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构安全预警技术与应用 J.中国铁道科学，2023，44（5）：147-157.Citation：SUN Minglei，TAO Zhengwei，ZHU Yongquan，et al.Safety Early Warning Technology and Application of High-Speed Railway Tunnel Structure under the Action of Landslide Creep J.China Railway Science，2023，44（5）：147-157.收稿日期：2022-02-08；修订日期：2023-06-30基金项目：国家自然科学基金资助项目（52178391）；省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室自主课题（ZZ2021-09）；中国铁路总公司科技研究开发计划课题（2016T002-C）第一作者：孙明磊（1978），男，山东省沂水人，副教授，博士。E-mail：通讯作者：朱永全（1960），男，安徽省枞阳人，教授，博士研究生导师，博士。E-mail：第 44 卷 中国铁道科学对衬砌结构重点裂缝开展长期监测，并对隧道衬砌裂缝成因进行系统分析。文献 9 以穿越严重不良地质段的隧道工程为例，选择重点病害地段对结构外部荷载、结构内力等进行了贯穿建设、运营期的长期自动监测。文献10-11采用监测传感器无线通信组网的方式构建了隧道健康监测系统。文献 12 在运营高铁隧道内构建了包括高精度的测量机器人、爆破振动仪结合4G网络、数据处理程序等的全自动化监测系统，实现了隧道变形的远程、实时、自动和高精度监测。文献13构建了基于UWB的隧道健康监测系统，采用模块化的系统硬件平台，并开发了用于隧道结构健康状态信息采集、传输、处理、存储和评价的软件平台。文献14 建立了基于隧道结构健康监测数据的隧道运营安全状况实时评价和预警模型，掌握了水下盾构隧道结构对环境变化的响应规律。文献15构建了包括采集层、传输层、基础层和应用层的隧道健康监测信息化系统，基于应变和裂缝监测结果实现了隧道安全预警功能。文献16系统地论述了水下隧道健康监测系统的特点、关键技术及监测内容、应用实例、存在问题及未来发展趋势。文献17 依托南京长江隧道，对隧道结构健康监测系统（TSHMS）监测、诊断和评价三大组成部分分别进行了设计，并对长期运营监测结果进行分析。文献18在穿越大型活动滑坡的某公路隧道工程中进行了结构健康监测，实时、长期监测了滑坡诱发的隧道裂缝宽度变化和管段的转动，确定了滑坡作用下隧道的变形机理。隧道作为埋置于坡体内的工程建筑物，对滑体稳定性变化的响应极为敏感，因此可将隧道视为一种传感器，以隧道结构应力的变化作为滑坡预测的依据之一。文献 19 以重庆杨家湾隧道滑坡为例，进行了室内模型试验，分析了隧道-滑坡体系的变形机理，并用FLAC3D的数值仿真结果对模型试验结果进行验证。文献 20 建立了能反映隧道与滑坡土体相互作用的弹性围岩-隧道结构梁模型，得到了横穿滑坡变形区隧道在滑坡推力作用下的力学、变形特征。文献 21 基于运营隧道病害特征建立工程地质模型，分析了隧道穿越滑体时的围岩压力计算式、相应的受力及变形。文献22 论证了隧道与边坡的相互作用与隧道在边坡中的位置之间的关系。以上学者均在不同的隧道健康监测及预警的项目、方法和案例中分析了滑坡与隧道的相互作用机理，但未见从滑坡灾害视角提出的隧道结构的长期安全预警系统的相关研究，也未见蠕动滑坡作用下隧道受力特征的相关论述。以某典型“蠕动阶段滑坡-隧道”工程为依托，设计并构建高速铁路隧道结构安全预警系统，实时获取隧道结构应力实测数据，进行结构安全状态评价并提供预警信息；结合该系统在4年间的实时监测数据，分析滑坡蠕动作用下依托工程隧道结构应力在时间、空间上的分布特征。1 工程概况某单洞双线高速铁路隧道在通车1年多后突发严重病害，部分里程段（DK120+360DK120+930）衬砌拱顶及拱顶右侧 3050 cm 位置发生开裂、掉块及片状剥落，接触网吊柱倾斜甚至掉落；病害段内发生的最大水平位移为104 mm，最大沉降位移为52 mm，线路被迫中断行车；隧道对应山顶的地表出现圈椅状地表裂缝。部分隧道结构破损情况如图1所示。隧道变形破坏段位于斜坡地段，地层主要由上部黄土和下部泥岩组成，且斜坡为古滑坡地形地貌。斜坡变形段小里程方向位于浅埋沟附近，上覆土层较薄；大里程方向埋深逐渐增大。（a）DK120+880DK120+930段拱顶及右侧混凝土剥落（b）DK120+903接触网吊柱附近混凝土剥离掉块148第 5 期滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构安全预警技术与应用病害发生后，长时段观察山顶地表裂缝，未见明显发展；经长时段地表变形观测（GPS）未发现坡体变形；地面钻孔取芯未发现滑动擦痕；孔内深部位移监测未见明显错断位移。结合隧道部分区段整体发生向河侧位移的情况，初步判定隧道病害为滑坡体蠕动变形导致，滑面位于隧道下方，隧道与滑坡主滑方向呈59斜交，隧道变形段应位于此次蠕动变形的坡体内。滑坡与隧道的位置关系如图2所示。DK120+360DK120+960段隧道衬砌结构混凝土破坏严重，需进行加固处理。其中：DK120+878DK120+933 段破损最为严重，拆除后重新施作厚 55 cm 的 C40 钢筋混凝土衬砌；DK120+360DK120+878 和 DK120+933DK120+960段，均在原衬砌内侧增设厚30 cm的C40模筑钢纤维混凝土套衬，套衬内设置间距1 m的H175钢架，钢架底部与长1215 m、间距1 m的C40钻孔灌注桩相连。为及时掌握隧道抢修加固段结构受力状态并进行结构安全评价，同时也可为滑坡预测提供依据，有必要构建隧道结构安全预警系统，对拆换段和套衬段典型断面结构应力开展长期性、实时性的安全监测和预警。2 隧道结构安全预警系统设计与实施2.1监测方案及结构安全预警标准2.1.1监测方案1）监测断面在拆换段、套衬段分别设置监测断面，考虑拆换段处于滑坡边界（山脊，滑体剪出位置，且隧道埋深较大处）附近，是结构受力最不利位置，选择DK120+891、DK120+912 断面作为拆换结构监测断面；在邻近拆换段的套衬段，选择滑体内的DK120+858和滑体边界外侧的DK120+935作为套衬结构监测断面；此外，在破坏较轻的长区段套衬段内，选择DK120+407、DK120+490、DK120+526和 DK120+710共 4处监测断面。沿隧道纵向各监测断面的分布如图3所示。+933 拆换段+878 右线中线 隧道中线 左线中线 +912 DK120+960+360+935+891+490+407+526+710+858 套衬段套衬段图3监测断面位置（c）DK120+868附近边墙片状剥落靠山侧纵向裂缝（d）DK120+360DK120+930段仰拱（靠山侧）纵向裂缝图1隧道结构破损情况（a）平面图泥岩夹砂岩 砂质黄土 土石分界面 推测的现滑面 推测的古滑面 隧道（b）滑坡主轴方向剖面图图2滑坡与隧道位置关系149第 44 卷 中国铁道科学2）监测项目、传感器选型及测点布置衬砌结构应力既可反映混凝土、钢筋（钢架）的工作状态，又可反映作用在衬砌上的接触压力情况，因此选择可靠性高的埋入振弦式应变计（基康BGK-4200）、钢筋计（基康BGK-4911）分别对套衬段和拆换段进行结构的混凝土应力、钢筋（钢架）应力量测。监测断面测试项目及测点数量见表1。测点分别布置在拱顶、拱腰、拱脚、墙腰和墙脚等关键截面，如图 4所示。图中：1表示拱顶；Z2和 Y2表示左右拱腰；Z3和 Y3表示左右拱脚；Z4和Y4表示左右墙腰；Z5和Y5表示左右墙脚。2.1.2结构安全预警标准在确定结构安全预警等级时，根据结构应力各测点的监测结果，先按材料强度标准分别进行单个测点的应力状态分级，再进行综合分析确定安全预警等级，结果分别见表2和表3。2.2隧道结构安全预警系统总体设计针对隧道结构应力监测特点，提出隧道结构安全预警系统的功能要求如下。（1）长期性：系统的设备、监测传感器等应具备长期可靠性。（2）自动化：系统应具备数据自动采集、处理、报表生成及预警等功能。（3）实时性：为保证监测数据的时效性，同时避免“漏报”，要求系统能在极短的时间内完成数据的采集、处理、分析和上报。（4）模块化：系统软、硬件均采用模块化设计，每个模块各自完成特定的子功能；各功能模块之间既相互关联又相互独立，能避免发生故障后产生联动影响。（5）开放性：具有直观、简洁、友好的可视化人机交互界面，能通过网络实现数据和图形的共享，用户可用手机或电脑通过客户端方便地登录、查看及下载数据。（6）容错性：选用国内外技术成熟、性能兼容的产品和技术。（7）易操作性和易维护性：系统应方便管理、操作简单；选用设备时，应考虑以后升级换代、系统维护和调整方便。在设计隧道结构安全预警系统时，结合功能要求和应力监测实际，采用面向服务的体系结构（Service-Oriented Architecture，SOA），将数据采表2单点应力状态预警分级级别正常混凝土应力弯曲抗压极限强度钢筋应力屈服强度钢架应力屈服强度注：C40混凝土的抗压极限强度和弯曲抗压极限强度分别为29.5和 36.9 MPa；HRB400钢筋的容许应力和屈服强度分别为 210和400 MPa；Q235H型钢钢架容许应力130 MPa、屈服强度235 MPa。表1监测断面测试项目及测点数量类型套衬段拆换段合计项目混凝土应力钢架应力混凝土应力钢筋应力传感器应变计钢筋计应变计钢筋计断面数/个628测点数/个18（双侧）9（外侧）9（内侧）18（双侧）27合计/个1085418362161Z2Y2Z3Y3 Z4Y4 Z5Y5 原衬砌 采集仪及扩展通道模块位置 钻孔灌注桩C40钢纤维混凝土套衬（a）套衬段1Z2Y2Z3Y3Z4Y4Z5Y5拱墙衬砌拆除后按原设计厚度恢复衬砌采集仪及扩展通道模块位置（b）拆换段图4测点布置表3安全预警标准材料混凝土钢筋H型钢不同安全预警等级判定标准级2个截面达到级2个截面达到级2个截面达到级级3个截面达到级3个截面达到级3个截面达到级级3个以上截面达到级或1个以上截面达到级3个以上截面达到级或1个以上截面达到级3个以上截面达到级或1个以上截面达到级注：（1）隧道结构混凝土保护层厚、截面配筋量大，截面以抗压或抗弯为主，因此以混凝土抗压强度作为控制结构安全的主要依据；（2）本预警标准是为了监测衬砌结构开裂、掉块而选择混凝土抗压极限强度，考虑超静定结构，选择23个截面超强为级预警，达到弯曲极限强度后截面进入塑性铰状态，级预警混凝土强度采用弯曲抗压极限强度。150第 5 期滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构安全预警技术与应用集、数据传输、数据处理及安全预警等部分按功能进行分层设计，下层为上层服务，实现隧道结构应力的长期、自动、实时远程监测。这样系统运行时，会在监测目标断面、目标测点采集得到相应应力数据后，自动根据制定的预警标准评价当前结构安全状态，产生相应的预警信息。按照以上功能分层，隧道结构安全预警系统自下而上分为5层子系统，分别是：数据采集子系统、数据传输子系统、中心服务器子系统、结构安全评价与预警子系统、客户端界面子系统。各子系统的功能如下。（1）数据采集子系统：系统的物质基础，包括数据感知、采集所需的传感器、数据采集设备等。（2）数据传输子系统：系统的神经中枢，由移动互联、局域网、光纤通信技术等组成。实现现场采集仪与数据扩展模块连接、现场数据与远程管理后台的数据交换、现场采集系统远程控制的通信等。（3）中心服务器子系统：系统搭建所需的数据资源中心、云平台及相关基础设施，包括提供数据管理引擎、数据存储所需的数据库系统、软件系统搭建所需的计算机开发语言环境以及运行软件、驱动硬件设备的操作系统。这是系统的关键核心，汇集数据分析、处理、应用、服务、设备工作状态显示等方面关键算法和核心技术，相当于整个系统的大脑。该子系统负责数据的接收、存储、处理、图表生成等。（4）结构安全评价与预警子系统：将中心服务器处理后的应力数据，按照结构安全预警标准判定结构安全状态或预警等级，并及时发布预警信息。（5）客户端界面子系统：根据不同客户端的不同需求，以门户网站、移动客户端、第三方数据导入等形式为不同的用户提供平台的操作界面。隧道结构安全预警系统中的硬件应包括传感器、数据采集设备、数据传输设备、供电系统、服务器等。软件包括原始数据采集软件、数据接收及处理模块、预警信息分析模块、与其他监测平台接口模块等。2.3子系统设计2.3.1数据采集子系统数据采集设备选用澳大利亚DT85G型采集仪、CEM20型采集通道扩展模块；整体设计为静态数据采集系统，但可通过加密监测频率的方式实现动态实时监测；考虑到数据采集、传输和分析实际所需要的时间，数据采集频率设为1次10 min1。2.3.2数据传输子系统通信采用有线（洞内）和无线（洞口通信基站）相结合的方式。洞内采用屏蔽电缆，将 DK120+935、DK120+912、DK120+891 和 DK120+858共4处断面连接到位于DK120+933断面的采集仪机箱，将DK120+710、DK120+526、DK120+490和DK120+407共4处断面连接到位于DK120+537断面的采集仪机箱。8个监测断面共组成2个传输网，分别通过光缆与洞口通信基站内的DTU模块相连。隧道内电源及通信沿纵断面分布如图5所示。2.3.3中心服务器子系统中心服务器是整个监测系统的核心，包含数据库、上传通信和数据显示与报表导出三部分。数据库部分采用MySQL作为存储引擎，实现监测数据自动采集、筛查、处理、存储和预警信息产生等功能。上传通信部分根据拟定的通信协议，处理后的应力监测数据按照固定格式，上传至客户端。数据显示与报表导出部分包括隧道整体状态显示（监测传感器及设备工作状态、隧道整体工作状态）、各监测断面隧道应力横断面分布、当天应力状态实时显示、历史应力及日增量查询和导出报表等功能。2.3.4结构安全评价与预警子系统结构安全评价与预警子系统会自动根据监测数据和安全预警标准进行预警等级判定，并将监测数据、预警信息按照标准数据传递模板直接推送到客户端，预警级别达到级及以上时，客户端自动触发声光报警音以提醒值守人员，同时子系统还会将包含预警信息的短信发送给预设的相关责任人员，相关人员接到预警信息后，即可按照预警预案设定的措施开展进洞检查、山体巡查、停运列车等处置工作。2.3.5客户端界面子系统客户端采用主流的B/S架构，用户通过PC或移动终端的浏览器获取监测系统及隧道工作状态，能够实时查看、查询、导出数据及预警信息。+858+891+710DK120+935+490+526+407拱顶洞口通信基站屏蔽电缆+912光缆道床+933采集仪机箱（电源、DT85G、光电转换器）+537扩展模块机箱（通道扩展模块、屏蔽电缆）传感器引线 图5电源及通信沿纵断面分布151第 44 卷 中国铁道科学2.4系统集成及主要硬件设备安全预警系统的系统集成如图6所示。现场应变计、钢筋计等传感器通过数据扩展模块传输到现场采集终端；现场采集终端根据既定采集策略采集数据，经由光电转换设备、数据传输光缆、洞外数据传输中心的光电转换设备和DTU无线传输模块传至中心服务器；服务器先完成数据处理、分析，然后由结构安全评价与预警子系统判定预警级别，最后将数据结果和预警信息发送至客户端。系统主要硬件设备见图7。3 监测效果自 2016年 2月结构安全预警系统安装、调试完成，应用于依托工程至今。截至 2020 年 1 月，系统运转正常，未出现数据丢失、误报、设备损坏等现象；除个别传感器在施工期损坏外，运营期损坏极少，有效传感器数目为185个，占总传感器数的 85.65%，证明了结构安全预警系统的可靠性。近4年系统监测结果如下。3.1套衬段套衬段钢架应力有效传感器53个，混凝土应力有效传感器86个。钢架和内、外侧混凝土结构应力横断面分布见表4。表中：红点表示测点（传感器）位置；应力值取负为受压。对应的应力分布区间如图8所示。由表4和图8可知：各断面应力整体较小，仅右侧拱部和左侧边墙应力值相对较大，呈偏压状态；钢架应力最大为-19.95 MPa，达到屈服强度的15.34%；钢架应力低于-15 MPa的测点仅2个，介于-15-10 MPa之间测点11个，75.48%的测点应力值小于-10 MPa；混凝土应力最大值为-15.51 MPa，达到抗压极限强度（29.50 MPa）的52.59%，介于-15-10 MPa之间的测点8个，89.54%的测点混凝土应力值介于-10-5 MPa之间。以滑体中部附近DK120+710断面为例，以当日所有应力监测值的均值作为当日应力值，分别得到4年间钢架和内、外侧混凝土的应力时间曲线如图9所示。由图9可知：在长达4年的量测中，应力整体呈“波浪式增长”规律，一般在每年 23月达到极大值，89月份达到极小值，未出现应力的突变；洞内及山体日常巡查均未发现异常，这说明坡体的蠕动变形仍在不断积累和释放的过程中，但这种蠕动变形还未发展到滑动阶段；隧道结构对滑坡蠕动变形的响应明显，随着坡体的蠕动变形作用在结构上的荷载也在不断地发生变化，且仍未稳定，但结构应力未达到安全预警标准，结构当前是安全的。混凝土应变计钢筋计（a）监测传感器（c）采集仪（d）通信基站无线传输模块（b）通道扩展模块图7系统主要设备采集仪 多个扩展模块 光纤收发器 客户端 中心服务器 DTU 洞口通信基站 光缆 结构安全评价与预警 混凝土应变计钢筋计 4G网络图6隧道安全预警系统集成示意图152第 5 期滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构安全预警技术与应用表4套衬段结构应力横断面分布MPa断面里程DK120+407DK120+490DK120+526DK120+710DK120+858DK120+935钢架应力 1.29 6.95 2.54 6.69 11.97 9.301.46 2.60 4.09 6.51 4.046.49 11.95 19.95 7.89 3.33 1.29 12.17 4.11 8.61 6.92 5.06 6.03 0.40 2.73 2.75 0.35 5.19 0.657.16 9.21 10.67 11.60 7.01 3.19 12.31 7.34 1.55 0.12 11.48 11.04 5.79 16.61 4.48 11.82 2.47 8.39 4.22 9.83 10.40 10.81 1.48 5.43 内侧混凝土应力4.34 6.805.53 2.71 7.14 5.34 5.42 5.96 9.49 5.60 2.31 8.16 5.06 3.59 7.99 7.162.57 5.405.09 5.88 11.11 7.87 8.81 14.45 9.387.10 6.36 6.36 4.66 9.58 15.51 3.75 7.43 8.03 7.43 7.76 7.62 10.67 7.08 10.01 8.40 7.43 7.97 12.25 外侧混凝土应力 8.99 5.17 6.91 7.86 4.12 2.69 1.28 1.44 10.05 8.045.88 6.36 0.266.83 5.30 5.52 0.96 10.24 2.057.76 8.46 5.448.95 9.30 8.03 5.22 4.105.97 5.22 7.55 5.81 6.36 5.04 6.05 7.08 8.03 7.70 6.20 7.04 0.85 10.14 5.88 6.61 4.29 5.37 4.64 1.63 5.25 5.34注：文中及表中左右均为面向大里程方向，右侧为靠河侧，左侧为靠山侧。141210864202016-02-012016-10-012017-06-012018-02-012018-10-012019-06-012020-02-01时间/(年-月-日）钢架应力/MPa（a）钢架应力16141210864202016-02-012016-10-012017-06-012018-02-012018-10-012019-06-012020-02-01时间/(年-月-日）内侧混凝土应力/MPa（b）内侧混凝土应力3.77%20.75%37.74%37.74%（a）钢筋应力1.16%9.30%69.77%19.77%（b）混凝土应力1510 MPa105 MPa15 MPa5 MPa图8套衬段结构应力分布区间153第 44 卷 中国铁道科学3.2拆换段拆换段钢筋应力有效传感器31个，混凝土应力有效传感器15个。内外侧钢筋和内侧混凝土结构应力横断面分布见表5，对应的应力分布区间如图10所示。由表 5 和图 10 可知：拆换段应力整体较大，结构偏压，应力较大值多出现在右拱腰、拱顶和左侧边墙；钢筋应力最大值-59.14 MPa，位于拱顶外侧，达到屈服强度的 28.16%；有 5 个测点钢筋应力超过-40 MPa，9 个测点介于-40-30 MPa，51.61%的测点钢筋应力值介于-30-10 MPa之间；混凝土应力最大值-29.55 MPa，已超过混凝土轴心抗压极限强度（29.50 MPa），但未达到混凝土弯曲抗压极限强度（36.90 MPa）；其次为-24.17 MPa，达到极限强度的 81.93%；再次为-21.69 MPa，其余测点均未超过-20 MPa，其中 3 个测点应力介于-20-15 MPa 之间，53.33%的测点应力值介于-15-10 MPa之间。位于滑体边界附近的DK120+891断面应力时间曲线如图11所示。由图11可知：受滑坡作用影响，拆换段结构应力同样呈“波浪式增长”，但波动幅度整体更小，仅外侧钢筋应力波动相对明显，结合洞内及山体日常巡查情况，可判定坡体的变形应仍处于蠕动阶段；结构应力的增长是长期而缓慢的，虽仍未达到稳定状态，但也并未超出安全预警864202016-02-012016-10-012017-06-012018-02-012018-10-012019-06-012020-02-01时间/(年-月-日）外侧混凝土应力/MPa（c）外侧混凝土应力Y5Y4Y3Y21Z2Z3Z4Z5图9DK120+710断面应力随时间变化曲线表5拆换段结构应力横断面分布MPa 断面里程DK120+891DK120+912内侧钢筋应力 23.6026.00 30.04 55.5241.16 19.24 31.59 20.61 26.49 33.96 19.74 24.57 25.19 15.34 26.03 30.43 外侧钢筋应力59.14 19.42 24.5540.02 17.32 9.30 40.16 36.84 32.66 30.70 19.38 33.47 31.92 23.08 17.55 8.02 内侧混凝土应力 21.69 29.55 19.74 17.23 12.13 14.49 11.42 24.17 10.01 16.50 11.71 15.11 12.70 15.06 15.39 60402002016-02-012016-10-012017-06-012018-02-012018-10-012019-06-012020-02-01外侧钢筋应力/MPa时间/(年-月-日)（a）外侧钢筋应力16.13%29.03%29.03%22.58%3.23%3020 MPa2010 MPa40 MPa4030 MPa10 MPa（a）钢筋应力20.00%20.00%53.33%6.67%108 MPa20 MPa2015 MPa1510 MPa（b）混凝土应力图10拆换段结构应力值分布区间154第 5 期滑坡蠕动作用下高速铁路隧道结构安全预警技术与应用标准，说明结构当前是安全的；与套衬段相比，应力极值出现时间规律相反，这可能与拆换段处于滑坡边界（山脊剪出位置）附近有关。4 结论（1）以某典型“蠕动阶段滑坡-隧道”工程为依托，研发构建了包含数据采集、数据传输、中心服务器、结构安全评价与预警、客户端界面五大子系统的高速铁路隧道结构安全预警系统，根据依托工程前期滑坡导致隧道结构的破损情况，选择代表性断面进行了混凝土应力、钢筋应力（或钢架应力）监测；为实时掌握结构工作状态、隧道及滑坡病害发展趋势提供了数据依据。（2）历经4年实际使用，除个别传感器在施工期损坏外，运营期损坏的很少，截至2020年1月，有效传感器数占总数的85.65%；系统运转正常，未出现数据丢失、误报、主要设备损坏等现象，说明通过静态监测系统对隧道结构应力进行自动、实时、长期的安全监测及预警，这一设计思路是可行的，该隧道结构安全预警系统的工程可靠性也得以验证。（3）结合该系统4年间实时监测数据发现，隧道结构对滑坡蠕动变形的响应明显。坡体长期的蠕动变形导致结构应力的增长是缓慢而长期的，总体上呈“波浪式增长”趋势，且仍未稳定；套衬段最大钢架应力-19.95 MPa，最大混凝土应力-15.51 MPa，拆换段钢筋应力最大值-59.14 MPa，混凝土应力最大值-29.55 MPa，应力实测值未达到隧道安全预警标准，结合日常巡查认为当前结构处于安全状态；在滑面位于隧道下方的滑坡蠕动作用下，隧道结构承受明显的偏压荷载，拱顶、靠河侧拱部、靠山侧边墙结构应力较大，纵向上剪出部位（滑体边界）的隧道结构应力大于滑体内部和滑体外。该系统可用于观测滑坡蠕动作用下隧道结构应力的时间、空间分布规律。（4）该滑坡目前仍处于蠕动阶段，但前期已造成结构破损，并且在今后的很长时间内可能仍将处于此阶段。根据应力发展趋势来看，为了确保运营安全，有必要继续加强应力监测与结构安全评价。该系统可对隧道结构安全状况进行评价和预警，为后期隧道及滑坡病害整治提供技术保障，指导隧道运营维护管理工作。参考文献1 马庆禄，邹政.面向交通安全的隧道群云监测系统 J.计算机应用，2019，39（5）：1490-1494.（MA Qinglu，ZOU Zheng.Cloud Monitoring System of Tunnel Groups for Traffic Safety J.Journal of Computer Applications，2019，39（5）：1490-1494.in Chinese）2 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