[发明专利]一种盾构隧道管片错台的光纤光栅监测方法及装置

说明书

本发明提供了一种盾构隧道管片错台的光纤光栅监测方法及装置，装置包括：在两环管片之间装设有连接螺栓，用于连接这两环管片；在所述管片相应位置设置有螺母安装孔位，所述连接螺栓两端连接有螺母，所述螺母位于螺母安装孔位内；在所述螺母上距离连接螺栓端头2cm处打孔，使用环氧型胶粘剂将光纤光栅应变传感器粘贴在所述连接螺栓上；每个所述连接螺栓上均在位于两环管片的接缝处、平行于螺栓轴线的方向上安装有光纤光栅应变传感器，并将连接引线及光纤通过螺母孔洞引出并接入至光纤光栅解调仪。本发明设置于管片内部，不占用隧道空间，也不易受隧道内环境影响，可方便对管片的错台情况进行实时监测，从而保证隧道施工及运营期的安全。

技术领域

本发明涉及隧道管片错台监测领域，具体涉及一种盾构隧道管片错台的光纤光栅监测方法，还涉及一种盾构隧道管片错台的光纤光栅监测装置。

背景技术

盾构施工技术在世界上的发展和应用已有上百年的历史，目前已经成为一种国际上较为普遍的隧道工程施工方法，盾构施工的优劣主要集中在隧道管片成型质量上，而管片的错台一直是盾构隧道施工和运营中经常出现的技术难题与病害现象，且在较长的一段时间内没有得到足够的重视。管片错台引起的危害不仅仅对隧道的美观有影响，还会影响盾构隧道的结构安全，造成管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题。因此，对隧道管片错台进行监测是非常有必要的。

目前对盾构隧道管片错台的常用监测方法就是人工监测法和自动监测法。管片错台的人工监测法是通过目测进行，对疑似处可通过手触确认，也可将探照灯平贴于管片疑似错台处照明，如存在错台现象，则光束在错台处会出现明显的明暗对比，管片错台程度则可通过钢卷尺、游标卡尺测量错台最大处的位置，这一类人工监测方法需要耗费大量人力物力，效率也较为低下，且容易产生人为的不确定性或遗漏。自动监测法主要是利用三维激光扫描仪进行，先通过扫描均匀布置的靶点，结束后再对隧道进行全景扫描，对扫描数据进行拼接后，数据处理得出管片的错台量。但是三维激光扫描仪设备与处理软件非常昂贵，不利于工程推广应用，并且对于动辄数公里的盾构隧道而言，其靶点布置与全景扫描也需耗费较大的成本。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供了一种盾构隧道管片错台的光纤光栅监测方法，可方便对管片的错台情况进行实时监测，并采取相应的应对措施，从而保证隧道施工及运营期的安全。

本发明的另一个目的在于提供了一种盾构隧道管片错台的光纤光栅监测装置，该监测装置设置于管片内部，不占用隧道空间，也不易受隧道内环境影响，可方便对管片的错台情况进行实时监测。

为进一步实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种盾构隧道管片错台的光纤光栅监测方法，包括以下步骤：

a.预先在螺母上距离连接螺栓端头2cm处打孔；

b.使用环氧型胶粘剂将光纤光栅应变传感器粘贴在连接螺栓上，每个连接螺栓上均在两环管片的接缝处、平行于螺栓轴线的方向上安装有光纤光栅应变传感器，并将连接引线及光纤通过螺母孔洞引出；

c.对各个连接螺栓进行编号，并标注于连接螺栓引线上；

d.盾构掘进完毕后将管片按照拼装顺序拼装好，并将对应的连接螺栓安装到位，将其拧紧，并施加预应力；

e.管片和连接螺栓安装好后，将存在的线缆固定好，并且将电缆接头引到数据采集处；

f.将每个光纤光栅应变传感器所引出的光纤接头依编号接入光纤光栅解调仪中，对各个监测数据进行实时的监测，并将监测数据保存入电脑；

g.将安装有光纤光栅应变传感器的连接螺栓及管片拼装完成后，将此时所测的光纤光栅应变传感器波长设为初始波长；

h.连接螺栓接缝处发生的应变通过光纤光栅的温度变化、光栅中心波长的变化之间的关系进行换算得出，光纤光栅应变传感器的应变变化值通过以下公式换算得出：