盾構隧道結構安全狀態智慧感知理論、方法與實踐

為解決地下結構性能演化機制難清、健康狀態難知、結構損壞難修等工程科學難題，2011年朱合華教授牽頭國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）項目“城市軌道交通地下結構性能演化與感控基礎理論”的研究。由國家科學技術學術著作出版基金資助出版的《盾構隧道結構安全狀態智慧感知理論、方法與實踐》一書主要源于黃宏偉教授團隊負責的課題三“超長線狀地下結構狀態智慧感知理論與方法”的研究成果和后續多年的工程應用。

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黃宏偉 王飛 張東明 何斌 著

ISBN 978-7-03-083306-8

責任編輯：任加林

隧道工程是國家重大基礎設施工程。我國隧道工程的建設速度與規模均居世界第一。盾構隧道作為我國地下交通、能源輸送等重大基礎設施的核心載體，其建設規模和技術難度已位居世界前列。盾構隧道穿越的復雜巖土介質變異性高，變異系數超傳統土木材料200%。在盾構隧道建設和運行過程中，由于地質環境、結構形式、運行條件和周邊施工等因素影響，盾構隧道產生大量病害，引發結構安全隱患和安全風險事故。在復雜惡劣環境下，半封閉盾構隧道安全狀態感知難、成本高；預警響應滯后，安全風險難于控制，導致災害頻發，后果嚴重。保障盾構隧道全生命周期安全，是基礎設施智能化轉型的核心命題，更是踐行國家防災減災戰略的重要舉措。盾構隧道工程安全技術與產品攻關成為國家重大戰略需求。本書瞄準在復雜環境條件下的盾構隧道結構安全風險識不清、測不準和傳不好等關鍵科學技術問題，論述了隧道工程結構智慧感知的理論、方法、技術、產品和工程實踐。相關成果對我國地下工程安全風險管控和防災實現智能化、數字化轉型起到了推動作用，相關推廣應用產生了顯著的經濟效益、社會效益和環境效益。

全書立足國家重大戰略需求，構建了盾構隧道安全“風險精識-狀態精感-數據精傳”的完整技術體系。在理論層面，創建了復雜多重環境下盾構隧道安全風險評價理論與感知指標體系，為風險量化識別提供了科學依據；在技術層面，率先研發系列化無線感知設備與多參數感知方法，突破了半封閉環境下精準監測的技術瓶頸；在工程應用層面，構建超低功耗無線智慧傳感網絡理論，打通了數據傳輸“最后一公里”，并成功將研究成果轉化為《基礎設施無線傳感網絡監測技術規程》（T/CCES 17—2020），實現了“理論—技術—標準—實踐”的全鏈條落地。

盾構隧道安全實時監控系統示意

本書共7章，由多名相關專業教授撰寫。第1章緒論，主要介紹盾構隧道結構安全現狀及存在問題，以及隧道工程安全智慧感知技術發展現狀；第2章復雜環境下盾構隧道工程結構安全風險特征，分別針對地層參數空間變異、外部擾動條件下，研究盾構隧道結構安全性能，提出多重復雜環境作用下盾構隧道結構安全風險評價指標；第3章盾構隧道無線傳感網絡系統，介紹系統的基本構架、無線傳感網絡主要類型、適用于盾構隧道的網狀網絡設計；第4章盾構隧道結構多參數無線感知方法與傳感支點，針對盾構隧道橫向變形、縱向變形、滲漏水、接縫及裂縫變形，研究多種參數的感知理論與方法，并研發相應傳感器，提出隧道結構監測位置優化及魯棒性布設方法；第5章盾構隧道工程環境下無線傳感網絡理論與方法，系統介紹隧道內無線傳感網絡的通信影響因素、組網策略、數據傳輸的時空壓縮與恢復方法，并設計研發了低功耗、異構無線傳感網絡；第6章無線傳感網絡在盾構隧道工程中的試驗與工程應用實踐，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的實際應用案例。第7章為總結與展望，即總結研究成果并展望盾構隧道結構智慧感知的發展方向。

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本書介紹了盾構隧道工程安全風險智慧感知的理論、技術和方法及作者研究團隊最新的研究成果，希望讀者對隧道工程安全風險智慧感知技術有一個較為系統的了解，并能把握現有最新技術及發展方向。本書研究內容得到了國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）、科技部重點研發計劃、國家自然科學基金委員會、同濟大學、上海申通地鐵集團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研究工作。感謝無錫悟莘科技有限公司在無線傳感網絡、傳感器研發的產業化及應用推廣中做出的貢獻。非常感謝朱合華院士欣然為本書作序。

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

盾構隧道結構安全狀態智慧感知理論、方法與實踐

黃宏偉 王飛 張東明 何斌 著

ISBN 978-7-03-083306-8

責任編輯：任加林

（本文編輯：劉四旦）

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