盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)智慧感知理論、方法與實踐

為解決地下結(jié)構(gòu)性能演化機(jī)制難清、健康狀態(tài)難知、結(jié)構(gòu)損壞難修等工程科學(xué)難題，2011年朱合華教授牽頭國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目“城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)性能演化與感控基礎(chǔ)理論”的研究。由國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金資助出版的《盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)智慧感知理論、方法與實踐》一書主要源于黃宏偉教授團(tuán)隊負(fù)責(zé)的課題三“超長線狀地下結(jié)構(gòu)狀態(tài)智慧感知理論與方法”的研究成果和后續(xù)多年的工程應(yīng)用。

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黃宏偉 王飛 張東明 何斌 著

ISBN 978-7-03-083306-8

責(zé)任編輯：任加林

隧道工程是國家重大基礎(chǔ)設(shè)施工程。我國隧道工程的建設(shè)速度與規(guī)模均居世界第一。盾構(gòu)隧道作為我國地下交通、能源輸送等重大基礎(chǔ)設(shè)施的核心載體，其建設(shè)規(guī)模和技術(shù)難度已位居世界前列。盾構(gòu)隧道穿越的復(fù)雜巖土介質(zhì)變異性高，變異系數(shù)超傳統(tǒng)土木材料200%。在盾構(gòu)隧道建設(shè)和運行過程中，由于地質(zhì)環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式、運行條件和周邊施工等因素影響，盾構(gòu)隧道產(chǎn)生大量病害，引發(fā)結(jié)構(gòu)安全隱患和安全風(fēng)險事故。在復(fù)雜惡劣環(huán)境下，半封閉盾構(gòu)隧道安全狀態(tài)感知難、成本高；預(yù)警響應(yīng)滯后，安全風(fēng)險難于控制，導(dǎo)致災(zāi)害頻發(fā)，后果嚴(yán)重。保障盾構(gòu)隧道全生命周期安全，是基礎(chǔ)設(shè)施智能化轉(zhuǎn)型的核心命題，更是踐行國家防災(zāi)減災(zāi)戰(zhàn)略的重要舉措。盾構(gòu)隧道工程安全技術(shù)與產(chǎn)品攻關(guān)成為國家重大戰(zhàn)略需求。本書瞄準(zhǔn)在復(fù)雜環(huán)境條件下的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險識不清、測不準(zhǔn)和傳不好等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，論述了隧道工程結(jié)構(gòu)智慧感知的理論、方法、技術(shù)、產(chǎn)品和工程實踐。相關(guān)成果對我國地下工程安全風(fēng)險管控和防災(zāi)實現(xiàn)智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型起到了推動作用，相關(guān)推廣應(yīng)用產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。

全書立足國家重大戰(zhàn)略需求，構(gòu)建了盾構(gòu)隧道安全“風(fēng)險精識-狀態(tài)精感-數(shù)據(jù)精傳”的完整技術(shù)體系。在理論層面，創(chuàng)建了復(fù)雜多重環(huán)境下盾構(gòu)隧道安全風(fēng)險評價理論與感知指標(biāo)體系，為風(fēng)險量化識別提供了科學(xué)依據(jù)；在技術(shù)層面，率先研發(fā)系列化無線感知設(shè)備與多參數(shù)感知方法，突破了半封閉環(huán)境下精準(zhǔn)監(jiān)測的技術(shù)瓶頸；在工程應(yīng)用層面，構(gòu)建超低功耗無線智慧傳感網(wǎng)絡(luò)理論，打通了數(shù)據(jù)傳輸“最后一公里”，并成功將研究成果轉(zhuǎn)化為《基礎(chǔ)設(shè)施無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》（T/CCES 17—2020），實現(xiàn)了“理論—技術(shù)—標(biāo)準(zhǔn)—實踐”的全鏈條落地。

盾構(gòu)隧道安全實時監(jiān)控系統(tǒng)示意

本書共7章，由多名相關(guān)專業(yè)教授撰寫。第1章緒論，主要介紹盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全現(xiàn)狀及存在問題，以及隧道工程安全智慧感知技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀；第2章復(fù)雜環(huán)境下盾構(gòu)隧道工程結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險特征，分別針對地層參數(shù)空間變異、外部擾動條件下，研究盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全性能，提出多重復(fù)雜環(huán)境作用下盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險評價指標(biāo)；第3章盾構(gòu)隧道無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，介紹系統(tǒng)的基本構(gòu)架、無線傳感網(wǎng)絡(luò)主要類型、適用于盾構(gòu)隧道的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)設(shè)計；第4章盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)多參數(shù)無線感知方法與傳感支點，針對盾構(gòu)隧道橫向變形、縱向變形、滲漏水、接縫及裂縫變形，研究多種參數(shù)的感知理論與方法，并研發(fā)相應(yīng)傳感器，提出隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測位置優(yōu)化及魯棒性布設(shè)方法；第5章盾構(gòu)隧道工程環(huán)境下無線傳感網(wǎng)絡(luò)理論與方法，系統(tǒng)介紹隧道內(nèi)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信影響因素、組網(wǎng)策略、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r空壓縮與恢復(fù)方法，并設(shè)計研發(fā)了低功耗、異構(gòu)無線傳感網(wǎng)絡(luò)；第6章無線傳感網(wǎng)絡(luò)在盾構(gòu)隧道工程中的試驗與工程應(yīng)用實踐，介紹隧道正常運營期間和事故整治階段無線智慧感知技術(shù)的實際應(yīng)用案例。第7章為總結(jié)與展望，即總結(jié)研究成果并展望盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)智慧感知的發(fā)展方向。

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本書介紹了盾構(gòu)隧道工程安全風(fēng)險智慧感知的理論、技術(shù)和方法及作者研究團(tuán)隊最新的研究成果，希望讀者對隧道工程安全風(fēng)險智慧感知技術(shù)有一個較為系統(tǒng)的了解，并能把握現(xiàn)有最新技術(shù)及發(fā)展方向。本書研究內(nèi)容得到了國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委員會、同濟(jì)大學(xué)、上海申通地鐵集團(tuán)有限公司等的大力支持；感謝973課題組謝雄耀教授、周彪副教授、李剛副教授，黃栩、邵華、徐然、王魁、程姝菲、殷建國、薛哲敏、施靜康、謝欣、萬靈、郁宏杰、李永剛、許點紅等研究生的相關(guān)研究工作。感謝無錫悟莘科技有限公司在無線傳感網(wǎng)絡(luò)、傳感器研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用推廣中做出的貢獻(xiàn)。非常感謝朱合華院士欣然為本書作序。

本文摘編自《盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)智慧感知理論、方法與實踐》（黃宏偉等著. 北京 : 科學(xué)出版社, 2026. 1）一書“序”“前言”，有刪減修改。

盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)智慧感知理論、方法與實踐

黃宏偉 王飛 張東明 何斌 著

ISBN 978-7-03-083306-8

責(zé)任編輯：任加林

（本文編輯：劉四旦）

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