盾构隧道结构安全状态智慧感知理论、方法与实践

为解决地下结构性能演化机制难清、健康状态难知、结构损坏难修等工程科学难题，2011年朱合华教授牵头国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论”的研究。由国家科学技术学术著作出版基金资助出版的《盾构隧道结构安全状态智慧感知理论、方法与实践》一书主要源于黄宏伟教授团队负责的课题三“超长线状地下结构状态智慧感知理论与方法”的研究成果和后续多年的工程应用。

盾构隧道结构安全状态智慧感知理论、方法与实践购买

黄宏伟 王飞 张东明 何斌 著

ISBN 978-7-03-083306-8

责任编辑：任加林

隧道工程是国家重大基础设施工程。我国隧道工程的建设速度与规模均居世界第一。盾构隧道作为我国地下交通、能源输送等重大基础设施的核心载体，其建设规模和技术难度已位居世界前列。盾构隧道穿越的复杂岩土介质变异性高，变异系数超传统土木材料200%。在盾构隧道建设和运行过程中，由于地质环境、结构形式、运行条件和周边施工等因素影响，盾构隧道产生大量病害，引发结构安全隐患和安全风险事故。在复杂恶劣环境下，半封闭盾构隧道安全状态感知难、成本高；预警响应滞后，安全风险难于控制，导致灾害频发，后果严重。保障盾构隧道全生命周期安全，是基础设施智能化转型的核心命题，更是践行国家防灾减灾战略的重要举措。盾构隧道工程安全技术与产品攻关成为国家重大战略需求。本书瞄准在复杂环境条件下的盾构隧道结构安全风险识不清、测不准和传不好等关键科学技术问题，论述了隧道工程结构智慧感知的理论、方法、技术、产品和工程实践。相关成果对我国地下工程安全风险管控和防灾实现智能化、数字化转型起到了推动作用，相关推广应用产生了显著的经济效益、社会效益和环境效益。

全书立足国家重大战略需求，构建了盾构隧道安全“风险精识-状态精感-数据精传”的完整技术体系。在理论层面，创建了复杂多重环境下盾构隧道安全风险评价理论与感知指标体系，为风险量化识别提供了科学依据；在技术层面，率先研发系列化无线感知设备与多参数感知方法，突破了半封闭环境下精准监测的技术瓶颈；在工程应用层面，构建超低功耗无线智慧传感网络理论，打通了数据传输“最后一公里”，并成功将研究成果转化为《基础设施无线传感网络监测技术规程》（T/CCES 17—2020），实现了“理论—技术—标准—实践”的全链条落地。

盾构隧道安全实时监控系统示意

本书共7章，由多名相关专业教授撰写。第1章绪论，主要介绍盾构隧道结构安全现状及存在问题，以及隧道工程安全智慧感知技术发展现状；第2章复杂环境下盾构隧道工程结构安全风险特征，分别针对地层参数空间变异、外部扰动条件下，研究盾构隧道结构安全性能，提出多重复杂环境作用下盾构隧道结构安全风险评价指标；第3章盾构隧道无线传感网络系统，介绍系统的基本构架、无线传感网络主要类型、适用于盾构隧道的网状网络设计；第4章盾构隧道结构多参数无线感知方法与传感支点，针对盾构隧道横向变形、纵向变形、渗漏水、接缝及裂缝变形，研究多种参数的感知理论与方法，并研发相应传感器，提出隧道结构监测位置优化及鲁棒性布设方法；第5章盾构隧道工程环境下无线传感网络理论与方法，系统介绍隧道内无线传感网络的通信影响因素、组网策略、数据传输的时空压缩与恢复方法，并设计研发了低功耗、异构无线传感网络；第6章无线传感网络在盾构隧道工程中的试验与工程应用实践，介绍隧道正常运营期间和事故整治阶段无线智慧感知技术的实际应用案例。第7章为总结与展望，即总结研究成果并展望盾构隧道结构智慧感知的发展方向。

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本书介绍了盾构隧道工程安全风险智慧感知的理论、技术和方法及作者研究团队最新的研究成果，希望读者对隧道工程安全风险智慧感知技术有一个较为系统的了解，并能把握现有最新技术及发展方向。本书研究内容得到了国家重点基础研究发展计划（973计划）、科技部重点研发计划、国家自然科学基金委员会、同济大学、上海申通地铁集团有限公司等的大力支持；感谢973课题组谢雄耀教授、周彪副教授、李刚副教授，黄栩、邵华、徐然、王魁、程姝菲、殷建国、薛哲敏、施静康、谢欣、万灵、郁宏杰、李永刚、许点红等研究生的相关研究工作。感谢无锡悟莘科技有限公司在无线传感网络、传感器研发的产业化及应用推广中做出的贡献。非常感谢朱合华院士欣然为本书作序。

本文摘编自《盾构隧道结构安全状态智慧感知理论、方法与实践》（黄宏伟等著. 北京 : 科学出版社, 2026. 1）一书“序”“前言”，有删减修改。

盾构隧道结构安全状态智慧感知理论、方法与实践

黄宏伟 王飞 张东明 何斌 著

ISBN 978-7-03-083306-8

责任编辑：任加林

（本文编辑：刘四旦）

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