[发明专利]一种明挖隧道接缝多维变形监测方法与工艺

说明书

本发明提供一种明挖隧道接缝多维变形监测方法与工艺，包括布设密集分布式应变感测光缆、设置光缆固定夹具、设置光缆固定过渡圆环和连接密集分布式光纤解调仪。使用固定夹具将密集分布式感测光缆沿隧道进行多角度布设，过弯处采用过渡圆环，避免光缆折损，连接密集分布式光纤解调仪，即可对隧道接缝位置的拉伸、错台、竖向沉降三维变形进行监测。本发明结构简单，易于安装，结合了光纤感测技术，能够实时、长期、分布式、准确的监测隧道接缝位置三维变形，具有测量精度高、成本低、布设简单等优点。

技术领域

本发明属于明挖隧道接缝变形监测领域，特别是涉及一种明挖隧道接缝多维变形监测方法与工艺。

背景技术

近年来，随着经济全球化发展和国家基础设施建设步伐的加大、加快，大量的隧道开始修建，跨越江河湖泊的隧道也越来越多。建设水下隧道工法种类较多，目前国内外常见的施工方法主要有钻爆法、沉管法、盾构法、明挖法等。钻爆法施工过程中风险较高，对地质的变化较为敏感，在通过复杂地质条件段，各种辅助施工措施的费用会急剧增加；沉管法隧道施工期对水域生态环境影响较大，水下结构处理困难，基础处理及结构的抗震都存在一定的难度；盾构法在大隧道施工情况下，需要增大盾构机管片外径，施工难度、造价将大大增加；明挖法施工积累了丰富的经验，且造价较低，风险可控，明挖法以其进度快、施工工艺简单的优势在隧道施工中应用广泛，在大隧道施工工程可行性上具有明显优势。

隧道结构在运营期由于温度、湿度作用和混凝土收缩、徐变而产生水平变形，以及基底的不均匀沉降而产生的垂向变形，当变形过大时对结构的安全造成影响。此外，隧道变形缝随着温度变化等原因会张开或者闭合，隧道变形张开过大，会造成隧道渗漏水等病害；隧道变形缝闭合过大，会造成隧道衬砌结构损坏，疏松脱落等病害。

传统的应变监测方法有千斤顶油压表、电阻应变计、钢弦式应变计、磁通量式传感器、加速度间接测试等，但这些方法各有局限性，无法同时满足分布式测量、高精度、长距离、低成本等要求。

光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光波不怕电磁干扰，易为各种光探测器件接收。光纤工作频带宽，动态范围大，适合于远程监测，是一种优良的低损耗传输线。因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎在各个领域得到研究与应用，成为传感技术的先导。

弱光栅(WFBG)是反射率低于0.01％的FBG。WFBG阵列融合了常规干涉、内联干涉、光纤光栅、分布式光纤传感的思想，在1根光纤上复用了上千个WFBG，WFBG反射率通常小于0.01％，3dB带宽在2pm～8nm之间，栅长在9mm～10cm之间，光栅间隔最小达到1mm。由于WFBG反射率低、两者之间没有熔接点，与普通FBG比较，复用能力得到极大增强；由于反射光强大于瑞利散射，与分布式光纤传感比较，信号解调速度也有较大优势。

专利号为CN202110079750.2公开了“一种隧道结构变形监测装置及监测方法”，包括预埋件、监测板和反射膜片，所述监测板固定在所述预埋件的一端，所述预埋件的另一端固定在隧道围岩内，所述反射膜片位于所述监测板的中心位置，所述反射膜片朝向全站仪设站一侧。，能够对隧道结构的变形情况进行非接触式、持续的监测和反馈，根据监测的数据对隧道结构形变情况进行判断。专利号为CN202110142304.1公开了“用于地下混凝土结构变形缝的防水或堵漏材料沉降变形性能模拟试验装置及方法”，包括活动试块、固定试块、升降机构，活动试块经升降机构支撑与固定试块间形成变形缝；固定试块中设置有注水腔，在活动试块中设置有与注水腔对应的空腔，使用百分表来测量地下混凝土结构变形缝的沉降情况。这些方法存在较大的局限性，一方面无法实现分布式监测，测量成本较高，数据量较大，另一方面只能监测隧道结构体的一维变形，无法实现三维变形监测。

如何克服现有技术所存在的不足已成为当今明挖隧道接缝多维变形监测技术领域中亟待解决的重点难题之一。

发明内容