DB32/T 4243-2022 水下隧道结构健康监测技术规程

ICS03.120.20

CCSZ10/39

32

江苏省地方标准

DB32/T4243—2022

水下隧道结构健康监测技术规程

Technicalspecificationofstructurehealthmonitoringforunderwatertunnel

2022-03-23发布2022-09-01实施

江苏省市场监督管理局江苏省住房和城乡建设厅发布

DB32/T4243—2022

目次

前言...........................................................................II

1总则................................................................................1

2规范性引用文件......................................................................1

3术语和符号..........................................................................1

4基本规定............................................................................3

5结构健康监测的内容..................................................................4

5.1一般规定........................................................................4

5.2监测项目与数据要求..............................................................5

5.3监测区段、监测断面及测点........................................................7

6结构健康监测系统设计................................................................8

6.1一般规定与总体设计..............................................................8

6.2传感器子系统....................................................................9

6.3数据采集与传输子系统............................................................9

6.4数据处理与控制子系统...........................................................10

6.5数据存储与管理子雄.............................................................11

6.6状态评估与预警子系统...........................................................11

6.7用户界面子系统.................................................................12

7施工结构健康监测系统施工与验收.....................................................13

7.1一般规定.......................................................................13

7.2传感器安装.....................................................................14

7.3综合布线.......................................................................16

7.4采集站与机房安装...............................................................18

7.5软件开发、测试与部署...........................................................19

7.6系统调试.......................................................................20

7.7系统试运行.....................................................................20

7.8系统验收.......................................................................21

8结构健康监测系统维护...............................................................24

8.1一般规定.......................................................................24

8.2传感器子系统...................................................................25

8.3数据采集与传输子系统...........................................................25

8.4数据处理与控制子系统...........................................................26

8.5数据存储与管理子系统...........................................................26

8.6状态评估与预警子系统...........................................................27

8.7用户界面子系统.................................................................27

附录A（资料性）水下隧道结构健康监测常用传感器.................................28

附录B（资料性）层次分析法.....................................................31

I

DB32/T4243—2022

前言

本规程按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

本规程由江苏省住房和城乡建设厅提出。

本规程由江苏省住房和城乡建设厅归口。

本规程起草单位：苏交科集团股份有限公司、南京大学、南方科技大学、南京交通运营管理集团有

限公司、南京市公共工程建设中心、扬州市隧道管理处。

本规程主要起草人：黄俊、张巍、张忠宇、陈喜坤、邵理阳、沈阳、丁鸿志、鄂俊宇、闫立胜、房

倩、黄大维、牛晓凯、李建春、董飞。

II

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水下隧道结构健康监测技术规程

1总则

1.0.1为规范结构健康监测技术在水下隧道中的应用，提高水下隧道结构维护管理水平，促进相关

技术的提升，制订本规程。

1.0.2本规程适用于盾构法、堰筑法、钻爆法、顶管法及沉管法水下隧道的结构健康监测，其他类

型隧道可参照执行。

1.0.3水下隧道结构健康监测除应符合本规程外，应同时符合国家现行有关标准的规定。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB50982建筑与桥梁结构监测技术规范

GB50911城市轨道交通工程监测技术规范

GB50497建筑基坑工程监测技术标准

GB50311综合布线系统工程设计规范

GB50312综合布线系统工程验收规范

GB50446盾构法隧道施工及验收规范

GB50300建筑工程施工质量验收统一标准

GB/T14412机械振动与冲击加速度计的机械安装

GB/T15532计算机软件测试规范

GB/T9386计算机软件测试文档编制规范

GB50205钢结构工程施工质量验收标准

GB50303建筑电气工程施工质量验收规范

GB50343建筑物电子信息系统防雷技术规范

JT/T1037公路桥梁结构安全监测系统技术规程

JTGH12公路隧道养护技术规范

CJJ/T289城市轨道交通隧道结构养护技术标准

JTGF80/1公路工程质量检验评定标准

CECS333结构健康监测系统设计标准

T/CECS652结构健康监测系统运行维护与管理标准

T/CECS529大跨度桥梁结构健康监测系统预警阈值标准

DB32/T2880光纤传感式桥隧结构健康监测系统设计、施工及维护规范

3术语和符号

下列术语和符号适用于本文件。

3.1

水下隧道TunnelUnderwater

1

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下穿河流、湖泊、海湾或海峡等水域的隧道。

3.2

结构健康监测StructuralHealthMonitoring

利用现场的、无损的方式采集结构与环境信息，分析结构反应的各种特征，获取结构因环境因素、

损伤或退化而造成的改变。

3.3

结构健康监测系统StructuralHealthMonitoringSystem

一种集传感、数据采集与传输、结构状态参数与损伤识别、性能评价与预测技术为一体的自动化、

信息化监测系统，主要由传感器及采集仪器设备等硬件系统和数据分析及结构分析等软件系统构成，通

过对结构进行连续性（包括实时或不同频度）测试，实现对结构当前及未来服役状况与潜在风险的分析

和评价。

3.4

风险源RiskSource

可能导致事故发生的直接因素。

3.5

风险Risk

采用山石或其它材质制作的仿山石，配置组合成山峦和山间局部形态。某一事故发生的可能性和严

重程度的组合。

3.6

结构安全风险分析StructuralSafetyRiskAnalysis

对风险源可能导致的事故进行分析，找出可能致害物、事故原因等。

3.7

隧道病害TunnelDisease

隧道在运行过程中由于外力、材料劣化等造成的影响隧道使用功能的损伤及劣化状态。

3.8

测点MeasuringPoint

布置传感器的点位。

3.9

监测断面MonitoringSection

对应隧道某一桩号，进行测点布置的隧道断面。

3.10

监测区段MonitoringArea

由多个监测断面组成，具有一定代表性，能够集中反映隧道结构或环境变化的连续监测范围。

3.11

采集站MeasuringUnit

构成假山有特定形态和功能作用的石峰、石壁等石体。将不同被测参量的数据采集设备、数据传输

设备集中安放的装置。

3.12

温度补偿TemperatureCompensation

岩体壁面裂隙和凹槽。采取有效措施以抵消或减弱温度变化对被测物理量特性造成的影响。

3.13

监测频率MonitoringFrequency

分开的对立岩体形成隘口和隘路地形，也可构成各自独立的主次峰、壁体。单位时间内的监测次数。

2

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3.14

预警阈值PrecautionValue

叠置假山的各类山石块和用建筑材料加工出的仿山石块。对隧道运营环境、结构构件可能出现的不

同程度异常或危险，所设定各监测点设备的监测参数警戒值。

3.15

结构安全预警Early-warningofStructuralSafety

料石表面的浅细裂痕和凹凸面棱。结构荷载作用、响应或评价指标超过预警阈值时，结构健康监测

系统按预定方式自动发出警告的行为。

3.16

结构安全状态评价StructureHealthStateEvaluation

塑石表面呈现出的平滑和粗糙感。通过监测数据分析水下隧道结构当前的工作状态，并与相应的临

界状态进行比较分析，评价其安全程度。

𝐶𝑅——判断矩阵相对一致性指标；

𝑥——监测指标数值；

𝑥0——竣工状态水下隧道某监测项目理论设计值；

𝑥𝑖——运行状态下水下隧道同一监测项目的第𝑖次实测值；

𝑛——运行状态下水下隧道同一监测项目的实测总数；

𝑥𝑚𝑖𝑛——监测指标在区域范围内的最小值；

𝑥𝑚𝑎𝑥——监测指标在区域范围内的最大值。

4基本规定

4..1水下隧道工程在设计阶段应提出结构健康监测技术要求，相关设施宜与隧道施工同期实施。

4..2结构健康监测应满足在全寿命周期内掌握水下隧道结构安全状态的要求。

4..3结构健康监测内容应结合结构安全风险分析进行确定，主要包括监测项目、监测区段、监测断面

及测点等。

4..4结构健康监测应充分利用隧道施工期间既有的监测设备和监测数据。

4..5结构健康监测宜按照图4.0.5所示流程开展工作。

3

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资料收集

结构安全风险分析

确定监测内容

结构健康监测系统设计修复、升级或改造

结构健康监测系统

实施与验收否

数据分析与预警系统排查是否满足使用要求

是

图4.0.5结构健康监测工作流程

4..6结构健康监测系统应具有采集、传输、存储、数据处理、预警与安全状态评估等功能，应包含以

下子系统：

1传感器子系统。

2数据采集与传输子系统。

3数据处理与控制子系统。

4数据存储与管理子系统。

5状态评估与预警子系统。

6用户界面子系统。

4..7结构健康监测系统的硬件和软件应遵循稳定可靠、经济适用、技术先进、操作方便、便于维护更

换及扩展升级的基本原则。

4..8结构健康监测系统的硬件不得侵入水下隧道建筑限界。

4..9正常维护或更换监测设备时，结构健康监测应保证数据采集的一致性和数据使用的连续性。

4..10隧道出现影响结构安全的病害时，相应位置应补充结构健康监测测点。

4..11当隧道外部环境出现骤变时，应增加监测频次，必要时应增加监测项目。

5结构健康监测的内容

5.1一般规定

5.1.1结构健康监测应采用现有监测技术，并积极采用新方法、新技术。

5.1.2水下隧道工程应基于项目建设条件、工程施工过程资料及隧道运行期特点，从外部环境、内部

环境及结构自身确定结构安全风险源。

5.1.3隧道建设期资料主要包括以下内容：

1隧道设计图纸。

4

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2隧道工程地质与水文地质勘察报告。

3场地地震安全性评价报告。

4水文分析计算报告。

5施工日志。

6施工期监测报告。

5.1.4隧道运行期资料主要包括以下内容：

1隧道交工/竣工验收的相关资料。

2隧道养护维修资料。

3运行期监测报告。

4运行安全事故等相关资料。

5.2监测项目与数据要求

5.2.1隧道开展了运行期结构安全风险评估时，结构健康监测项目应由可接受风险的工况进行确定；

未开展运行期结构安全风险评估时，结构健康监测项目宜参照图4.2.1与表4.2.1所示内容进行确定。

前期准备

梳理结构安全风险源

与风险清单

定量或定性分析

发生概率

主要判

危害大小

定指标

待处理的紧迫性是否接受非监测项目

其他判监测成本、技

监测项目

定指标术成熟度等

图5.2.1监测项目确定流程

表5.2.1结构健康监测风险源与监测项目

类别风险源风险源描述监测项目

地层软硬不均、软土地区加固与非加固分界、断层破

工程地质条件突变

碎带等

上覆土压力（围岩压

抛石、深槽、回淤或冲刷较大位置

力）极大或极小

外部环境不均匀沉降、接缝伸缩、错台、断面收敛、螺栓应

上方存在道路、堤岸、铁路、文物等需要保护的建（构）

风险上方存在重要设施力、混凝土裂缝、渗漏水、土水压力等

筑物

近接施工近接基坑开挖及降水作业、平行或交叉隧道工程

意外事件施工期间的安全事故、沉船、地质钻孔

5

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类别风险源风险源描述监测项目

温差效应温度变化带来材料热胀冷缩温度、混凝土应力

行车振动行车振动振动、混凝土裂缝

内部环境

杂散电流杂散电流杂散电流、钢筋锈蚀

风险

空气湿度湿度较大区域材料老化速度快湿度、钢筋锈蚀、混凝土碳化等

意外事件行车碰撞、火灾等混凝土裂缝等

隧道明暗分界处、施工方法变化处、匝道汇入断面、

结构刚度突变附属用房共建节段、联络通道、叠层段与普通段衔接不均匀沉降

结构自身区域等位置

风险施工误差较大盾构始发接收段、转弯半径较小处、成品误差较大处错台、接缝伸缩、渗漏水、混凝土裂缝等

施工质量问题施工质量引起的结构问题错台、渗漏水、混凝土裂缝等

5.2.2监测项目应考虑水下隧道施工方法的差异，综合工作条件、结构受力、结构变形及结构材料耐

久性等工程特点，并参考表5.2.2进行确定。

表5.2.2水下隧道结构健康监测项目

类别结构材料耐久性监测

工作条件监测项目结构受力监测项目结构变形监测项目其他监测项目

施工方法项目

不均匀沉降

接缝伸缩

土压力混凝土应力

错台

水压力钢筋应力

盾构法扭转钢筋腐蚀渗漏水等

温度螺栓应力

断面收敛

振动加速度管片接触压力

裂缝宽度

管片倾斜与偏转

不均匀沉降

土压力

接缝伸缩

水压力混凝土应力钢筋腐蚀

堰筑法错台渗漏水等

温度钢筋应力混凝土碳化

扭转

振动加速度

裂缝宽度

土压力（围岩与初衬

接触压力）不均匀沉降

初衬与二衬接触压接缝伸缩

混凝土应力

力错台钢筋腐蚀

钻爆法钢筋应力渗漏水等

水压力扭转混凝土碳化

锚杆轴力

围岩温度断面收敛

振动加速度裂缝宽度

不均匀沉降

土压力

接缝伸缩

水压力混凝土应力钢筋腐蚀

顶管法错台渗漏水等

温度钢筋应力混凝土碳化

扭转

振动加速度

裂缝宽度

不均匀沉降

土压力

混凝土应力接缝伸缩

水压力钢筋腐蚀

沉管法钢筋应力错台渗漏水等

温度混凝土碳化

限位装置内力扭转

振动加速度

裂缝宽度

5.2.3水下隧道遇到下列情况时，应复核已有监测项目对相关指标的反映情况，必要时应增加监测项

目和测点：

1隧道结构出现病害。

2隧道内出现安全事故。

3周边存在对隧道有影响的在建、已建工程。

4周边发生重大自然灾害。

6

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5其他对隧道结构产生影响的突发事件。

5.2.4采用自动化实时监测方法不能充分掌握结构安全情况时，应补充其他如人工巡检、机器人巡检

等方法。

5.2.5水下隧道隐蔽狭小空间内的接缝变形（张开、错台）、渗漏水宜采用智能机器人进行监测。

5.2.6监测项目的数据精度和采样频率应不低于表5.2.6的规定。

表5.2.6监测项目的数据精度和采样频率要求

监测项目精度要求采样频率监测项目精度要求采样频率

土压力0.01MPa1次/h螺栓应力0.01MPa1次/h

水压力0.01MPa1次/h接触压力0.01MPa1次/h

整体沉降0.1mm1次/h裂缝宽度0.01mm1次/h

不均匀沉降0.1mm1次/h错台0.1mm1次/h

接缝伸缩0.1mm1次/h锚杆轴力0.01MPa1次/h

混凝土应力10με1次/h扭转0.5°1次/h

钢筋应力0.01MPa1次/h振动加速度0.1g100Hz

5.2.7同一区段进行变形、受力、温度监测时，数据采集宜同步。

5.2.8水下隧道发生以下事件时，应提高健康监测系统采样频率。

1汛期、低温。

2保护区内施工作业。

3重大自然灾害。

4隧道内安全事故。

5.2.9结构健康监测应采取措施减少温度等环境因素对传感器的影响。

5.3监测区段、监测断面及测点

5.3.1监测区段、监测断面与测点应具有代表性，便于结构健康监测系统的施工与后期维护。

5.3.2监测区段应布置在下列位置：

1隧道建设范围地层起伏较大与地质发生突变处。

2隧道穿越断层及地质构造发育处。

3隧道与周边建（构）筑物交叉处。

4隧道结构刚度突变处。

5发生危及隧道结构安全的事故处。

6采用不同施工方法修建的水下隧道尚应考虑表5.3.2所列监测区段。

表5.3.2不同施工方法的水下隧道监测区段

施工方法监测区段

1埋深小于1倍洞径或大于3倍洞径的区段。

盾构法2冲刷或淤积对覆盖层厚度可能产生影响的区段。

3水深大于25m的区段。

1可能会出现沉船或抛锚的通航区段。

堰筑法2冲刷或淤积对覆盖层厚度可能产生影响的区段。

3水深大于10m的区段。

7

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1地质条件为V级及VI级围岩区段。

钻爆法2埋深小于1倍开挖跨度的IV级围岩区段。

3水深大于30m的区段。

1可能会出现沉船或抛锚的通航区段。

沉管法2冲刷或淤积对覆盖层厚度可能产生影响的区段。

3水深大于20m的区段。

1水深大于15m的区段。

顶管法

2冲刷或淤积对覆盖层厚度可能产生影响的区段。

5.3.3监测断面的布置应反映隧道横向或纵向的力学特征和监测项目的特点，并便于结构健康监测系

统的施工和维护。

5.3.4测点的位置和数量宜根据监测项目特点，结合水下隧道结构类型、外部环境、设计要求、施工

过程及结构计算成果等综合确定，并应符合下列规定：

1反映监测对象的实际状态及变化趋势。

2布置在便于传感器安装、测读、维护和更换的位置。

3便于数据采集，利于缩短信号的传输距离。

4结合结构的对称性，减少测点布置数量。

5.3.5工作条件监测测点布置应满足以下要求：

1土水压力监测宜选择断面顶部、腰部、底部进行测点布置。

2地震动监测应根据设防烈度、抗震设防类别、结构重要性、结构类型和地形地质条件进行测点

布置。

3车道板振动测点宜布置在车道板中间及牛腿（支座或纵梁）处。

5.3.6结构受力监测测点布置应满足以下要求：

1混凝土、钢筋应力测点应优先布置在衬砌受力计算内力包络图最值出现的位置，且应在衬砌内

侧和外侧对称布置。

2螺栓应力监测测点的布置不应降低螺栓自身的性能，且应选取同一环受力较大的螺栓进行监测。

5.3.7结构变形监测测点布置应符合以下要求：

1布置不均匀沉降测点的接缝宜同时布置接缝伸缩测点。

2不均匀沉降采用液位式静力水准仪测量时，测点之间的高差不宜大于