2025年, 第41卷, 第01期　
刊出日期：2025-01-15

  

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  向新出发，木材科学前沿发展

  李坚, 甘文涛, 陈志俊, 杨海月, 王耀星

  森林工程. 2025, 41(01): 1-39.

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  木材及其制品被广泛应用于人们日常生活，包括家具制造、室内装饰和建筑等领域。木材工业的年产值总量已经超过3万亿元，是重要的国民经济基础产业。然而，木业发展过程中仍存在产品附加值低、企业创新能力弱和生产供应链分散等问题，向新出发、向绿而行，孵化功能木质制造新技术、新材料，培育木业新质生产力是助推行业发展、蓄能助力低碳转型的重要方向。为此，聚焦木材科学前沿发展方向，针对木业新质生产力重要论述，阐明科技创新对木业发展的重要意义，提出木材科学未来发展向极微观深入、向极宏观拓展、向极端条件迈进、向极综合交叉发力4个发展方向，并综述了现阶段具代表性研究成果，梳理代表性木质新产品和功能新材料的发展现状和发展趋势，为进一步提出我国木业新质生产力发展路径奠定基础。
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  基于声发射技术研究木材表面裂纹对应力波能量衰减特性的影响

  陈楚敏, 李明, 方赛银, 赵家龙, 沈志辉, 张志恒, 邓婷婷

  森林工程. 2025, 41(01): 40-49.

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  木材中的裂纹对应力波的传播特性具有不可忽略的影响，探究应力波的能量变化规律对木材中裂纹深度的识别具有重要意义。以樟子松木材作为试验材料，在不同的试件上制作不同数量的裂纹，并且裂纹深度从0逐渐增加至90 mm，每次的增量为10 mm。首先，利用声发射（acoustic emission,AE）传感器采集铅芯折断在试件表面产生的应力波，并对其进行时频特征分析。然后，基于离散小波分析，建立应力波在不同频段中的能量衰减模型。研究结果表明，随着裂纹深度的增加，暂态波中频率成分为125～250 kHz的AE信号占比显著减小；随着裂纹数量的增加，小波重构后的AE信号能量衰减模型中表示衰减程度的系数由0.73增加至1.09；此外，随着裂纹深度的增加，频段为31.25～62.5 kHz的小波信号能量衰减明显缓慢；利用能量衰减模型确定的裂纹区域可以覆盖实际裂纹的所在位置。
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  碳酸钙/桉木复合材料的制备及力学性能研究

  钟昊, 林作鹏, 王亚男, 郭明辉

  森林工程. 2025, 41(01): 50-58.

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  为扩大木材在室外反光材料领域的应用，使用氯化钙、碳酸氢钠对桉木交替真空浸渍的矿化方法，模拟天然贝壳有机/无机复合结构，通过热压法制备出一系列不同碳酸钙（CaCO₃）含量的碳酸钙/桉木复合材料。通过对其进行结构表征及性能测试，探究CaCO₃对矿化材料结构和性能的影响。结果表明，CaCO₃能够增强矿化材料的力学性能，提高其热稳定性以及对太阳光线的反射能力，降低材料受光照而发热的温度。当矿化时间低于3 d时，抗拉强度随CaCO₃的含量增加而提高，最高为18.35 MPa，过程呈现多次断裂；当矿化时间达到4 d时，材料对太阳光线的反射率达到80%以上，相比原始木材自身温度降低了10℃。这种环境友好型材料在户外反光隔热领域具有一定的应用潜力。
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  基于声发射的木材裂缝数量辨识研究

  张志恒, 李明, 沈志辉, 陈楚敏, 方赛银, 杜坤, 杨龙飞, 邓婷婷

  森林工程. 2025, 41(01): 59-66.

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  针对木材裂缝缺陷，提出一种基于声发射的木材裂缝数量识别方法。首先，在试件上人为依次制作1 mm×9 mm（长×高）的4条裂缝，在裂缝的一侧通过折铅的方式产生声发射（acoustic emission,AE）信号，另一侧放置传感器，信号采样频率设置为2 MHz。然后，通过粒子群算法（particle swarm optimization,PSO）确定变分模态分解（variational mode decoposition,VMD）的分解层数K和惩罚因子α，并将原始信号分解为具有不同频率的本征模态（intrinsic mode function,IMF）。接着，随机选择5组信号进行VMD分解，并对分解后的IMF构成的矩阵进行奇异值分解（singular value decomposition,SVD），得到相应的奇异值向量，再由5组奇异值向量组成标准矩阵。最后，由测得的AE信号，分别与标准矩阵计算马氏距离，并依据最小判别原则，判定裂缝数量。结果表明，PSO-VMD-SVD方法能够方便提取出AE信号特征，并通过计算马氏距离进行裂缝数量判别，判别正确率为92%。
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  Ni元素质量分数对65Mn钢木工圆锯片性能的影响

  赵俊博, 张雅繁, 何林韩, 张学瑾, 陈瑶, 高建民

  森林工程. 2025, 41(01): 67-74.

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  高质量、高效率的木材切削工艺对于提高木材资源的利用率以及提升木质产品的品质具有重要意义。目前，木工圆锯片常用钢材65Mn存在硬度和抗拉强度等力学性能欠佳的问题，为此通过添加镍（Ni）元素对65Mn钢进行改性。采用原料熔炼、浇筑试棒、锻造加工以及热处理等步骤制备Ni改性65Mn钢，并对改性前后的65Mn钢进行显微硬度、冲击韧性和拉伸强度测试。同时运用金相显微镜（metallographic）及扫描电镜（SEM）剖析65Mn钢改性前后的组织构造差异。研究结果表明，1）添加Ni元素后，65Mn钢回火后的组织由回火屈氏体改变为淬火马氏体与回火马氏体的混合体，且当Ni元素质量分数达到0.9%时，出现残余奥氏体；2）在相同热处理工艺条件下，Ni元素对材料的硬度和抗拉强度的影响均呈现出先增大后降低的趋势，冲击韧性较未改性的65Mn钢有所降低。其中，添加质量分数为0.7%Ni元素的65Mn钢的硬度和抗拉强度最优，较未改性的65Mn钢分别增加了10.18%、35.40%（室温）。研究结果为后续木工圆锯片钢材的改良提供了新的思路和方法，有望推动木质加工工具行业的进一步发展。
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  小兴安岭12种灌木的燃烧性研究

  张念慈, 刘广菊, 崔文峰

  森林工程. 2025, 41(01): 75-85.

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  为比较黑龙江省小兴安岭12种典型灌木树种燃烧性差异，对生物防火树种筛选和配置提供参考，以黑龙江省小兴安岭地区12种灌木植物为主要研究对象，分别测定其干、枝、叶燃烧性指标，采用层次分析法（AHP）构建灌木植物燃烧性层次结构模型，确定燃烧性各指标权重，计算灌木不同器官燃烧性数值，结合专家打分法确定灌木各器官权重占比，得出12种灌木燃烧性排序。研究结果表明，整株的燃烧性最强的为刺玫果，最弱的为忍冬；干最易引燃的为接骨木，最难引燃的为忍冬；枝最易引燃的为接骨木，最难引燃的为忍冬；叶最易引燃的为刺五加，最难引燃的为红柳。研究结果可为小兴安岭地区灌木树种燃烧性研究提供理论依据，为林火预测预报、林火行为预报、可燃物管理等研究和应用提供有效的支持。
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  不同树种配置模式和郁闭度对桉树改造林土壤养分的影响

  刘长德, 刘梦瑶, 陈锦睿, 胡文涛, 田雪琴, 赵鸿杰, 罗霜, 王洪梅, 潘澜

  森林工程. 2025, 41(01): 86-99.

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  由于桉树人工林种植模式基本为多代连栽的单一模式，导致了诸多生态学问题的出现。因此，确保人工桉树林能够实现长期、稳定的可持续经营，已成为人工桉树林栽培技术的热点问题。为实现这一目标，采取恰当的树种配置与适度的郁闭度是调整林分结构、增强土壤质量的有效方法。选取佛山市西岸林场6个桉树纯林样地进行改造，研究2种树种配置模式（A为5种山茶科树种，B为5种山茶科树种和2种落叶阔叶树种）和3种桉树郁闭度（Y1为0%,Y2为15%,Y3为30%）对土壤理化性质、酶活性和土壤化学计量比的影响。在不同树种配置模式中，B模式Y3样地3个土层（0～20、20～40、40～60 cm）的土壤毛管持水量、土壤毛管孔隙度和土壤孔隙比与0～20 cm土层的全氮、氮磷比（N∶P）、过氧化氢酶活性和脲酶活性显著高于A模式Y3样地（P<0.05）。在不同郁闭度中，A模式Y3样地3个土层的全磷、有效磷、速效钾、过氧化氢酶活性和脲酶活性显著高于Y1样地（P<0.05），且B模式Y3样地3个土层的有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、过氧化氢酶活性和N∶P显著高于Y1样地（P<0.05）。综上所述，合适的树种配置模式和郁闭度有益于土壤养分和酶活性的提高，30%桉树郁闭度下山茶科树种与落叶阔叶树种的模式在华南地区的改造具有良好的应用前景。
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  基于随机森林模型的呼中冻土区土壤碳空间分布特征

  杜倩, 王岩, 万祖梁, 赵昶, 刘学, 梁素钰

  森林工程. 2025, 41(01): 100-107.

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  以大兴安岭呼中典型冻土区为研究对象，研究表层（0～15、15～30 cm）土壤碳储量空间分布规律。通过野外调查、采样和室内分析，基于Landsat 8 OLI影像，利用随机森林（RF）算法建模，分析大兴安岭冻土区表层土壤有机碳空间分布状况。在13个遥感变量因子中筛选相关性最高变量，确定海拔、ARVI、VIGreen、EVI、OSAVI、NDVI,6个环境变量相关性最高，可作为自变量。结果表明，当节点分裂次数（leaf）值为5，决策树数量（trees）值为900时，预测模型的训练集和测试集最为接近，表明此时的模型稳定性最好，0～15、15～30 cm土层训练集R²的拟合精度分别为0.23、0.43，测试集R²的拟合精度分别为0.35、0.24。以此参数预测表层（0～15、15～30 cm）土壤碳储量空间土壤碳空间分布状况分布特征，0～15和15～30 cm土壤碳密度平均值为7.40 kg/m²和14.80 kg/m²,0～15 cm土层土壤碳储量分布大致为由南向北逐渐增加，15～30 cm土层土壤碳储量分布差异不明显，但南向略高于北向。
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  三江并流区森林植被时空演变及驱动因素

  杨博文, 刘凤莲, 陈洪敏

  森林工程. 2025, 41(01): 108-125.

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  研究三江并流地区的森林植被时空演变及驱动因素可为筑牢我国西南生态安全屏障及促进地区社会经济发展提供数据支撑。利用地理空间分析对三江并流地区森林植被的时空演变格局进行探究，并从“自然-社会经济”2个维度构建指标体系，选取14项具体评价指标（高程、坡度和年降水量等）测度研究区各植被型面积变化的驱动力。结果如下，1）研究区主要有常绿阔叶林、落叶阔叶林和常绿针叶林3种森林植被型，其中常绿针叶林占据森林植被的84%以上；2）研究区有稳定型、突变型和波动型3种变化轨迹，其中稳定型占据80.35%的变化面积；常绿阔叶林与落叶阔叶林的冷热点在空间上的分布具有相似性，常绿针叶林的热点分布呈现出冷点包围热点的态势；3）因子探测表现出各因子对常绿阔叶林的影响大于其他2个植被型，对于常绿针叶林的解释强度较小。三江并流区森林植被的空间分布具有明显的空间异质性，高程与其他因子的交互作用对研究区森林植被影响力较单因子探测显著增强。
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  基于YOLOv8算法改进模型检测梢斑螟虫蛀树木

  周宏威, 纪皓文, 吴羿轩, 赵鹏

  森林工程. 2025, 41(01): 126-137.

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  梢斑螟是一种严重危害针叶树种的害虫，严重影响针叶树的健康和生长。梢斑螟虫的幼虫以针叶树的叶片为食物，在针叶树木中建立巢穴，逐渐摧毁叶片组织，导致叶片变黄、褪绿，最终树木枯萎。此外，幼虫也可能侵蚀树木的树皮，导致树皮剥落和树干暴露，使树木易受其他害虫、病菌和自然元素的侵害，增加树木的脆弱性，降低其生存能力。为辅助地面治疗被梢斑螟虫蛀树木，采用YOLOv8s目标检测算法，实现对梢斑螟虫蛀树木的检测与识别。通过采用C2f-GAM和动态检测头建立模型（YOLOv8-DM），来提高YOLOv8s对于梢斑螟虫蛀树木的检测能力。试验结果表明，YOLOv8-DM能够有效地识别梢斑螟虫蛀树木，其平均精准度达到84.8%。与其他目标检测算法相比，YOLOv8-DM有更高的平均精准度。
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  基于YOLOv8的林区行人目标检测研究

  李琳琳, 孙海龙

  森林工程. 2025, 41(01): 138-150.

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  为解决目标检测算法在林区行人检测中容易出现漏检及检测精度不足的问题，提出一种基于改进YOLOv8的林区行人目标检测算法。采用C2f＿DWRSeg模块替换C2f模块，扩展初始卷积通道数，使网络能更高效地进行多尺度特征提取；提出一种重构的检测头，训练时增加卷积层的复杂性，推理时使用单分支结构，从而丰富网络的特征表示能力，并保持高效的推理速度；在特征融合前增加了卷积注意力机制模块CGA，减少计算量；使用Focaler-ShapeIoU损失函数代替CIoU损失函数，弥补边界框回归方法的不足，进一步提高检测能力。试验结果表明，与基准模型相比，改进后的算法mAP50提高了2%,mAP50-95提高了2.4%，模型的处理速度（FPS）提高了4.33%，证明改进后的算法能够更好地应用在林区行人检测的任务中。
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  基于熵权与集成学习的半监督小样本树种分类研究

  王静, 李静

  森林工程. 2025, 41(01): 151-161.

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  针对传统半监督自训练分类方法易导致数据集混乱，影响后续小样本树种分类精度这一问题，基于熵权法（en-tropy weight,EW）与集成学习（ensemble learning,EL）提出EW-EL的半监督小样本树种分类方法。EW-EL在传统半监督自训练分类方法的理论上引入EL的思想，以熵权法作为基础理论设计按基分类器当前训练周期下的F1分数计算的信息熵作为计算权重因子，再依信息熵越大基分类器越不稳定思想设计权重，使集成分类器分类概率更集中，减少集成分类器偏向性。结果显示，EW-EL较传统半监督自训练方法能更有效地均衡数据分布，使新加入数据的伪标签样本类别更准确。EW-EL所得到的小样本树种分类总精度（OA）为0.97、召回率（Recall）为0.96及Kappa系数为0.97,3种指标均优于监督分类、传统半监督自训练方法及利用传统EL机制所构建的半监督自训练方法。其中，EW-EL方法较融合软投票机制的半监督自训练方法，OA与Recall均提升了1%。EW-EL联合简单线性迭代聚类所制成的树种图在所选测试区内达到了94%。此外，进一步分析证明，EW-EL能通过集成诸多分类器，来实现更佳的小样本树种分类结果，更适用于低成本下的相关部门进行林业资源统计的工作。
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  基于地基激光雷达人工蒙古栎削度-二元材积方程的构建

  李苑鑫, 吴楚航, 邢艳秋

  森林工程. 2025, 41(01): 162-173.

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  为提高干形复杂树种材积无损估算的精度，利用地基激光雷达点云数据，构建基于人工蒙古栎最优削度模型的二元材积方程。以哈尔滨市城市林业示范基地的蒙古栎人工林为研究对象，使用地基激光雷达扫描获得完整点云数据，经过裁剪、高程归一化、滤波、单木分割和枝叶分离等处理提取树干结构参数。根据蒙古栎干形特征，选用6种削度方程模型(Biging（1984）、Amidon（1984）、孟宪宇（1982）、Kozak（2004）-Ⅱ、曾伟生等（1997）、Max and Burkhart（1976）)，通过非线性回归拟合，筛选最优模型并构建削度-二元材积方程。研究结果表明，单木定位识别精度为95.22%，树高和胸径的提取值与实测值决定系数（R2）分别为0.97和0.98；最优削度模型拟合结果的决定系数（R²）和均方根误差（RMSE）分别为0.99和0.38 cm。所构建的蒙古栎削度-二元材积方程与现有材积计算方法进行残差分析表明，其估算结果具备可靠性，可为利用地基激光雷达点云数据估算干形复杂的树种材积提供重要技术支持。
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  大跨非对称小净距隧道施工力学响应及其开挖顺序研究

  钟健云, 朱江伟, 张营, 柴建国, 徐兵兵, 刘晓林

  森林工程. 2025, 41(01): 174-184.

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  以深圳市龙岗区坪南路大跨非对称小净距隧道工程为依托，通过现场监测结果分析隧道衬砌内力变化情况，建立有限元模型对不同施工顺序下隧道的拱顶沉降、中夹岩柱稳定性与衬砌受力情况进行对比研究。结果表明，大跨非对称小净距隧道施工时临近中夹岩柱侧拱腰与拱脚为结构易失稳点，施工中需做加固处理；相比于大断面先行，隧道小断面先行时，大、小断面拱顶沉降、衬砌弯矩和轴力分别最多减小16.1%、10.6%、12.5%，同时提高中夹岩柱稳定性，水平应力和竖向位移分别最多减小16.7%和28.3%，利于其结构整体安全性；结合现场监测数据和数值结果对比分析，轴力与弯矩最大值误差分别控制在12.5%和16.5%以内，数值结果整体趋势与现场监测结果基本吻合，较好地验证计算模型的准确性和可行性，因此大跨非对称小净距隧道施工时，遵循“小断面先行、大断面后行、后行洞远离中夹岩柱区域先行”的原则较为合理。
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  硅烷改性钛石膏沥青胶浆性能研究

  董营营, 苏纪壮, 张朝, 魏毛元, 张惠勤, 王凯

  森林工程. 2025, 41(01): 185-194.

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  为降低钛石膏堆积带来的环境问题，同时缓解道路材料短缺现状，采用钛石膏和硅烷偶联剂处理后的钛石膏部分或全部代替石灰岩矿粉，研究钛石膏和改性钛石膏对沥青胶浆常规性能和流变性能的影响。首先通过激光粒度仪和扫描电子显微镜分析钛石膏、改性钛石膏和石灰岩矿粉的粒度分布情况及微观形貌。然后制备不同钛石膏和改性钛石膏掺量的沥青胶浆，采用常规试验方法、温度扫描试验、频率扫描试验、多重应力蠕变恢复（mutiple stress creep recovery,MSCR）试验、线性振幅扫描（linear amplitude sweep,LAS）试验和弯曲梁流变（bending beam rheometer,BBR）试验测试沥青胶浆的三大指标（针入度、延度和软化点）、高温流变性能、抗疲劳性能和低温流变性能。结果表明，钛石膏和改性钛石膏的粒度范围更广，表面更为粗糙；钛石膏和改性钛石膏的加入降低了沥青胶浆的延度、针入度、不可恢复蠕变柔量（Jnr）、疲劳寿命（Nf）、蠕变速率（m）和相位角（δ），软化点、复数模量（G*）、弹性恢复率（R）和蠕变劲度模量（S）有所提高，即高温性能有所提高，低温性能和疲劳性能有所下降。相同温度下，改性钛石膏的高温性能和弹性恢复指标要优于钛石膏，低温性能有所降低。研究证实使用钛石膏进行沥青混合料生产的可行性，为钛石膏的资源化利用开拓方向。
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  多源固废协同制备土壤固化剂及固化机理

  褚锋, 吴思, 吴传山, 马亚, 李骏

  森林工程. 2025, 41(01): 195-204.

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  为实现冶金固废材料的高值化、规模化利用，采用冶金固废材料（高炉矿渣、粉煤灰、电石渣、石膏）协同制备土壤固化剂，通过正交配比优化试验研究不同固废材料对固化土力学性能的影响并获取最优的参数配方。系统研究固废基固化剂（SWC）固化土的力学性能（无侧限抗压强度、劈裂强度、延迟成型）和耐候性能（水稳定性、冻融循环），并与PO 42.5硅酸盐水泥（OPC）进行对比。结果表明，电石渣对固化剂体系起到重要作用，合理的石膏掺量对强度增长有积极作用；固化土的强度随SWC掺量和养护龄期的增加而增大，4%掺量下的固化土7 d无侧限抗压强度大于1 MPa，劈裂强度与OPC固化土基本相当；SWC固化土表现出更久的施工容许延迟时间，拌和后12 h内强度无下降趋势；掺量大于5%时水稳定系数大于90%，同掺量下抗冻系数与水泥相比提高3%～5%，具备良好的水稳定性与抗冻性；X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析表明，SWC固化土在水化过程中会生成膨胀性水化产物钙矾石（AFt）和硅酸钙（C-S-H），钙矾石晶体对改善固化土的劈裂强度和抵抗开裂变形能力提高作用显著。
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  隧道衬砌结构不确定性分析与测点布置研究

  李善豪, 柯善鑫, 李锋, 张希龙, 裴雪扬

  森林工程. 2025, 41(01): 205-216.

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  在隧道工程中，确保衬砌结构安全至关重要，其中内力分析和安全评估是关键。通过数值模拟和现场监控量测手段分析结构内力，计算关键部位的安全系数。鉴于建模和测量误差的存在，引入概率模型量化安全系数估计的不确定性，并对轴力和弯矩的重构误差进行归一化处理，全面评价测点适宜性。以安徽境内某隧道为例，综合分析围岩压力分担比、水平围岩压力系数和测量噪声等因素对安全系数估计的影响，估计所得安全系数总体符合正态分布趋势，拱顶中部和拱肩位置处的安全系数波动较大。以减少估计不确定性和内力信息重构偏差为目标，结合现场实际工作条件安排测点位置。长期监测数据表明，二次衬砌结构内力在浇筑初期受多种因素影响波动明显，100 d后趋于稳定，结构安全储备充足。研究结果可为隧道衬砌结构安全系数统计分析和测点布置提供参考。