公路隧道智慧运维

应用信息技术，建设智慧隧道，改造传统产业提

纲一、公路隧道运营维护管理现状二、公路隧道智慧运维技术思路三、公路隧道智慧运维关键技术一、公路隧道运营维护管理现状我国已是世界上公路隧道最多、发展最快的国家。截止2016年底，我国大陆已建成通车的公路隧道为15181座，总长14039.7km。建设与运营技术正进入世界先进行列。建成以秦岭终南山隧道、上海崇明长江隧道、厦门翔安海底隧道等世界级工程为代表的3882座长/特长隧道科技创新支撑公路隧道技术体系建立。国家科技计划、交通西部科技项目全面实施，突破设计、施工、检测、加固、养护管理及防灾减灾等技术一、公路隧道运营维护管理现状国内隧道运营维护面临主要问题：

隧道建设周期短、工程质量堪忧；

在人、财、物等方面长期资源不足，造成了隧道养护管理技术较为落后的被动局面

养护工作人员流动性大，技能匹配度低

隧道养护经费紧张，资金缺口大

养护设备机械化、自动化程度低

养护数据记录堆砌无用，信息处理手段落后

养护管理停留在预防性养护的口号层面，可操作性差一、公路隧道运营维护管理现状国内隧道运营维护技术关键问题

我国公路隧道规模增长迅速，随着服役期增长，养护压力逐步增大——规模；

隧道结构具有半隐蔽特性，健康状况监测难度大，难以防患于未然——难度；

隧道逃生性能差，一旦发生安全事故（例如垮塌、火灾等），施救抢险难度高，社会影响大——风险。一、公路隧道运营维护管理现状国内隧道运营维护技术发展趋势

理念：早期预警、预防性养护、风险防控；

评估：多维度、多指标相结合的技术评估；

手段：

机械化、快速化的检测手段

模块化、专业化的处治手段

信息化、智能化的管理手段

标准化、规范化的工作手段

目标：基于全寿命预测的科学养护计划下的成本控制提

纲一、公路隧道运营维护管理现状二、公路隧道智慧运维技术思路三、公路隧道智慧运维关键技术二、公路隧道智慧运维技术思路互联网+的时代背景2015年3月5日十二届全国人大三次会议，李克强总理首次提出“互联网+”实际上是创新2.0下互联网发展新形态、新业态，是知识社会创新2.0推动下的互联网形态演进。——“制定“互联网+”行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，引导互联网企业拓展国际市场。”2016年11月17日杨传堂在世界互联网大会发出倡议：以泛在互联全面感知便捷交互为目标

推动“互联网+”与交通运输融合发展——未来的互联网将逐步演化成为一个万物感知、交互联动、无处不在的泛在网络，继续加强交通基础设施建设及智能化改造。二、公路隧道智慧运维技术思路互联网+的时代背景“

互联网+”时代的

“智慧隧道”——以打造“智慧隧道”为目标，依托移动互联+云计算+大数据+物联网技术，探索“基础设施建设运营全生命周期管理”模式二、公路隧道智慧运维技术思路“

互联网+”时代的

“智慧隧道”智慧隧道就是让隧道工程建设者和运营者作为隧道主体更聪明。它通过互联网把无处不在的被植入隧道本体和周围地层中的智能化传感器和实时跟踪移动目标的GPS定位单元和无线射频识别单元连接起来形成的物联网，实现对物理隧道（隧道本体和环境）和隧道建设者和设备的全面感知，利用云计算技术对感知信息进行智能处理和分析，实现网上“数字隧道”与物联网的融合，并发出对包括超前地质预报、设计方案和修改、施工方案的实施、预警信息的发布、应急防治方案的实施等作出智能化响应和决策支持的指令。二、公路隧道智慧运维技术思路做好智慧隧道工程数据交换共享平台建设这是一个智慧信息基础设施智慧应用服务技术支持层智感应用服务层的推进过程。要有4方面的提升：①

三维可视化表达——统一时空基准的四维信息；②

“静态数据+周期性更新”——“实时获取+动态更新”；③

“有限服务”——“全面深度服务”；④

“事后分析+辅助决策”——“实时分析+智能数据挖掘+知识发现+实时决策”二、公路隧道智慧运维技术思路提

纲一、公路隧道运营维护管理现状二、公路隧道智慧运维技术思路三、公路隧道智慧运维关键技术三、公路隧道智慧运维关键技术•

物联网技术•

智能分析•

监测预警•

结构检测车•

视频监测技术•

全线监测技术物联网自动化实时监测采集技术智慧化预防性养护技术决策支持•

技术状态评价•

决策支持平台•

运维决策•可维护性防排水•混凝土防裂•模块化处治平台三、公路隧道智慧运维关键技术3.1隧道设施设备自动化监测三、公路隧道智慧运维关键技术

基于视频的结构变形在线监测系统1测量方法标识点

每个测点处布置一个标识点，每100m左右布置一个摄像机（特殊地方需要增加摄像机）

保持相邻的摄像机断面间的通视

一定数量的摄像机接入小交换机

小交换机接入就近的PLC或工作站标识点三、公路隧道智慧运维关键技术

基于视频的结构变形在线监测系统2测量原理与参数布设标示点周期性控制摄像机变焦传输照片至监控中心测量原理

测量内容量程和精度量程：0～1000mm；精度：水平位移和差异沉降1mm（100m处），距离越近，精度越高；对照片进行自适应波变换灰度阀值变换，获取二值图像图像处理和摄影测量处理水平竖向变形图像边缘监测，获取标示点标示点位移计算一、研究方向-运营期结构风险研究课题：隧道工程长期性能演变理论与监测评估技术针对隧道结构运营期病害严重、监测检测和评估方法落后

结构长期性能演变规律与安全评估模型；

全隧技术状态长期监测系统及长寿命传感器；

基于全隧监测的隧道结构风险快速识别评估预警技术；19三、公路隧道智慧运维关键技术3.2隧道快速检测车激光系视频系三、公路隧道智慧运维关键技术3.2隧道快速检测车

衬砌：结构表观病害、结构内部缺陷；

围岩：空洞、地下水；

几何：内空断面、异常变形；

设施设备：通风、照明、电缆桥架等；

环境：空气、光照、噪声等。三、公路隧道智慧运维关键技术病害标识根据数据处理后得到的实际图谱，与预设的病害标准图对比分析，分别对应标识相应病害现象如不同宽度的衬砌裂缝、不同状态的渗漏水、露筋、衬砌掉块等。三、公路隧道智慧运维关键技术3.2隧道快速检测车检测车速度裂缝探测渗漏水探测异常表观•

激光系：5km/h；视频系：40-60km/h以上•

隧道表面裂缝宽度分辨率0.3mm以上•

隧道表面渗漏水病害面积大于10mm²•

隧道表面异常面积大于10mm²•

激光扫描频率20~300Hz隧道轮廓三、公路隧道智慧运维关键技术研究课题：隧道衬砌内部全断面快速扫描与病害识别成像技术24三、公路隧道智慧运维关键技术研究课题：隧道衬砌内部全断面快速扫描与病害识别成像技术三、公路隧道智慧运维关键技术研究课题：隧道衬砌内部全断面快速扫描与病害识别成像技术26三、公路隧道智慧运维关键技术研究课题：隧道衬砌内部全断面快速扫描与病害识别成像技术27三、公路隧道智慧运维关键技术标准规范：公路隧道衬砌结构快速检测技术规范

激光系快速检测要求和规程

视频系快速检测要求和规程

雷达系快速检测要求和规程

基于快速检测的结构技术状况评估方法

快速检测成果报告要求28三、公路隧道智慧运维关键技术3.3隧道结构技术状况评定方法

1）现行养护规范隧道各检测项目技术状态指标：隧道分项技术状态指标：JGCI

max(JGCI

)iijn(JGCI

w

)ii14nwi

)）iJGCI

100

i1100（n4i1wii1分项分项权重wi分项分项权重wi洞口洞门155检修道排水设施吊顶及预埋件内

装26102衬砌破损衬砌渗漏水路面40155交通标志、标线三、公路隧道智慧运维关键技术3.3隧道结构技术状况评定方法

1）现行养护规范当无法确定裂缝是否存在开展时的判定标准裂

缝

宽

度

b

（mm）裂

缝

长

度

l

（m）评定状况结构衬砌b＞55≥b＞33≥bl＞1010≥l＞55≥l√值3/42/32/33√√√√√√√√√√√√2/32√√√1/230三、公路隧道智慧运维关键技术3.3隧道结构技术状况评定方法

1）现行养护规范基于变形速率的判定标准变

形

速

度

v

(mm/年)结

构衬

砌评定状况值v

≥

10√10

＞

v

≥

33

＞

v

≥

11

＞

v4321√√√当裂缝存在发展时的判定标准裂

缝

宽

度

b

（mm）裂

缝

长

度

l

（m）结构衬砌评定状况值b

>

3b

≤

3l

>

5l

≤

5√√√3/42/32√√√√√231三、公路隧道智慧运维关键技术研究课题：结构长期性能演变规律与安全评估模型32三、公路隧道智慧运维关键技术3.4隧道防排水系统可维护技术33三、公路隧道智慧运维关键技术3.4隧道防排水系统可维护技术深埋水沟布置在电缆沟下深埋水沟布置在路侧边沟下34三、公路隧道智慧运维关键技术3.4隧道防排水系统可维护技术隧道可维护排水系统35三、公路隧道智慧运维关键技术3.4隧道防排水系统可维护技术纵向盲管检查井36三、公路隧道智慧运维关键技术3.4隧道防排水系统可维护技术水箱排水系统导通机器人高压水管控制系统高压清洗机视频检测仪高压清洗喷（钻）头爬行器三、公路隧道智慧运维关键技术3.4隧道防排水系统可维护技术排水系统导通机器人38三、公路隧道智慧运维关键技术3.5隧道衬砌混凝土预养护防裂技术

非结构性裂缝

+结构性裂缝：39三、公路隧道智慧运维关键技术3.5隧道衬砌混凝土预养护防裂技术

非结构性裂缝：水泥基渗透结晶型+纤维装载微生物自愈合40三、公路隧道智慧运维关键技术3.5隧道衬砌混凝土预养护防裂技术

非结构性裂缝：水泥基渗透结晶型+纤维装载微生物自愈合41三、公路隧道智慧运维关键技术3.5隧道衬砌混凝土防裂技术

结构性裂缝：纤维增强高性能水泥基复合材料隧道衬砌加固一般采用从起拱线为起终点，形成半拱形加固带，厚度一般为2~3cm。可以替代贴碳纤维布、钢板带等加固方式。42三、公路隧道智慧运维关键技术3.6不中断交通/低交通影响的隧道病害处治平台

隧道扩建平台43三、公路隧道智慧运维关