[发明专利]一种基于分布式光纤的盾构隧道管片整体变形监测装置及其监测方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道与地下工程技术领域，涉及一种盾构隧道管片变形监测装置及监测方法，尤其涉及一种基于分布式光纤的盾构隧道管片整体变形监测装置及其监测方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展和社会的迫切需求，城市轨道交通已成为各个城市基础建设中的重要部分，且轨道交通里程在未来几十年仍会保持增长趋势。目前，在我国，盾构隧道占所有城市轨道交通区间隧道的比例达85％左右。在盾构隧道施工及运营过程中，由于管片质量、盾尾注浆质量、环境变化、循环荷载等多种因素的共同作用，盾构隧道管片极易发生渗漏水、结构裂缝、纵向沉降及整体收敛变形等病害。据不完全统计，我国建成10年以上的盾构隧道，约60％存在管片整体变形的病害，其不仅威胁盾构隧道内行车的安全，还会影响盾构隧道的耐久性，缩短其使用寿命，造成极大的经济损失。

盾构隧道管片整体变形收敛的监测工作，对于盾构隧道健康预警、评价、病害处治等方面具有非常重要的意义。目前，盾构隧道管片整体变形监测的常用手段主要是利用钢尺收敛计、三维激光扫描仪对典型断面进行监测。由于钢尺收敛计是利用钢尺来量测布设在盾构隧道两侧边墙上的膨胀螺栓之间的距离，以反映截面收敛情况，其在操作过程中完全依赖人工，费时费力、效率较低、误差较大，所得监测结果参考意义非常有限；而三维激光扫描仪是通过对盾构隧道断面进行激光扫描，并对其进行图像处理以分析其变形情况，如中国专利ZL2016200888 23.9公开了一种铁路隧道激光三位扫描检测装置，但其在现场操作过程中，由于盾构隧道内为半封闭空间，光线较暗、空气污浊且管片表面灰尘较多，其监测精度通常低于2mm，对盾构隧道健康预警、评价的参考意义极为有限。可以说，现有的盾构隧道管片整体变形监测技术无法满足当前城市轨道交通建设的发展，亟需提出一套高精度、自动化、智能化的监测系统。

发明内容

本发明的目的在于针对现有盾构隧道管片整体变形监测技术中存在的问题，提供一种操作性强、成本较低，且能实现盾构隧道管片整体变形监测的自动化及智能化的基于分布式光纤的盾构隧道管片整体变形监测装置及其监测方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于分布式光纤的盾构隧道管片整体变形监测装置，其特征在于：所述基于分布式光纤的盾构隧道管片整体变形监测装置包括粘贴型分布式光纤、碳纤维底胶、连接光纤、导线以及光纤分析仪；待监测盾构隧道管片设置有多个相互并行的监测断面；所述粘贴型分布式光纤通过碳纤维底胶分别布设在每个监测断面上；所述设置在多个相互并行的监测断面上的粘贴型分布式光纤通过连接光纤相互串联；所述光纤分析仪置于盾构隧道管片外部；所述粘贴型分布式光纤通过导线与光纤分析仪相连。

作为优选，本发明所采用的粘贴型分布式光纤通过碳纤维底胶分别布设在处于每个监测断面的上半部分的外侧表面上。

作为优选，本发明所采用的相邻两个监测断面之间的距离是25m～30m。

作为优选，本发明所采用的粘贴型分布式光纤包括碳纤维编织网以及分布式光纤；所述碳纤维编织网包裹在分布式光纤外部；所述碳纤维编织网通过碳纤维底胶分别布设在每个监测断面上。

作为优选，本发明所采用的粘贴型分布式光纤还包括涤纶线；所述分布式光纤布设在碳纤维编织网中间并通过涤纶线与碳纤维编织网相连。

作为优选，本发明所采用的分布式光纤是紧包护套应变感测光缆，所述分布式光纤的纤芯外侧封装有聚氨酯弹性材料保护层，所述分布式光纤的直径为2mm，所述分布式光纤的重量为2kg/km。

作为优选，本发明所采用的碳纤维编织网的宽度不大于5cm；所述涤纶线沿碳纤维编织网的纵向以不大于5cm的间隔分别与分布式光纤以及碳纤维编织网相连。

作为优选，本发明所采用的连接光纤以及导线均采用金属基索状光缆，所述连接光纤以及导线均通过多股金属加强件保护内部光纤，所述连接光纤以及导线的截面尺寸为Φ5mm，重量为38kg/km，应变测试范围为-15000με～+15000με。

一种基于如前所述的基于分布式光纤的盾构隧道管片整体变形监测装置的监测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)清洗盾构隧道管片：将盾构隧道管片上半部分的外侧表面沿环向进行清洗，所清洗区域的宽度不小于10cm；

2)制作粘贴型分布式光纤：裁剪出宽度不大于5cm的碳纤维编织网，将分布式光纤布设在碳纤维编织网中间，并利用涤纶线沿纵向以不大于5cm的间隔进行固定；