城市地下管道綜合走廊，簡(jiǎn)稱為“綜合管廊”或“共同溝”，是指將設(shè)置在地面、地下或架空的各類公用類管線集中容納于一體，并留有供檢修人員行走通道的隧道結(jié)構(gòu)。即在城市地下建造一個(gè)隧道空間，將市政、電力、通訊、燃?xì)狻⒔o排水等各種管線集于一體，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理，徹底改變以往各個(gè)管道各自建設(shè)、各自管理的零亂局面。各管線需要開通時(shí)，只需通知有關(guān)負(fù)責(zé)部門，接通接口即可，既便于修理，又節(jié)省了國(guó)家的資源。
由于共同溝將各類管線均集中設(shè)置在一條隧道內(nèi)，消除了通訊、電力等系統(tǒng)在城市上空布下的道道蛛網(wǎng)及地面上豎立的電線桿、高壓塔等，避免了路面的反復(fù)開挖、降低了路面的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用、確保了道路交通功能的充分發(fā)揮。同時(shí)道路的附屬設(shè)施集中設(shè)置于共同溝內(nèi)，使得道路的地下空間得到綜合利用，騰出了大量寶貴的城市地面空間，增強(qiáng)道路空間的有效利用，并且可以美化城市環(huán)境，創(chuàng)造良好的市民生活環(huán)境。
由于綜合管廊通常長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在具體建設(shè)過程中往往需要設(shè)置伸縮縫、沉降縫，甚至采用預(yù)制拼接方法進(jìn)行施工。管廊拼接處通常為薄弱位置，在環(huán)境荷載作用下可能會(huì)出現(xiàn)混凝土開裂、不均勻沉降、水平錯(cuò)動(dòng)等諸多問題。這些問題不僅會(huì)嚴(yán)重削弱混凝土管廊的適用性和耐久性，還會(huì)對(duì)管廊內(nèi)附屬的各類管道造成不良影響。因此需要對(duì)混凝土管廊及附屬管道進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行。
1 地下管廊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)介紹
隨著城市的不斷建設(shè)和發(fā)展，地下綜合管廊由于其管理方便和提高空間利用率等各種無可比擬優(yōu)點(diǎn)而成為中國(guó)未來市政管道建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。地下綜合管廊也稱為市政綜合溝，是指將城市的給水、排水、燃?xì)?、熱力、電力、通信等各種管線集中布置在一個(gè)隧道空間，行成一個(gè)集約化、規(guī)范化的新型市政基礎(chǔ)設(shè)施。地下綜合管廊屬于淺層地下結(jié)構(gòu)，是一種特殊的隧道。實(shí)際工程中多采用整體現(xiàn)澆的施工方法，現(xiàn)在也正在逐步地使用預(yù)制拼接的施工工藝。管廊結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：
（1） 線路長(zhǎng)、覆蓋面廣
地下管廊結(jié)構(gòu)作為重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施和城市生命線工程，承擔(dān)著整個(gè)城市的物質(zhì)和信息供應(yīng)，有著城市“輸送血管”的稱號(hào)。由于需要覆蓋和保障整個(gè)城市的水、電和網(wǎng)絡(luò)等生活資源的供應(yīng)，地下管廊結(jié)構(gòu)的線路長(zhǎng)度一般較長(zhǎng)并且其線路覆蓋面也較大，
（2） 設(shè)計(jì)使用年限長(zhǎng)
地下管廊結(jié)構(gòu)作為新型的管線鋪設(shè)方式，避免了路面開挖對(duì)交通的影響，是重要的城市基礎(chǔ)設(shè)施，因此其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限一般較長(zhǎng)，在結(jié)構(gòu)分類里面屬于特別重要建筑，其建筑設(shè)計(jì)使用年限往往能達(dá)到100年。
（3） 地下防水等級(jí)高、預(yù)留孔洞多
地下管廊結(jié)構(gòu)內(nèi)集約了水、電、氣等多種重要的城市基礎(chǔ)生活資源，同時(shí)管廊結(jié)構(gòu)的使用年限又較長(zhǎng)，因此要求地下管廊結(jié)構(gòu)具備較高的防水等級(jí)以防止長(zhǎng)期滲水影響結(jié)構(gòu)性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定和可靠性。同時(shí)管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不僅僅是為了滿足當(dāng)年城市生活的需要，還會(huì)綜合考慮未來較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的城市需求，因此在設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)往往會(huì)預(yù)留孔洞以滿足未來城市發(fā)展的需求。
（4） 結(jié)構(gòu)易受外部因素影響
地下管廊結(jié)構(gòu)一般位于淺層地下且地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，同時(shí)周圍建筑物較多，這些特點(diǎn)導(dǎo)致地下管廊結(jié)構(gòu)容易受到外部因素的影響。上部超限荷載、結(jié)構(gòu)附近未做保護(hù)措施的基坑開挖等等這些因素都可能會(huì)影響管廊結(jié)構(gòu)的安全和可靠性。
2 地下管廊常見結(jié)構(gòu)病害、危險(xiǎn)性及難點(diǎn)分析
地下管廊結(jié)構(gòu)線路長(zhǎng)、覆蓋面廣、所處地層環(huán)境復(fù)雜和易受外部因素影響等等這些結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致地下管廊在實(shí)際使用的過程中容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)病害。同時(shí)地下管廊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限較長(zhǎng)又屬于特別重要建筑類型，這些結(jié)構(gòu)病害會(huì)嚴(yán)重影響地下管廊結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期安全性和使用功能。因此這些病害都需要引起人們的重視并加以監(jiān)測(cè)以及時(shí)進(jìn)行處理和維護(hù)，地下管廊常見的結(jié)構(gòu)病害如下：
（1） 沉降
地下管廊結(jié)構(gòu)線路長(zhǎng)、覆蓋面廣，其結(jié)構(gòu)采用分段鋪設(shè)的建設(shè)方法。地下管廊所處的地層又較淺，因此地下管廊結(jié)構(gòu)容易受地質(zhì)環(huán)境擾動(dòng)而發(fā)生不均勻沉降，這些不均勻沉降特別容易集中在管廊拼接縫處，隨著地下管廊結(jié)構(gòu)服役時(shí)間的增加，管廊拼接縫處的沉降問題也會(huì)顯得愈發(fā)突出。
（2） 裂縫
地下管廊一般采用多段管段拼接安裝的施工工藝，管段為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而管段之間采用后澆或其他剛性連接方式。當(dāng)?shù)叵鹿芾冉Y(jié)構(gòu)上部出現(xiàn)過大的擾動(dòng)因素影響時(shí)（如結(jié)構(gòu)上部出現(xiàn)過大的超限荷載、周圍地質(zhì)環(huán)境的變化），地下管廊結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)裂縫病害，這些裂縫不僅會(huì)出現(xiàn)管段鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上還會(huì)集中發(fā)展在管段拼接縫的位置。
（3） 水平位移
地層擾動(dòng)等外界影響因素同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致地下管廊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)水平錯(cuò)動(dòng)，這種水平方向的錯(cuò)動(dòng)位移一般集中于管段拼接縫處。
地下綜合管廊作為市政綜合溝，內(nèi)部集中布設(shè)了給排水、燃?xì)夂蜔崃Φ榷喾N管道和管線，當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)上述病害時(shí)會(huì)對(duì)地下管廊結(jié)構(gòu)的使用和安全造成多種不利的影響，當(dāng)其結(jié)構(gòu)病害超過安全范圍時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致以下后果：
（1） 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象
當(dāng)?shù)叵鹿芾冉Y(jié)構(gòu)拼接縫處出現(xiàn)嚴(yán)重的沉降、裂縫和水平錯(cuò)動(dòng)時(shí)，地質(zhì)環(huán)境中地下水可能會(huì)在水壓的作用下滲透進(jìn)地下管廊，從而導(dǎo)致管廊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。滲水現(xiàn)象不僅會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期使用的安全性，同時(shí)還會(huì)大大影響其結(jié)構(gòu)的使用功能。同時(shí)滲水問題也對(duì)管廊內(nèi)鋪設(shè)的電類線纜和網(wǎng)絡(luò)通信光纜造成較大影響，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起電路短路或者通信斷阻等現(xiàn)象。
（2） 管廊內(nèi)鋪設(shè)管道破裂
地下綜合管廊內(nèi)鋪設(shè)的各種市政管道均為剛性結(jié)構(gòu)，管道拼接也均采用剛性拼接或者一定程度的柔性連接。當(dāng)管廊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的沉降、裂縫和水平錯(cuò)動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致市政管道出現(xiàn)變形，變形發(fā)展到一定程度時(shí)則會(huì)引起管道破裂等嚴(yán)重后果。
（3） 結(jié)構(gòu)使用壽命和安全性大大降低
地下綜合管廊的設(shè)計(jì)服役期一般較長(zhǎng)，當(dāng)沉降、裂縫和水平錯(cuò)動(dòng)等病害的發(fā)展會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲水、不均勻受力和應(yīng)力集中等問題。在管廊漫長(zhǎng)的服役期內(nèi)，這些病害和問題的發(fā)展會(huì)大大降低結(jié)構(gòu)的使用功能和壽命以及結(jié)構(gòu)安全性。
綜上所述，非常有必要對(duì)地下管廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解其結(jié)構(gòu)病害的發(fā)展程度并及時(shí)進(jìn)行預(yù)警，在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的災(zāi)變以前及時(shí)采取相應(yīng)措施以確保管廊結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期安全使用。
地下綜合管廊雖然較早就被引入到國(guó)內(nèi)，但受限于種種原因而沒有得到廣泛的推廣，近些年來隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各種市政問題的不斷凸顯，地下管廊由于其種種優(yōu)勢(shì)而引起人們的重視。對(duì)于地下管廊結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)更是處于起步探索階段，由于管廊結(jié)構(gòu)的特殊性，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)也存在著諸多難點(diǎn)：
（1） 傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段難以直接應(yīng)用于管廊結(jié)構(gòu)
地下管廊結(jié)構(gòu)線路長(zhǎng)，傳統(tǒng)的沉降、裂縫和傾角傳感器大都是電類傳感器，電類傳感器會(huì)因長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸會(huì)導(dǎo)致其信噪比大大降低，從而影響其測(cè)量精度。同時(shí)管廊內(nèi)一般都會(huì)有燃?xì)夤艿?，電類傳感器?huì)引起一定程度的安全隱患，所以傳統(tǒng)的電類傳感器難以直接應(yīng)用于管廊結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。近些年來迅速發(fā)展的光纖光柵傳感技術(shù)由于其信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)、不受電磁信號(hào)干擾以及以光作為敏感和傳輸介質(zhì)的特性而非常適用于地下管廊結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，光纖光柵傳感器技術(shù)也逐漸成為管廊結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
（2） 需要發(fā)展管廊結(jié)構(gòu)專用的監(jiān)測(cè)傳感器及安裝方式
由于管廊結(jié)構(gòu)的特殊性，目前市面上現(xiàn)有的電類沉降、裂縫和位移傳感器都難以直接運(yùn)用于管廊結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)當(dāng)中。而現(xiàn)有的基于光纖光柵傳感技術(shù)的傳感器受限于測(cè)量量程、測(cè)量精度和安裝手段等原因也難以直接用于管廊結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)當(dāng)中。因此，需要針對(duì)管廊結(jié)構(gòu)的特殊性以及監(jiān)測(cè)環(huán)境的特殊性開發(fā)基于光纖光柵傳感技術(shù)的管廊監(jiān)測(cè)專用傳感器。同時(shí)由于地下管廊結(jié)構(gòu)拼接安裝的施工方式以及結(jié)構(gòu)病害往往集中于拼接縫處的結(jié)構(gòu)特性，傳統(tǒng)傳感器的安裝方式難以直接移植至管廊結(jié)構(gòu)，需要研發(fā)針對(duì)管廊結(jié)構(gòu)的傳感器安裝方式，開發(fā)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換裝置以適用管廊特殊的安裝環(huán)境。
（3） 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)及集成難度大
地下管廊結(jié)構(gòu)管線長(zhǎng)、覆蓋面廣，因此其結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）傳感器種類多、數(shù)量大；2）監(jiān)測(cè)位置分布廣；3）信號(hào)同步采集精度高；4）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算分析能力等。管廊結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的以上特點(diǎn)都大大提高了其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)和集成難度。
針對(duì)于地下管廊結(jié)構(gòu)常見的結(jié)構(gòu)病害和監(jiān)測(cè)難點(diǎn)，我們提出了基于光纖光柵傳感技術(shù)的管廊結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方案，研發(fā)出針對(duì)于地下管廊結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的光纖光柵傳感器、安裝手段、監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)方法。
本項(xiàng)目將針對(duì)上海世博園內(nèi)綜合管廊為工程背景，針對(duì)管廊及附屬管道的裂縫、沉降、水平位移等問題提出一整套監(jiān)測(cè)方案。
