英国研发可3D打印的“自感应材料” 电信号实时监测隧道衬砌裂纹

技术背景

传统的隧道养护一般采用工人目视检查的方法，对管片衬砌上出现的裂缝与渗漏进行标记，之后再采用注浆等手段修复。然而，隧道建成后，衬砌部分被水土覆盖，管片中的裂缝与渗漏产生的过程较为缓慢，难以直接观测，当能够直接通过目视观察时可能为时已晚。

日前，英国COWI公司联合思克莱德大学开发了一种能够利用机器人自动打印至隧道衬砌表面的自感应材料，可发出电信号监测衬砌表面出现的裂纹。

技术简介

该技术由无线传感器模块与自感应材料2部分组成。1)无线传感器模块可在管片成型前按需求浇筑到管片的内部，待管片拼装完毕后，内部的无线传感器模块将透过混凝土实时监测管片的形状变化，以反映管片承受的应力载荷变化。传感器的数量和安装模式可以根据隧道周边的地质调整，对于应力集中的区域，可以放置更多的传感器。2)自感应材料是一种胶结材料，在管片浇筑完成后，可以通过自动化的机械臂将其“3D打印”至管片衬砌的表面，成为管片的“感应层”。这种胶结材料在感受到管片混凝土发生变形、裂纹与性质变化时会发出相应的电信号，这种电信号会被管片内部的无线传感器模块所接收，并告知养护人员衬砌的应力变化情况，以此决定隧道养护手段。

应用前景

使用该技术后，隧道养护人员可以在养护时使用无线网络设备接收传感器传回的数据，以可视化方式发现隐藏在管片内部的裂缝等病害。

目前该技术尚处于研究验证阶段，未来计划在英国的多条隧道内进行试验。除了用于隧道等基础设施的养护外，该技术也可以用于验证更多创新性的设计，例如： 在试用更环保的低碳混凝土等材料时，利用该技术可以实时捕获材料内部的应力变化，以此验证新材料的性能。

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