目前,隧道的安全服役離不開安全監(jiān)測和預(yù)警,分布式光纖技術(shù)為隧道的安全運(yùn)營提供一種全新的技術(shù)保障手段。為解決隧道的差異性沉降監(jiān)測難題,從實(shí)驗(yàn)室內(nèi)光纖軸向拉伸監(jiān)測變形和Z字形布線方式監(jiān)測差異沉降的原理及其在某隧道內(nèi)的應(yīng)用效果2個(gè)方面,闡述分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用。無論室內(nèi)的等級光纖拉伸和還是Z字形布線方式,位移和應(yīng)變的對應(yīng)關(guān)系都呈現(xiàn)出良好的線性比例關(guān)系,為工程實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。從工程監(jiān)測結(jié)果來看,分布式定點(diǎn)應(yīng)變感測光纜能實(shí)現(xiàn)對管片接縫變形的準(zhǔn)確定位和毫米級接縫寬度感知,Z字形光纜布設(shè)方式也能對隧道內(nèi)管片差異沉降實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)感知,充分體現(xiàn)分布式光纖監(jiān)測技術(shù)在隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的鮮明優(yōu)勢。 

【文章來源】：隧道建設(shè)(中英文). 2020,40(S1)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

BOFDA測試原理

隧道內(nèi)管片與管片之間的接縫變形可采用分布式定點(diǎn)應(yīng)變感測光纜進(jìn)行監(jiān)測。若在兩管片之間固定一段定點(diǎn)應(yīng)變感測光纜,兩固定點(diǎn)分別位于管片上,則當(dāng)管片之間的接縫大小發(fā)生變化時(shí),兩定點(diǎn)之間的光纖段產(chǎn)生應(yīng)變變化(見圖2),根據(jù)這種應(yīng)變變化可評估管片之間的接片變形情況。由于在隧道軸向上布設(shè)有一系列的隧道管片,這就意味著在軸向上存在一連串的定點(diǎn),因此不同定點(diǎn)段之間的應(yīng)變在固定后應(yīng)準(zhǔn)確反映本段之間的接縫變化情況,而對前后定點(diǎn)段不產(chǎn)生影響。管片之間的接縫監(jiān)測主要利用分布式光纖的應(yīng)變感知性能,由Δλ=ξ1Δε+ξ2ΔT可知,在溫度基本不變的情況下,應(yīng)變變化與波長變化呈線性關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采取蘇州南智傳感科技有限公司生產(chǎn)的直徑為4.8mm、定點(diǎn)直徑為9.9mm、定點(diǎn)間實(shí)際長度為1.47m的分布式應(yīng)變感測光纜(NZS-DSS-C02)進(jìn)行拉伸測試,試驗(yàn)裝置如圖3所示。固定好2個(gè)定點(diǎn)后維持緊張狀態(tài),然后按每級1.5mm(1000με)的等級逐級拉伸,共計(jì)20級,再逐級進(jìn)行卸載到0。每次拉伸完畢后維持穩(wěn)定并采用空間分辨為0.2m、采樣間隔為0.05m、掃頻步距為5MHz、初始頻率為10.85GHz、應(yīng)變系數(shù)為0.05MHz/με的BOFDA采集光纜應(yīng)變值,并做記錄。

管片之間的接縫監(jiān)測主要利用分布式光纖的應(yīng)變感知性能,由Δλ=ξ1Δε+ξ2ΔT可知,在溫度基本不變的情況下,應(yīng)變變化與波長變化呈線性關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采取蘇州南智傳感科技有限公司生產(chǎn)的直徑為4.8mm、定點(diǎn)直徑為9.9mm、定點(diǎn)間實(shí)際長度為1.47m的分布式應(yīng)變感測光纜(NZS-DSS-C02)進(jìn)行拉伸測試,試驗(yàn)裝置如圖3所示。固定好2個(gè)定點(diǎn)后維持緊張狀態(tài),然后按每級1.5mm(1000με)的等級逐級拉伸,共計(jì)20級,再逐級進(jìn)行卸載到0。每次拉伸完畢后維持穩(wěn)定并采用空間分辨為0.2m、采樣間隔為0.05m、掃頻步距為5MHz、初始頻率為10.85GHz、應(yīng)變系數(shù)為0.05MHz/με的BOFDA采集光纜應(yīng)變值,并做記錄。在不斷增加拉伸長度的條件下,A段應(yīng)變不斷增加,試驗(yàn)曲線如圖4所示。由圖可知,隨著加載等級的上升,2個(gè)定點(diǎn)間的整個(gè)光纜應(yīng)變分布均勻且與加載等級成線性關(guān)系,在真實(shí)應(yīng)變拉伸量為12000με以內(nèi),其拉伸應(yīng)變誤差百分比在10%以下,隨著應(yīng)變繼續(xù)增加,誤差增大;在真實(shí)應(yīng)變值10000με以上,其回彈應(yīng)變誤差百分比在10%以下,隨著應(yīng)變逐漸降低,誤差增大。綜上所述,分布式定點(diǎn)光纜在盾構(gòu)隧道內(nèi)進(jìn)行管片間裂縫監(jiān)測時(shí)應(yīng)預(yù)計(jì)最大變形量,然后保證整個(gè)光纜應(yīng)變值處于12000με以內(nèi)。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3470058