[发明专利]一种基于COTDR的地铁隧道施工安全临时监测方法

说明书

本发明公开了一种基于COTDR的地铁隧道施工安全临时监测方法，通过在隧道顶部等间距的设置固定件，将探测光缆穿过固定件，使探测光缆自然伸展，探测光缆一端与监测主机相连；探测光缆中设置有传感光纤，监测主机包括强相干光源和光探测器；包括：S1、强相干光源作为入射脉冲从传感光纤的入射段注入，光探测器接收返回的后向散射信号；S2、监测主机实时读取全段数据，计算当前时刻的光纤末端位置；S3、光纤断裂判断；S4、光纤弯折判断。本发明可以准确地定位应变变化发生的位置，通过采用COTDR技术，对地铁隧道的施工安全状态进行临时监测，相对于传统的水准测量方法，具有反应灵敏、实时高效、布设灵活等明显优势。

技术领域

本发明涉及地铁隧道施工安全监测领域，尤其涉及一种基于COTDR的地铁隧道施工安全临时监测方法。

背景技术

地铁隧道不仅要进行工程运行期间的安全监测，也要进行工程施工期间的安全监测，不能忽略临时监测的重要性和必要性。在盾构推进施工过程中，由于盾构刀头的旋转和对周围土体的挤压等作用，周围土体的内应力发生变化而破坏了土体内部的应力平衡，致使周围土体发生沉降、位移形变，当形变达到一定程度则极有可能引发施工安全事故。所以在盾构推进施工过程中必须通过监测隧道形变来控制盾构推进的进度和盾构本身的状态，从而实现地铁隧道施工过程的信息化，确保施工的质量、进度和安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中隧道周围土体容易发生变形，且变形难以及时监测的缺陷，提供一种基于COTDR的地铁隧道施工安全临时监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于COTDR的地铁隧道施工安全临时监测方法，在隧道顶部等间距的设置固定件，将探测光缆穿过固定件，使探测光缆自然伸展，探测光缆一端与监测主机相连；探测光缆中设置有传感光纤，监测主机包括强相干光源和光探测器；

该方法包括以下步骤：

S1、强相干光源作为入射脉冲从传感光纤的入射段注入，光探测器接收返回的后向散射信号，后向散射信号为传感光纤中各点返回到入射端的瑞利散射光相互干涉后的信号；

S2、监测主机实时读取运行s秒内的全段数据，全段数据包括探测光缆内各个探测单元的后向散射信号，计算全段数据的平均值，并设置光纤末端判断阈值Te，比较全段数据的平均值和光纤末端判断阈值Te，得到当前时刻的光纤末端位置Pb；

S3、光纤断裂判断：监测主机实时监测每隔s秒内的全段数据，计算其平均值，比较平均值和光纤末端判断阈值Te，得到下一时刻的光纤末端位置Pn；若Pb和Pn的偏差在偏差阈值范围内，则更新光纤末端位置使Pb＝Pn；若Pb和Pn的偏差不在偏差阈值范围内，则发出断纤报警，停止更新光纤末端位置Pb；

S4、光纤弯折判断：读取监测主机获取到的各个间隔s秒的全段数据，对全段数据进行逐行差分处理得到差分数组，找到差分数组各列的绝对值中的最大值；读取最大值对应差分数组数据，即对应当前时刻的光纤末端位置Pb，在1-Pb位置之间寻找是否存在超过弯折阈值的位置，若存在，则发出弯折报警。

进一步地，本发明的步骤S2中光纤末端判断阈值的设置方法为：

全段数据包括探测信号部分和噪声部分，全段数据经过平均后，有光纤接入的探测信号部分，数值范围没有受到影响，而无光纤接入的噪声部分，数值范围会明显减小，探测信号部分的数值范围高于噪声部分；光纤末端判断阈值，高于噪声部分的数值范围，低于探测信号部分尾部的数值范围。

进一步地，本发明的步骤S2中比较全段数据的平均值和光纤末端判断阈值，得到当前时刻的光纤末端位置的方法为：

从全段数据的尾端开始查找，第一个高于光纤末端判断阈值的位置，即为当前时刻的光纤末端位置。