【论文】超高压下复合衬砌输水隧洞光纤传感与性能评价

Fiber optic sensing and performance evaluation of a water conveyance tunnel with composite linings under super-high internal pressures

Wang D.; Zhu H.; Huang J.; Yan Z.; Zheng X.; Shi B.

Published：2023-01-01

Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering

DOI: 10.1016/j.jrmge.2023.02.026

研究背景：在长距离输水盾构隧道运营中，高内部水压可能导致复合衬砌过度变形，影响其结构完整性和工作性能。然而，关于内部水压下衬砌结构的变形和破坏特性，文献中针对三层复合衬砌的研究还不充分。本研究通过现场实验，研究了两种复合衬砌（即分离和组合衬砌结构）在内部压力作用下的力学响应，采用了配备分布式应变和位移传感器的光纤神经系统（FONS）对两种复合衬砌的性能进行监测。

研究内容：实验结果清楚地显示，不同内部压力下隧道衬砌的损伤主要出现在自密实混凝土层。分离衬砌结构对内部压力变化的响应比组合衬砌更为激烈。此外，本文提出了两个用于描述结构承载性能变化的评估指标，即径向位移和有效刚度系数。试验结果显示，两种衬砌结构的有效刚度系数分别降低了39.4%和29.5%。考虑到现场监测的便利性，建议使用平均应变值作为表征衬砌结构健康状况的特征参数。分析结果为输水盾构隧道复合衬砌设计和健康评估提供了实用参考。

研究意义：本研究通过光纤传感技术，对输水盾构隧道复合衬砌进行了全面的性能评估，填补了关于内部水压下复合衬砌结构变形和破坏特性的研究空白。本文提出的评估指标和特征参数为隧道设计和健康评估提供了实用的参考，可以帮助提高隧道结构的安全性和可靠性。