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申请/专利权人：中国矿业大学

摘要：本发明公开了一种地铁隧道衬砌受力监测与裂漏预警机构及其工作方法，涉及地铁隧道衬砌监测技术领域。基于电流聚焦原理和膜式微电极技术，获取混凝土衬砌受压应变累积、受拉开裂情况，从而对地铁隧道衬砌进行受力实时监测以及裂漏预警。本发明的技术方案为：所述受力监测与裂漏预警机构为膜式聚焦电极系，包括阵列安装在待测隧道区间衬砌表面上的微电极、整体式屏蔽电极和沿隧道纵向设置在待测区边界外围的回路电极；所述待测地铁隧道衬砌朝向膜式聚焦电极系一侧一定范围设置为导电混凝土。本发明同时具备裂漏预警和充水裂缝开度演变监测的功能，具有显著的技术创新性。

主权项：1.一种地铁隧道衬砌受力监测与裂漏预警机构的工作方法，其特征在于，所述受力监测与裂漏预警机构为安装在待测地铁隧道衬砌表面上的膜式聚焦电极系，所述膜式聚焦电极系包括PET薄膜、粘贴固定在PET薄膜上且呈阵列分布的若干微电极、固定布置在每个微电极外侧的绝缘圆环、相邻绝缘圆环间的整体式屏蔽电极以及沿隧道纵向设置在距待测地铁隧道衬砌边界10~20cm位置的回路电极；所述待测地铁隧道衬砌朝向聚焦电极系一侧设置为导电混凝土，且导电混凝土层厚度介于隧道衬砌混凝土保护层厚度和20~30%衬砌厚度间，导电混凝土层厚度范围内的钢筋喷涂绝缘漆实现电绝缘；通过PET薄膜将微电极、屏蔽电极及回路电极与隧道内部的环境隔离，通过电流聚焦方法实现探测电流在衬砌内部有限深度范围内流动；按以下步骤进行：步骤1、将待测地铁隧道区间内设置含导电混凝土层的导电混凝土-普通混凝土复合衬砌；步骤2、在导电混凝土-普通混凝土复合衬砌上布置膜式聚焦电极系；步骤3、将阵列式微电极、整体式屏蔽电极和回路电极与聚焦探测设备连接，从而控制微电极和屏蔽电极间的电位条件，获取每个微电极的电阻率探测结果；步骤4、制备与步骤1中导电混凝土层相同的导电混凝土试块，开展室内试验，通过室内试验研究力-热-湿诱发的导电混凝土应变演化、开裂渗漏及充水裂缝开度演变规律，并建立其与电阻率的关联函数；步骤4的试验过程为：首先制备100×100×100mm的导电混凝土试块，选择任意两个面作为加载面，在两个加载面上设置和加载面相同尺寸且厚度为2mm的铜电极，铜电极表面设置厚度为10mm的Peek板，在剩下的四个面中再任选两个面分别沿加载方向粘贴电阻应变片作为工作片，在另外一个不受荷的导电混凝土试块任意两个面上布置温度补偿片，保持环境室温度、湿度恒定，考虑温、湿度补偿，获得导电混凝土试块在逐级加载过程中的应变响应，同步测量两铜电极间的电阻，根据试块截面积和试块高度换算得到电阻率，然后，建立荷载-应变-电阻率的关联函数；继而，针对不加载条件，分别保持温度或湿度恒定，获得湿度或温度逐渐增加过程中导电混凝土试块应变规律；最后，根据不同力、热、湿条件下的电阻率响应结果数据，建立导电混凝土试块电阻率与力、热、湿三个因素间的关联函数；步骤5、采用电阻率层析成像方法，实现隧道衬砌闭合断面电阻率图像重建，实时获得电阻率图像，并根据步骤4中的关联函数，获得隧道衬砌应变演化、开裂渗漏及充水裂缝开度演变规律，进而完成衬砌受力实时监测和裂漏预警。

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