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隧道结构在运营期间会产生不同类型、不同程度的病害，病害的存在一定程度上会影响隧道结构的正常运营，对于水下盾构隧道，运营期间承受水压、土压力及地下水腐蚀作用，其运营风险更高，因此，为实现隧道结构运营状况的实时监测，国内外学者提出了隧道结构健康监测的概念，即通过现场安装的传感器获得的结构响应信息实现对结构的运营状况的实时评价。目前隧道结构健康监测系统的研究工作刚刚起步，国内外成熟的工程案例及安全评价指标相对较少，本文以武汉长江隧道结构健康监测系统为工程背景，对隧道结构健康监测系统构建中涉及的相关问题进行了研究，主要工作及结论如下: (1)隧道结构健康监测数据预处理 稳定、可靠的监测数据是实现隧道结构运营状况评价的基础，但由于受环境温度、湿度及传感器误差等的影响，监测数据中不可避免的含有粗差、误差等。因此首先研究了不同粗差检验准则的检验效果、小波降噪处理监测数据误差时不同阈值及阈值函数组合下的降噪效果。由分析结果可知，粗差统计检验法中t检验法明显优于格拉布斯准则;利用小波降噪方法对监测数据进行降噪处理时，选择硬阈值函数和rigrsure阈值组合进行2～5层分解降噪效果最佳。 监测数据的变化趋势对结构运营状况的评价具有重要意义，结合健康监测系统的特点选择指数平滑法对监测数据发展趋势进行预测，研究了指数平滑法预测时最优平滑系数的选取，由计算结果知对于武汉长江隧道结构健康监测系统中的监测数据利用二次指数平滑法（平滑系数大约在0.4～0.6时）预测精度最高。 (2)隧道结构健康监测系统中评价指标及其预警值的确定 一般将隧道结构的运营状况划分为不同的等级，通过对相关评价指标设置不同等级的预警值以实现隧道结构运营状况的评价，但目前对某些隧道结构安全性评价指标，规范并未给出相关规定，国内外也尚无统一的确定隧道结构评价指标预警值的方法。因此针对这一问题，首先归纳整理了现有规范对隧道结构安全性相关指标的规定;然后利用多元线性回归分析方法研究了隧道结构上部水位、环境温度与结构响应之间的关系;利用相关数理统计方法（概率分布假设检验、Johnson曲线拟合、Bootstrap方法）研究了评价指标的分布规律;最后将相关规范的规定、多元线性回归模型预测结果、数理统计分析结果有机的结合确定评价指标预警值及评价指标变化速率预警值的参考值。 (3)隧道结构运营状况的实时评估 隧道结构的运营状况受多种因素的影响，例如土压力、水压力、管片接缝、不均匀沉降等，因此隧道结构运营状况的评价是一个涉及多因素的复杂巨系统问题，目前最常用的方法是多元信息综合集成法。首先基于尖点突变模型构建了隧道结构健康监测系统中各监测项目稳定性的定性分析判据;然后基于功效系数法构建了隧道结构运营状况评价模型，并给出确定评价指标权重的三标度层次分析法，其有效的避免了传统方法主观性强、判断矩阵一致性差等缺点;针对隧道结构健康监测系统中各评价指标具有一定的相关性的提出基于主成分分析与距离判别法结合的评价模型。 利用评价模型重点对武汉长江隧道结构江中监测断面运营状况进行分析，由计算结果可知隧道整体处于正常运营状态，但在长江丰水期（每年6～10月）其功效系数值接近蓝色预警临界值（即正常运营临界值的上限值），故需要密切关注其运营状态。 (4)运营期隧道结构健康状况综合评价及长期稳定性分析 运营期盾构隧道的健康状况常由其病害程度反映，首先归纳整理了相关学者对运营隧道病害的现场调研资料，由现场调查结果可知:衬砌裂缝的主要类型为环向裂缝、纵向裂缝，衬砌裂缝主要分布在拱顶、边墙部位;隧道结构运营期间渗漏水形式主要是渗水且多发于隧道结构边墙位置;对富水区的盾构隧道，其渗漏水主要发生在管片接头处，但渗漏水发生部位却无规律可循。然后结合相关研究成果及规范，利用模糊数学模型构建了隧道结构健康状况的模糊综合评判模型，为隧道结构的健康状况评价提供理论基础。 针对隧道结构长期稳定性问题，基于修正惯用法和《公路隧道设计规范》相关规定构建了隧道稳定性分析力学模型，研究了衬砌材质劣化下隧道结构的安全系数变化情况。