【技术实现步骤摘要】
本技术属于隧道工程及监测，尤其是涉及一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构。
技术介绍
1、复合支护结构是目前隧道工程中常用的基本支护形式，由初期支护和二次衬砌复合而成。传统设计理念通常将二次衬砌作为主承载结构进行设计，并与初期支护承载进行比例分配。近年来，随着研究的深入，初期支护承载开始受到广泛重视。当初期支护耐久性能够保证时，在进行二次衬砌的设计和检算时应充分考虑初期支护对围岩稳定性的控制作用。隧道围岩变形贯穿于施工全过程，随着施工的进行，围岩变形逐渐释放。在此过程中，隧道初期支护和二次衬砌分阶段施作，并通过协同作用共同承担围岩荷载。隧道复合支护结构协同作用的本质为变形协调与荷载的合理分配，通过初期支护与二次衬砌作用时机、结构刚度和强度相互协调，使二者性能得到最大程度的发挥。
2、由于隧道大部分埋设于地下，环境条件比较复杂，岩土条件比较模糊，结构对周围地质条件变化比较敏感等因素影响，故很多隧道会出现不同程度的病害现象，如衬砌开裂、隧道渗漏水、混凝土强度退化、钢筋锈蚀等，影响隧道结构寿命，其中需要重点关注的隧道病害因素有衬砌混凝土开裂、空洞与渗漏水病害，它们保证了隧道后期的运营稳定。因此，为保障隧道在后期的运营安全，展开对隧道结构的健康监测十分重要。
3、目前，公路隧道主要采用人工目测辅以简易测量器具的方式对土建结构进行常规检测，现场记录病害数据及其影像。该方式存在耗时费力、效率低、安全隐患大、主观性强、需要交通管制以及信息反馈周期长等缺点，愈加难以满足现阶段公路隧道检测工作量大、检测结果时效性高等要求。因
4、隧道衬砌内部缺陷属于隐蔽性病害，如衬砌空洞等，需采用专业技术进行病害检测。铁路隧道衬砌质量无损检测规程指出了探地雷达技术及冲击弹性波技术可用于隧道衬砌病害检测，应用地质雷达法和冲击回波法可有效地提高衬砌内缺陷的检出率，所以在实际的衬砌检测中在衬砌结构中预埋压力传感器，通过受压情况实时判断施工中衬砌是否存在空洞，可快速实现衬砌病害的自动化监测。
5、渗漏水方面，由于其病害隐蔽性特点，故而无法在渗漏水发生的第一时间进行监控并采取措施，只能等到渗水湿渍显现后才能觉察，不利于及时处理。根据许多现有案例分析可以发现，许多渗漏水病害的发现都具有偶然性，且发现时渗水情况已经比较严重。此外，在检测过程中也是根据隧道衬砌表面的漏水情况来确定病害位置，这在视野范围及光线条件有限的隧道中，显得极其不便。
6、cn202645584u公开了一种复合式隧道衬砌结构，包括初期支护、连接衬砌和二次衬砌，所述初期支护位于隧道表面，所述连接衬砌位于所述初期支护内侧，所述二次衬砌位于所述连接衬砌内侧。该申请长期使用后无法及时监测到衬砌空洞、衬砌裂缝、衬砌渗漏水等结构缺陷，导致隧道需要检修。
技术实现思路
1、本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构。
2、本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，沿隧道围岩内壁，初期支护防水层和二次衬砌顺序串接，所述隧道衬砌结构还包括设于所述隧道衬砌结构上并与外部计算机终端连接、并监测衬砌空洞、衬砌裂缝、衬砌渗漏水的健康检测组件。
4、进一步地，所述健康检测组件包括：
5、若干应变计，其设于所述二次衬砌的内壁上；
6、若干水浸传感器，其设于所述防水层上；以及
7、若干压电传感器，其设于所述初期支护上。
8、更进一步地，所述应变计沿隧道的延伸方向分布且至少设置4个。
9、更进一步地，所述水浸传感器沿隧道的延伸方向分布且至少设置4个。
10、更进一步地，所述压电传感器沿隧道的延伸方向分布且至少设置4个。
11、更进一步地，所述防水层上布置有若干用于安装水浸传感器的第一预留空洞。
12、更进一步地，所述初期支护上布置有若干用于安装压电传感器的第二预留空洞。
13、进一步地，所述防水层由改性ldpe防水板和450g/m2土工布组成。
14、进一步地，所述初期支护包括：
15、锚杆，其设置于所述隧道围岩内壁内部；
16、钢架网，其设置于所述隧道围岩内壁内表面上；以及
17、喷射混凝土层，其混凝土强度等级不小于c25，所述喷射混凝土层设置于所述钢架网上。
18、进一步地，所述二次衬砌包括钢筋混凝土层；
19、所述钢筋混凝土层的混凝土强度等级不小于c25并设置于所述防水层内壁上，所述钢筋混凝土层内添加aea抗裂防水混凝土膨胀剂。
20、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
21、(1)本技术通过隧道初期支护和二次衬砌的分阶段施作，通过协同作用共同承担围岩荷载，实现围岩变形协调与荷载的合理分配，使二者性能得到最大程度的发挥，保证隧道结构的耐久性与安全性。
22、(2)本技术通过压电传感器监测衬砌的衬砌空洞，通过水浸传感器监测衬砌渗漏水情况，通过应变计监测衬砌裂缝。不仅可以在衬砌结构施作时对衬砌内是否存在空洞及渗漏水情况进行反馈，保证施工质量，还可以运用于后期的隧道运营维护阶段。
23、(3)本技术可以实现隧道从施工到运营维护的全过程的健康监测，具有成本低，安装方便，对衬砌结构力学性能影响小，重量轻，可靠性强，灵敏度高，自动化程度高，监测操作简便，实用性强等优点，值得推广。
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1.一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，沿隧道围岩内壁，初期支护(7)防水层(6)和二次衬砌(5)顺序串接，其特征在于，所述隧道衬砌结构还包括设于所述隧道衬砌结构上并与外部计算机终端连接、并监测衬砌空洞、衬砌裂缝、衬砌渗漏水的健康检测组件(9)。
2.根据权利要求1所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述健康检测组件(9)包括：
3.根据权利要求2所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述应变计(1)沿隧道的延伸方向分布且至少设置4个。
4.根据权利要求2所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述水浸传感器(2)沿隧道的延伸方向分布且至少设置4个。
5.根据权利要求2所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述压电传感器(3)沿隧道的延伸方向分布且至少设置4个。
6.根据权利要求2所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述防水层(6)上布置有若干用于安装水浸传感器(2)的第一预留空洞(8)。
7.根据权利要求2所述的一种具有健康监
8.根据权利要求1所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述防水层(6)由改性LDPE防水板和450g/m2土工布组成。
9.根据权利要求1所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述初期支护(7)包括：
10.根据权利要求1所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述二次衬砌(5)包括钢筋混凝土层；
...【技术特征摘要】
1.一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，沿隧道围岩内壁，初期支护(7)防水层(6)和二次衬砌(5)顺序串接，其特征在于，所述隧道衬砌结构还包括设于所述隧道衬砌结构上并与外部计算机终端连接、并监测衬砌空洞、衬砌裂缝、衬砌渗漏水的健康检测组件(9)。
2.根据权利要求1所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述健康检测组件(9)包括：
3.根据权利要求2所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述应变计(1)沿隧道的延伸方向分布且至少设置4个。
4.根据权利要求2所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述水浸传感器(2)沿隧道的延伸方向分布且至少设置4个。
5.根据权利要求2所述的一种具有健康监测功能的隧道衬砌结构，其特征在于，所述压电传感器(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘祥胜，郎功誉，江凯，李占甫，王晨，谢江宁，
申请(专利权)人：安徽省交通控股集团有限公司，
类型：新型
国别省市：
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