地解决运地铁隧道在施工过程中对光纤传感器的埋设、运营前后各项监测数据的采集以及数据的分析处理方法等关键技术[48]。 2.2.2光纤监测重点部位的选择和监测内容
需要合理地布置重点隧道内个监测部位，从而在有限的光纤传感监测点当中，顺利地获取到反映运营隧道结构健康安全状况的各项关键信息。合理地进行监测断面的选择要考虑以下几点：隧道沿线的地层变化状；隧道地基的承载力、基础的内砂石土的液化情况、水压、土压、隧道进出洞口段、纵坡变坡点以及变形缝设置等的分布；隧道的结构应力、应变、受力和结构变形的纵向、横向分布。根据以上几点综合考虑，从而确定监测断面位置。
监测断面上的传感器布设以隧道结构的横断面计算为依据，考虑各监测断面荷载特点和横向分布，对管片衬砌主体结构与地层的相互作用关系，对管片尤其是连接螺栓附近的结构内力分布和断面变形等进行分析，共出23个监测参数和相应采用的监测仪器，见表2-2
表2-2 运营隧道结构健康安全监测内容及仪器
监测内容 拱顶土压力 管片钢筋受力 钢筋应力差控制系数 管片混凝土 管片混凝土受力 环向接缝宽度 纵向接缝宽度 管片（变形） 接缝张开度 环向错台 径向错台 环缝错齿 纵缝错齿 结构温度分布监测 管片接缝 链接螺栓受力
监测参数 拱顶土压力增大系数 管片钢筋应力 监测仪器 光纤光栅土压力盒 光纤光栅钢筋应力计 光纤光栅应变计 连通管线形监测系统 光纤光栅微小位移计 结构温度 管片接缝法向接触力 螺栓应力与强度之比 15 光纤光栅温度传感器 接触压力传感器 光纤光栅应变传感器
续表2-2
裂缝宽度 裂缝密度 隧道衬砌表面 剥落区域直径 衬砌强度降低比 沉降及不均匀沉降 累积沉降值 差异沉降值 每100m2 渗漏点 单点浸湿面积 渗漏水 渗漏水量 PH值中性偏离量 水质分析仪 水准仪 光纤光栅渗压计 水质监测仪 光纤光栅微小位移计 连通管线监测形系统 本文通过综合分析运营隧道自身机构特点和周边环境，来明确各监测对象、监测项目的具体内容、监测参数，参照层次分析法的基本原理，将运营隧道结构健康安全监测按照外荷载、隧道应力结构变形、材质劣化以及渗漏水划分为四个方面，一共19个监测参数。如表2-3所示监测内容和监测参数。根据各监测为评价指标 ，建立运营隧道结构健康安全状况的第二级、和第三级评价指标体系。
表2-3 运营隧道结构健康安全监测各级评价指标分布
二级 三级/监测内容 沉降及不均匀沉降 外荷载作用 拱顶土压力 管片钢筋受力 监测参数 累积沉降值 差异沉降值 拱顶土压力增大系数 钢筋应力差控制系数 环向接缝宽度 纵向接缝宽度 管片（变形） 隧道结构 接缝张开度 应力变形 环向错台 径向错台 环缝错齿 纵缝错齿 链接螺栓受力
16 螺栓应力与强度之比
续表2-3
裂缝宽度 材质 隧道衬砌表面 劣化 剥落区域直径 衬砌强度降低比 每100m2 的渗漏点 单点浸湿面积 渗漏水 隧道结构 渗漏水量 PH值中性偏离量 裂缝密度 在确定监测重点部位的基础上，根据对上述三层指标体系的分析评估，确定各监测参数及具体检测内容，充分考虑运营隧道的结构特点以及会造成其损伤的模式，重点监测与分析引起隧道结构变形或受力变化的特殊地段，例如：水文、地质等环境与条件，以此作为监测参数和内容的参考依据并进行对其进行科学合理地优化。
2.3 运营隧道结构健康安全评价体系
健康安全评价的是通过运用系统工程的基本思路与原理，对系统或者工程中存在的有害、风险因素以及可能导致的危害、危险后果及危害程度进行寻找、判断、解析预警，预测和综合评价系统或工程中存在的危险性，并根据其形成事故的风险等级大小，提出科学合理可行的安全对策措施，并指导建议对危险源进行监控，预防事故的发生，从而有效的降低事故率、减少损失以及获得最优的安全投资效益。
体系中评价指标的选取是否恰当，将直接影响到评价体系的准确性以及综合评价的结论，而指标选取太多了，重复的指标就会对评价结果有干扰；如果选取的过少，所选的指标可能缺乏足够的代表性，将会带来片面性影响。由此看来，在运营隧道健康安全状况综合评价指标的选取时要遵循一定的原则，使得所选取的指标具有足够代表性和能更好地反映运营隧道的健康状态，原则如下： （1）系统性原则
运营隧道结构健康安全评价系统是一个复杂的一人交互系统，预测、分析和解决运营隧道的安全问题需要以整个系统工程的集成思想来思考。
17
（2）定量为主，定性为辅的原则
构建综合评价体系时，要达到定量与定性相结合的原则，在已有的定性分析基础上，能够对各项指标进行进一步的量化处理，从而使指标具有较好的可量度性，更能代表评价对象某一方面的具体特征，以便更加科学、客观以及合理的评价。 （3）指标之间的独立性原则
评价体系中所选取的指标的内涵应该非常明确，不能多个指标的表达含义相互混杂或者内容的含义类似的，要确保同一个层次里，各项评价指标之间互相独立，这样才能够保证结构健康安全评价结果的全明性与真实性。 （4）科学性与可靠性原则
进行运营隧道结构健康安全评价目的，是为了提高运营隧道的安全管理水平，保证隧道运营的安全，那么评价指标的必须具备可靠性和科学性。
1．运营隧道健康安全评价体系指标的选取
在充分考虑运营隧道健康安全的丰富内涵以及其显著特征的基础上，为了使得运营隧道健康安全这一多指标多层次的复杂问题能够得到科学合理有效地解决，本文根据层次分析的基本思路来确立健康安全指标评判基准与评价指标体系，具体实现步骤如下。
首先将运营隧道常见总病害成因归纳为外荷载作用、隧道结构应力变形、材质劣化以及渗漏水4个二级子系统病害，然后对每个二级子系统构建了各自的三级病害指标，从工程应用的角度出发 ，从中选取了 19 个可定量化的指标因素作为评价指标。
另外，由于各评价指标原始数据的度量方法、取值范围以及计量单位各不相同，为了便于计算和统一评价，因此需采用极差变换进行量归一化处理。
2．运营隧道健康安全评价体系的建立
本文参照影响隧道结构安全的外在环境因素和内在作用机理因素，同时根据工程的实际情况，运用层次分析法原理，将运营隧道结构健康安全评价体系，自下而上地分解为若干个层次，从而合理有效地确定各层次的评价项目，①代表具体的“ 三级评价项目 ”，即可以通过检测、监测等方法能够在实际工程中获取的指标数据[5]；
18
② 代表“ 二级评价项目 ” ，代表若干具体指标可以归于一类的项目，即以某类准则划分因素的大的门类；③代表 “区段情况的综合评价， 亦即宏观角度评价盾构隧道的健康状况，从而形成一个包含多个评价子项目多级评价指标的分层次评价系统，如图2-4，
运营隧道结构健康安全评价 H③ 外荷载作用L1隧道结构应力变形S1材质劣化M1渗漏水W1②累积沉降值差异沉降值拱顶土压力增大系数钢筋应力差控制系数环向接缝宽度纵向接缝宽度环向错台径向错台环缝错齿 纵缝错齿螺栓应力与强度之比裂缝宽度裂缝密度剥落区域直径衬砌强度降低比每单点浸湿渗面漏积点 渗透水量我PH100m2中性偏离量① L112.4 安全评价体系模糊评价集的建立和区间量化
在传统的多目标决策法中，指标的值是确定的，可以通过仿真分析、解析计算和专家评估等方法获得。实际上，由于数据来源的限制、数据的性质不同、计量单位不一、计算模型的差异化，专家评估的主观差异等，很难获得各个指标的准确值。实际工程应用中，经常通过给定指标参数的变化区间或概率分布来解决指标的不确定性问题。参照层次分析法的相对重要性[49]和技术成熟度的等级量度术[50] ，本文建立[0-1]区间的模糊评语集。具体实现步骤如下，
L12L13 L14 S11S12S13S14S15S16S17M11 M12M13M4W11W12W13W14图2-4 运营隧道结构健康安全评价体系
19