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上海長江隧道“交通設施”養(yǎng)護 做“數(shù)字體檢”
同濟大學土木工程學院專家攻下上海長江隧橋養(yǎng)護難題 給“大模子”隧橋做“數(shù)字體檢”
上海長江隧橋通行已有2年半，這個投資超過百億的特大型設施，由8.95公里的全球最大隧道和16.5公里的世界最大公軌合建斜拉橋組成，集多項“世界第一”技術于一身。但從日常養(yǎng)護角度看，諸多“世界第一”卻聚變成了一個大麻煩——針對普通隧道、橋梁的養(yǎng)護經(jīng)驗和檢測流程，長江隧橋都不適用。
早在10多年前，上海長江隧橋作為重大市政工程立項時，同濟大學土木工程學院教授朱合華，就把長江隧橋的后期養(yǎng)護作為科研課題。不久前，朱合華課題組的《特大型越江交通設施建養(yǎng)一體數(shù)字化關鍵技術》，獲得上海市科技進步一等獎。伴隨著這項技術的運用，上海長江隧橋能及時抵抗各種“大病小災”，健康指數(shù)也將大大增加。
“大模子”做體檢無先例可循
包括上海長江隧橋在內(nèi)，全國已建成或在建的特大型越江交通設施項目，已達五六個之多。這類大型基礎設施的養(yǎng)護，是土木工程界公認的難題。因為，在自然環(huán)境和使用環(huán)境長期雙重作用下，運營中的隧道、橋梁和路面會不同程度地出現(xiàn)襯砌裂縫、變形以及滲漏水等病害。
投資超過百億的長江隧橋，如何能夠盡可能“健康長壽”，降低后期的維護費用？2000年，同濟大學土木工程學院教授朱合華就攜手上海長江隧橋建設發(fā)展有限公司等合作單位立項研究。
同濟大學土木工程學院副教授李曉軍，是朱合華課題組的核心成員之一。他介紹說，距離長，斷面大，這是長江隧橋工程的建筑特色所在，但也給后期養(yǎng)護工作埋下了不少技術難題。
比如，給普通的越江隧道或地鐵通道做日?！绑w檢”，由于內(nèi)部空間為5米左右，所以很多工序由人工操作或者使用一些簡單的測量儀器即可。一旦檢測人員發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)有滲漏水現(xiàn)象，可以憑借肉眼的觀察，馬上估算滲漏水的面積，并及時報告、檢測。
長江隧橋則不然。它的內(nèi)部直徑為13.7米，相當于四五層樓房這么高，頂部還裝有內(nèi)飾板，人眼看不到，人手夠不到。
此外，長江隧橋的結構上還有上萬條接縫——數(shù)量也是普通隧道和橋梁的好幾十倍。這些細微的接縫，是隧橋在施工時，由不同的斷面結合在一起形成的。隧橋通車后，接縫張開是否處于可控范圍，直接關乎隧橋的“健康”。可檢查這些接縫，靠人工操作，肯定力有不逮。
“病理分析”做透，根治“大病大災”
“模子”太大，長江隧橋的體檢工作，只能托付給數(shù)字檢測技術。
針對接縫張開和滲漏水這兩種特大型盾構隧道的常見病害，朱合華課題組自主研制的盾構隧道周邊位移快速量測系統(tǒng)以及接縫張開和滲漏水數(shù)字圖像測量方法，采用數(shù)字圖像技術識別病害，接縫張開的測量精度可達到1毫米，對滲漏水的識別率達80%以上。
如同攻克某種疾病一樣，有時，光靠醫(yī)生高超的診療技巧還不夠，縝密的病理分析才是醫(yī)學研究的基礎。確保上海長江隧橋肌體健康，日常養(yǎng)護還包含了一項高難度的工作——對各種結構病害作出判斷。
一條0.3毫米的裂縫，也有可能是嚴重隱患的一種表征。養(yǎng)護工作中遇到這樣的問題應該怎么處理？李曉軍介紹說，為了解決這個技術問題，課題組詳細調查、分析了上海地區(qū)已建盾構隧道的病害，并綜合盾構隧道穿越江河時復雜的氣候、水文、地質、人工擾動等條件，排摸總結了5種常見的隧道病害成因故障，并建立了海洋條件下橋梁性能退化數(shù)學模型。有了這些基礎研究“保底”，判斷隧橋結構病害時，就有了定量分析、科學決策的依據(jù)。
此外，課題組還成功研發(fā)了基于探地雷達的沉降控制方法、火災后評估的檢測方法等技術方案，使得長江隧橋能夠抵御更多“大病大災”，自身免疫力大大增強。
首創(chuàng)建養(yǎng)一體數(shù)字化平臺
朱合華課題組的另一項重大突破在于，以長江隧橋工程為載體，首次把“數(shù)字化管理”和“全壽命周期”兩個因子，注入特大型越江交通設施的養(yǎng)護工作。
數(shù)字化管理系統(tǒng)，在各行各業(yè)中已應用廣泛。但在越江交通設施的養(yǎng)護應用中，數(shù)字化技術尚未普及。尤其是過去一個階段，礙于我們國家的財力和建設水平，不少基礎設施是先建成通車，然后才考慮養(yǎng)護問題。有的建筑施工單位完成一個大項目后，往往留下一大堆數(shù)據(jù)和資料就“走人”了。
“一些材料的存檔、歸類還不夠科學，如果以后在維修中遇到突發(fā)狀況，需要查找原始資料，恐怕得耗費不少時間。”
上海長江隧橋首次建立了特大型越江交通設施建養(yǎng)一體數(shù)字化平臺，實現(xiàn)了對勘察、設計、施工、監(jiān)測與養(yǎng)護數(shù)據(jù)的全程管理。從每一次的養(yǎng)護，到任何一次“體檢”時監(jiān)控到的數(shù)據(jù)，長江隧橋自“出生”起，就有一份屬于自己的詳實的健康檔案。運營期間，這些數(shù)據(jù)將有助于養(yǎng)護單位制定合理的管理策略。
朱合華課題組的這一項目成果已申請專利11項，授權軟件著作權6項；發(fā)表國內(nèi)外論文72篇。廈門翔安海底隧道和廣州龍頭山隧道等工程也運用了這一技術，實現(xiàn)直接經(jīng)濟效益約合人民幣1.2億元。
上海長江隧橋通行已有2年半，這個投資超過百億的特大型設施，由8.95公里的全球最大隧道和16.5公里的世界最大公軌合建斜拉橋組成，集多項“世界第一”技術于一身。但從日常養(yǎng)護角度看，諸多“世界第一”卻聚變成了一個大麻煩——針對普通隧道、橋梁的養(yǎng)護經(jīng)驗和檢測流程，長江隧橋都不適用。
早在10多年前，上海長江隧橋作為重大市政工程立項時，同濟大學土木工程學院教授朱合華，就把長江隧橋的后期養(yǎng)護作為科研課題。不久前，朱合華課題組的《特大型越江交通設施建養(yǎng)一體數(shù)字化關鍵技術》，獲得上海市科技進步一等獎。伴隨著這項技術的運用，上海長江隧橋能及時抵抗各種“大病小災”，健康指數(shù)也將大大增加。
“大模子”做體檢無先例可循
包括上海長江隧橋在內(nèi)，全國已建成或在建的特大型越江交通設施項目，已達五六個之多。這類大型基礎設施的養(yǎng)護，是土木工程界公認的難題。因為，在自然環(huán)境和使用環(huán)境長期雙重作用下，運營中的隧道、橋梁和路面會不同程度地出現(xiàn)襯砌裂縫、變形以及滲漏水等病害。
投資超過百億的長江隧橋，如何能夠盡可能“健康長壽”，降低后期的維護費用？2000年，同濟大學土木工程學院教授朱合華就攜手上海長江隧橋建設發(fā)展有限公司等合作單位立項研究。
同濟大學土木工程學院副教授李曉軍，是朱合華課題組的核心成員之一。他介紹說，距離長，斷面大，這是長江隧橋工程的建筑特色所在，但也給后期養(yǎng)護工作埋下了不少技術難題。
比如，給普通的越江隧道或地鐵通道做日?！绑w檢”，由于內(nèi)部空間為5米左右，所以很多工序由人工操作或者使用一些簡單的測量儀器即可。一旦檢測人員發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)有滲漏水現(xiàn)象，可以憑借肉眼的觀察，馬上估算滲漏水的面積，并及時報告、檢測。
長江隧橋則不然。它的內(nèi)部直徑為13.7米，相當于四五層樓房這么高，頂部還裝有內(nèi)飾板，人眼看不到，人手夠不到。
此外，長江隧橋的結構上還有上萬條接縫——數(shù)量也是普通隧道和橋梁的好幾十倍。這些細微的接縫，是隧橋在施工時，由不同的斷面結合在一起形成的。隧橋通車后，接縫張開是否處于可控范圍，直接關乎隧橋的“健康”。可檢查這些接縫，靠人工操作，肯定力有不逮。
“病理分析”做透，根治“大病大災”
“模子”太大，長江隧橋的體檢工作，只能托付給數(shù)字檢測技術。
針對接縫張開和滲漏水這兩種特大型盾構隧道的常見病害，朱合華課題組自主研制的盾構隧道周邊位移快速量測系統(tǒng)以及接縫張開和滲漏水數(shù)字圖像測量方法，采用數(shù)字圖像技術識別病害，接縫張開的測量精度可達到1毫米，對滲漏水的識別率達80%以上。
如同攻克某種疾病一樣，有時，光靠醫(yī)生高超的診療技巧還不夠，縝密的病理分析才是醫(yī)學研究的基礎。確保上海長江隧橋肌體健康，日常養(yǎng)護還包含了一項高難度的工作——對各種結構病害作出判斷。
一條0.3毫米的裂縫，也有可能是嚴重隱患的一種表征。養(yǎng)護工作中遇到這樣的問題應該怎么處理？李曉軍介紹說，為了解決這個技術問題，課題組詳細調查、分析了上海地區(qū)已建盾構隧道的病害，并綜合盾構隧道穿越江河時復雜的氣候、水文、地質、人工擾動等條件，排摸總結了5種常見的隧道病害成因故障，并建立了海洋條件下橋梁性能退化數(shù)學模型。有了這些基礎研究“保底”，判斷隧橋結構病害時，就有了定量分析、科學決策的依據(jù)。
此外，課題組還成功研發(fā)了基于探地雷達的沉降控制方法、火災后評估的檢測方法等技術方案，使得長江隧橋能夠抵御更多“大病大災”，自身免疫力大大增強。
首創(chuàng)建養(yǎng)一體數(shù)字化平臺
朱合華課題組的另一項重大突破在于，以長江隧橋工程為載體，首次把“數(shù)字化管理”和“全壽命周期”兩個因子，注入特大型越江交通設施的養(yǎng)護工作。
數(shù)字化管理系統(tǒng)，在各行各業(yè)中已應用廣泛。但在越江交通設施的養(yǎng)護應用中，數(shù)字化技術尚未普及。尤其是過去一個階段，礙于我們國家的財力和建設水平，不少基礎設施是先建成通車，然后才考慮養(yǎng)護問題。有的建筑施工單位完成一個大項目后，往往留下一大堆數(shù)據(jù)和資料就“走人”了。
“一些材料的存檔、歸類還不夠科學，如果以后在維修中遇到突發(fā)狀況，需要查找原始資料，恐怕得耗費不少時間。”
上海長江隧橋首次建立了特大型越江交通設施建養(yǎng)一體數(shù)字化平臺，實現(xiàn)了對勘察、設計、施工、監(jiān)測與養(yǎng)護數(shù)據(jù)的全程管理。從每一次的養(yǎng)護，到任何一次“體檢”時監(jiān)控到的數(shù)據(jù)，長江隧橋自“出生”起，就有一份屬于自己的詳實的健康檔案。運營期間，這些數(shù)據(jù)將有助于養(yǎng)護單位制定合理的管理策略。
朱合華課題組的這一項目成果已申請專利11項，授權軟件著作權6項；發(fā)表國內(nèi)外論文72篇。廈門翔安海底隧道和廣州龍頭山隧道等工程也運用了這一技術，實現(xiàn)直接經(jīng)濟效益約合人民幣1.2億元。
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