分布式光纤技术在隧道变形监测中的应用
发布时间：2021-11-01 11:46
目前,隧道的安全服役离不开安全监测和预警,分布式光纤技术为隧道的安全运营提供一种全新的技术保障手段。为解决隧道的差异性沉降监测难题,从实验室内光纤轴向拉伸监测变形和Z字形布线方式监测差异沉降的原理及其在某隧道内的应用效果2个方面,阐述分布式光纤监测技术在隧道工程中的应用。无论室内的等级光纤拉伸和还是Z字形布线方式,位移和应变的对应关系都呈现出良好的线性比例关系,为工程实际应用提供理论依据。从工程监测结果来看,分布式定点应变感测光缆能实现对管片接缝变形的准确定位和毫米级接缝宽度感知,Z字形光缆布设方式也能对隧道内管片差异沉降实现精准感知,充分体现分布式光纤监测技术在隧道结构健康监测中的鲜明优势。
【文章来源】：隧道建设(中英文). 2020,40(S1)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
BOFDA测试原理
隧道内管片与管片之间的接缝变形可采用分布式定点应变感测光缆进行监测。若在两管片之间固定一段定点应变感测光缆,两固定点分别位于管片上,则当管片之间的接缝大小发生变化时,两定点之间的光纤段产生应变变化(见图2),根据这种应变变化可评估管片之间的接片变形情况。由于在隧道轴向上布设有一系列的隧道管片,这就意味着在轴向上存在一连串的定点,因此不同定点段之间的应变在固定后应准确反映本段之间的接缝变化情况,而对前后定点段不产生影响。管片之间的接缝监测主要利用分布式光纤的应变感知性能,由Δλ=ξ1Δε+ξ2ΔT可知,在温度基本不变的情况下,应变变化与波长变化呈线性关系。在实验室内采取苏州南智传感科技有限公司生产的直径为4.8mm、定点直径为9.9mm、定点间实际长度为1.47m的分布式应变感测光缆(NZS-DSS-C02)进行拉伸测试,试验装置如图3所示。固定好2个定点后维持紧张状态,然后按每级1.5mm(1000με)的等级逐级拉伸,共计20级,再逐级进行卸载到0。每次拉伸完毕后维持稳定并采用空间分辨为0.2m、采样间隔为0.05m、扫频步距为5MHz、初始频率为10.85GHz、应变系数为0.05MHz/με的BOFDA采集光缆应变值,并做记录。
管片之间的接缝监测主要利用分布式光纤的应变感知性能,由Δλ=ξ1Δε+ξ2ΔT可知,在温度基本不变的情况下,应变变化与波长变化呈线性关系。在实验室内采取苏州南智传感科技有限公司生产的直径为4.8mm、定点直径为9.9mm、定点间实际长度为1.47m的分布式应变感测光缆(NZS-DSS-C02)进行拉伸测试,试验装置如图3所示。固定好2个定点后维持紧张状态,然后按每级1.5mm(1000με)的等级逐级拉伸,共计20级,再逐级进行卸载到0。每次拉伸完毕后维持稳定并采用空间分辨为0.2m、采样间隔为0.05m、扫频步距为5MHz、初始频率为10.85GHz、应变系数为0.05MHz/με的BOFDA采集光缆应变值,并做记录。在不断增加拉伸长度的条件下,A段应变不断增加,试验曲线如图4所示。由图可知,随着加载等级的上升,2个定点间的整个光缆应变分布均匀且与加载等级成线性关系,在真实应变拉伸量为12000με以内,其拉伸应变误差百分比在10%以下,随着应变继续增加,误差增大;在真实应变值10000με以上,其回弹应变误差百分比在10%以下,随着应变逐渐降低,误差增大。综上所述,分布式定点光缆在盾构隧道内进行管片间裂缝监测时应预计最大变形量,然后保证整个光缆应变值处于12000με以内。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国城市轨道交通2019年度数据统计[J]. 隧道建设(中英文). 2020(05)
[2]浅埋隧道覆岩变形沉降的分布式光纤监测与分析[J]. 董鹏,夏开文,于长一,王奇智,戴永浩. 防灾减灾工程学报. 2019(05)
[3]基于分布式光纤感测技术的苏州盾构隧道管片变形监测分析[J]. 朱宁,王兴. 江苏建筑. 2018(06)
[4]土木与岩土工程监测新技术——BOFDA的性能与特点[J]. 王兴,施斌,魏广庆,程刚,张驰. 防灾减灾工程学报. 2015(06)
[5]基于分布式光纤传感的混凝土裂缝识别与监测试验研究[J]. 毛江鸿,崔磊,金伟良,许晨,何勇,任旭初,杨帆. 传感技术学报. 2014(09)
[6]结构裂缝的分布式光纤监测方法及试验研究[J]. 何勇,姜帅,毛江鸿,夏晋,金伟良. 土木建筑与环境工程. 2012(01)
[7]基于BOTDA的隧道变形监测技术研究[J]. 张桂生,毛江鸿,何勇,金伟良. 公路. 2010(02)
[8]基坑工程BOTDR分布式光纤监测技术研究[J]. 隋海波,施斌,张丹,魏广庆,朴春德,王宝军. 防灾减灾工程学报. 2008(02)
[9]上海地铁监护实践[J]. 王如路,刘建航. 地下工程与隧道. 2004(01)
硕士论文
[1]多种受力状态下结构分布式光纤传感应变传递及裂纹监测[D]. 张宝祥.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于BOTDA的组合梁桥面板裂缝监测技术研究[D]. 康师表.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于BOTDA分布式光纤传感器的结构健康监测研究[D]. 谢超超.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3470058
【文章来源】：隧道建设(中英文). 2020,40(S1)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
BOFDA测试原理
隧道内管片与管片之间的接缝变形可采用分布式定点应变感测光缆进行监测。若在两管片之间固定一段定点应变感测光缆,两固定点分别位于管片上,则当管片之间的接缝大小发生变化时,两定点之间的光纤段产生应变变化(见图2),根据这种应变变化可评估管片之间的接片变形情况。由于在隧道轴向上布设有一系列的隧道管片,这就意味着在轴向上存在一连串的定点,因此不同定点段之间的应变在固定后应准确反映本段之间的接缝变化情况,而对前后定点段不产生影响。管片之间的接缝监测主要利用分布式光纤的应变感知性能,由Δλ=ξ1Δε+ξ2ΔT可知,在温度基本不变的情况下,应变变化与波长变化呈线性关系。在实验室内采取苏州南智传感科技有限公司生产的直径为4.8mm、定点直径为9.9mm、定点间实际长度为1.47m的分布式应变感测光缆(NZS-DSS-C02)进行拉伸测试,试验装置如图3所示。固定好2个定点后维持紧张状态,然后按每级1.5mm(1000με)的等级逐级拉伸,共计20级,再逐级进行卸载到0。每次拉伸完毕后维持稳定并采用空间分辨为0.2m、采样间隔为0.05m、扫频步距为5MHz、初始频率为10.85GHz、应变系数为0.05MHz/με的BOFDA采集光缆应变值,并做记录。
管片之间的接缝监测主要利用分布式光纤的应变感知性能,由Δλ=ξ1Δε+ξ2ΔT可知,在温度基本不变的情况下,应变变化与波长变化呈线性关系。在实验室内采取苏州南智传感科技有限公司生产的直径为4.8mm、定点直径为9.9mm、定点间实际长度为1.47m的分布式应变感测光缆(NZS-DSS-C02)进行拉伸测试,试验装置如图3所示。固定好2个定点后维持紧张状态,然后按每级1.5mm(1000με)的等级逐级拉伸,共计20级,再逐级进行卸载到0。每次拉伸完毕后维持稳定并采用空间分辨为0.2m、采样间隔为0.05m、扫频步距为5MHz、初始频率为10.85GHz、应变系数为0.05MHz/με的BOFDA采集光缆应变值,并做记录。在不断增加拉伸长度的条件下,A段应变不断增加,试验曲线如图4所示。由图可知,随着加载等级的上升,2个定点间的整个光缆应变分布均匀且与加载等级成线性关系,在真实应变拉伸量为12000με以内,其拉伸应变误差百分比在10%以下,随着应变继续增加,误差增大;在真实应变值10000με以上,其回弹应变误差百分比在10%以下,随着应变逐渐降低,误差增大。综上所述,分布式定点光缆在盾构隧道内进行管片间裂缝监测时应预计最大变形量,然后保证整个光缆应变值处于12000με以内。
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国城市轨道交通2019年度数据统计[J]. 隧道建设(中英文). 2020(05)
[2]浅埋隧道覆岩变形沉降的分布式光纤监测与分析[J]. 董鹏,夏开文,于长一,王奇智,戴永浩. 防灾减灾工程学报. 2019(05)
[3]基于分布式光纤感测技术的苏州盾构隧道管片变形监测分析[J]. 朱宁,王兴. 江苏建筑. 2018(06)
[4]土木与岩土工程监测新技术——BOFDA的性能与特点[J]. 王兴,施斌,魏广庆,程刚,张驰. 防灾减灾工程学报. 2015(06)
[5]基于分布式光纤传感的混凝土裂缝识别与监测试验研究[J]. 毛江鸿,崔磊,金伟良,许晨,何勇,任旭初,杨帆. 传感技术学报. 2014(09)
[6]结构裂缝的分布式光纤监测方法及试验研究[J]. 何勇,姜帅,毛江鸿,夏晋,金伟良. 土木建筑与环境工程. 2012(01)
[7]基于BOTDA的隧道变形监测技术研究[J]. 张桂生,毛江鸿,何勇,金伟良. 公路. 2010(02)
[8]基坑工程BOTDR分布式光纤监测技术研究[J]. 隋海波,施斌,张丹,魏广庆,朴春德,王宝军. 防灾减灾工程学报. 2008(02)
[9]上海地铁监护实践[J]. 王如路,刘建航. 地下工程与隧道. 2004(01)
硕士论文
[1]多种受力状态下结构分布式光纤传感应变传递及裂纹监测[D]. 张宝祥.哈尔滨工业大学 2015
[2]基于BOTDA的组合梁桥面板裂缝监测技术研究[D]. 康师表.哈尔滨工业大学 2013
[3]基于BOTDA分布式光纤传感器的结构健康监测研究[D]. 谢超超.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3470058
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