[实用新型]一种基于管棚支护的隧道围岩变形分布式光纤监测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于隧道超前支护监测技术领域，更具体涉及一种基于管棚支护的隧道围岩变形分布式光纤的监测装置。

背景技术

在隧道开挖过程中，经常会遇到破碎带、松散带、软弱地层、涌水、涌沙等地段，在这类地质条件下进行开挖，如果不进行超前预支护，很容易出现坍塌情况，导致安全事故，不仅给相关企业造成经济损失，增加工程成本，而且极大地影响工程施工进度和施工质量。在隧道施工下穿既有线路或建筑物及河流、湖泊的开挖前，如果不进行超前预支护，很容易造成隧道上既有线路或建筑物的沉降以及河流、湖泊涌水而带来各种安全隐患。

管棚超前支护是将一组钢管(即管棚管)沿隧道的开挖轮廓线外侧已钻好的钻孔打入地层内，并与钢拱架组合形成强大的棚架预支护加固体系，用以支承来自管棚上部围岩的荷载，并通过注浆孔加压向地层中注浆，以加固软弱破碎的地层，提高地层的自稳能力。管棚支护在稳定开挖围岩的同时，也产生了相应的变形，通过对该变形进行测试，综合地表沉降、拱顶下沉和净空收敛的监测结果，可形成完整的管棚支护围岩稳定性评价体系，实时监测管棚支护围岩的变形情况，极大的增加隧道施工的安全性。

目前，在隧道超前支护监测技术领域，特别是与隧道工程施工期监测有关的技术方法主要有地中土体沉降监测技术、土体测斜技术、地表、拱顶沉降监测技术等，仪器设备多采用沉降仪、测斜仪、全站仪、水准仪等。这些技术方法具有点式测量特点，测点稀疏，难以实现对被测对象的全方位监控。常规的监测技术多数仍不能实现实时监测，且传感原理多种多样，数据种类多，难以集成大规模实时监测系统。因此，有必要研究开发适用于隧道管棚超前支护洞内围岩变形超前实时监测方法和技术，以满足日益增长的隧道施工安全监测的要求和理论研究的需要。

基于布里渊散射原理的预脉冲泵浦布里渊光时域分析PPP-BOTDA(Pulse-PrePump Birlouin Optical Time-Domain Analysis)是一项极具发展前景的应变和温度监测技术。它除了具有一般光纤传感技术的耐腐蚀、抗干扰等特点，该技术还是传统BOTDA系统的升级产品，实现了高分辨率(<10cm)与高精度(<±8)测量，在空间分辨率和精度方面具有明显优势。该技术在导入脉冲光之前，加载适当的脉冲预泵浦光，预先激发声子，然后利用脉冲光在光纤中的受激布里渊散射效应和光时域反射技术来实现温度和应变的长距离全分布式测量，可以得到光纤沿线任意点应变和温度信息。PPP-BOTDA分布式光纤适用于大型结构体的健康状况的检测和监测，目前在隧道围岩超前支护监测方面还没有较完善的分布式光纤监测技术。它尤其适用于特殊困难地段，如在极破碎岩体、断层破碎岩体、塌方体、岩锥地段、砂土质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育岩体、浅埋大偏压等围岩的隧道超前支护变形监测。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种基于管棚支护的隧道围岩变形分布式光纤的监测装置，结构简单，使用方便，巧妙利用管棚支护钻孔，将预制好的光纤测管单节段放置在管棚钢管内，可形成完整的管棚支护围岩稳定性评价体系，实时监测管棚支护围岩的变形情况，极大的增加隧道施工的安全性。

为了实现上述的目的，本实用新型采用以下技术措施：

其技术构思是：将管棚钢管沿隧道的开挖轮廓线外侧已钻好的监测钻孔打入地层内，钢管之间采用丝扣连接；钢管安装完毕后，沿隧道纵向延伸方向由后向前对预制好的分段光纤测管单节段进行拼接组装，由于隧道洞内操作空间的狭窄，上一节段光纤测管单节段送入钢管内，然后在钢管口处拼接组装下一节段光纤测管单节段，多个所述节段的光纤测管单节段拼接组装方法均相同。

一种基于管棚支护的隧道围岩变形分布式光纤的监测方法，其步骤是：

步骤一、采用管棚钻机，从导向管内钻孔，套管跟进的方法，沿着隧道开挖轮廓线外的设定部位钻取监测孔、水平铺设钢管；管棚钢管由机械顶进，钢管节段间用丝扣连接；

步骤二、管棚钢管顶到位后，将第一节段光纤测管单节段开始端第一凹槽和第二凹槽光纤转换延长接头串联搭接，第三凹槽和第四凹槽光纤转换延长接头串联搭接，光纤接头处用塑料薄膜进行密封保护，由机械缓慢顶进，将光纤测管单节段开始端送入管棚钢管内，并在钢管口处预留0.18－0.22m光纤测管单节段长度，注意保证光纤测管单节段第一凹槽竖直向上；