英國研發(fā)可3D打印的“自感應材料” 電信號實時監(jiān)測隧道襯砌裂紋

技術背景

傳統(tǒng)的隧道養(yǎng)護一般采用工人目視檢查的方法，對管片襯砌上出現的裂縫與滲漏進行標記，之后再采用注漿等手段修復。然而，隧道建成后，襯砌部分被水土覆蓋，管片中的裂縫與滲漏產生的過程較為緩慢，難以直接觀測，當能夠直接通過目視觀察時可能為時已晚。

日前，英國COWI公司聯(lián)合思克萊德大學開發(fā)了一種能夠利用機器人自動打印至隧道襯砌表面的自感應材料，可發(fā)出電信號監(jiān)測襯砌表面出現的裂紋。

技術簡介

該技術由無線傳感器模塊與自感應材料2部分組成。1)無線傳感器模塊可在管片成型前按需求澆筑到管片的內部，待管片拼裝完畢后，內部的無線傳感器模塊將透過混凝土實時監(jiān)測管片的形狀變化，以反映管片承受的應力載荷變化。傳感器的數量和安裝模式可以根據隧道周邊的地質調整，對于應力集中的區(qū)域，可以放置更多的傳感器。2)自感應材料是一種膠結材料，在管片澆筑完成后，可以通過自動化的機械臂將其“3D打印”至管片襯砌的表面，成為管片的“感應層”。這種膠結材料在感受到管片混凝土發(fā)生變形、裂紋與性質變化時會發(fā)出相應的電信號，這種電信號會被管片內部的無線傳感器模塊所接收，并告知養(yǎng)護人員襯砌的應力變化情況，以此決定隧道養(yǎng)護手段。

應用前景

使用該技術后，隧道養(yǎng)護人員可以在養(yǎng)護時使用無線網絡設備接收傳感器傳回的數據，以可視化方式發(fā)現隱藏在管片內部的裂縫等病害。

目前該技術尚處于研究驗證階段，未來計劃在英國的多條隧道內進行試驗。除了用于隧道等基礎設施的養(yǎng)護外，該技術也可以用于驗證更多創(chuàng)新性的設計，例如： 在試用更環(huán)保的低碳混凝土等材料時，利用該技術可以實時捕獲材料內部的應力變化，以此驗證新材料的性能。

(摘自 隧道網 https://www.tunnelling.cn/PNews/NewsDetail.aspx?newsId=45449 2021-11-11)