專利名稱：隧道圍巖徑向應(yīng)力應(yīng)變分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于分布式光纖傳感技術(shù)的隧道圍 巖徑向變形分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)。
背景技術(shù)：
我國(guó)目前正處于大規(guī)模建設(shè)時(shí)期，在交通、國(guó)防、水利等各個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)了大量的隧 道工程。在隧道施工和使用過(guò)程中，圍巖的應(yīng)力應(yīng)變將產(chǎn)生變化，保證圍巖穩(wěn)定性安全是一 個(gè)極其重要的任務(wù)。隧道圍巖徑向應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)是確定隧道圍巖松動(dòng)圈影響范圍、判斷圍 巖穩(wěn)定性，掌握圍巖應(yīng)力應(yīng)變發(fā)展變化規(guī)律，評(píng)估支護(hù)效果的主要手段和依據(jù)。隧道開(kāi)挖過(guò)程中，由于一側(cè)巖土被挖去對(duì)圍巖產(chǎn)生卸荷作用，圍巖從應(yīng)力平衡狀 態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉瞧胶鉅顟B(tài)，在隧道施工過(guò)程中往往需要通過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)使圍巖重新達(dá)到一個(gè)平衡 狀態(tài)來(lái)維持圍巖的穩(wěn)定性。在圍巖應(yīng)力重分布過(guò)程中，將產(chǎn)生一個(gè)圍巖松動(dòng)圈，圈內(nèi)的巖土 體將發(fā)生徑向上的應(yīng)力應(yīng)變變化而圈外則基本不受影響。對(duì)圍巖徑向變形等進(jìn)行監(jiān)測(cè)是確 定圍巖松動(dòng)圈影響范圍，保證圍巖的穩(wěn)定安全最可靠的方法之一。隧道圍巖穩(wěn)定性安全監(jiān) 測(cè)比較常見(jiàn)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容有圍巖變形位移監(jiān)測(cè)、支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖接觸應(yīng)力監(jiān)測(cè)等，這些監(jiān)測(cè) 內(nèi)容主要通過(guò)電測(cè)式傳感器(位移計(jì)、應(yīng)力計(jì)、土壓力盒等)和光學(xué)測(cè)量?jī)x器(水準(zhǔn)儀、全 站儀等)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些監(jiān)測(cè)手段只能監(jiān)測(cè)到一些圍巖界面上的信息而無(wú)法了解整個(gè)圍巖內(nèi) 部的應(yīng)力應(yīng)變情況；常規(guī)傳感器多為點(diǎn)式傳感器，當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍較大、監(jiān)測(cè)點(diǎn)空間密度要 求較高時(shí)需要布設(shè)大量的傳感器，這必然導(dǎo)致監(jiān)測(cè)工作復(fù)雜程度和費(fèi)用的劇增，而且監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)之間缺少聯(lián)系，無(wú)法反映圍巖整體的變形規(guī)律。此外，常規(guī)的電測(cè)式傳感元件，由于受 到腐蝕和雷電等的干擾，使用壽命和穩(wěn)定性難以滿足長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的要求。因此一種全新的分 布式光纖監(jiān)測(cè)方法，對(duì)現(xiàn)代工程中隧道圍巖的監(jiān)測(cè)有著重要的意義。基于布里淵I光時(shí)域反射技術(shù)(Brillouin Optical Time Domain Reflectormeter, 縮寫(xiě)B(tài)0TDR)的分布式傳感技術(shù)是近年來(lái)在光電信息領(lǐng)域內(nèi)研發(fā)一項(xiàng)尖端技術(shù)，它除了具 有一般光纖傳感技術(shù)的耐腐蝕、抗干擾等特點(diǎn)，最重要的是具有分布式測(cè)量的特點(diǎn)，可以得 到光纖沿線任意點(diǎn)的應(yīng)變和溫度信息。將該技術(shù)用于隧道圍巖徑向變形監(jiān)測(cè)，評(píng)價(jià)圍巖松 動(dòng)圈，對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前圍巖監(jiān)測(cè)中存在的問(wèn)題，結(jié)合隧道圍巖應(yīng)力重分布的特點(diǎn)，提出一種基 于分布式光纖傳感技術(shù)的隧道圍巖變形的監(jiān)測(cè)技術(shù)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種隧道圍巖徑向應(yīng)力應(yīng)變分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)，沿隧道徑向鉆取監(jiān)測(cè)孔；將分布式 光纖傳感器通過(guò)固定支撐系統(tǒng)的支撐桿件送至徑向監(jiān)測(cè)孔的孔底；孔口處通過(guò)孔口固定系 統(tǒng)固定支撐桿件、注漿排氣管并封堵孔口 ；通過(guò)注漿方式填充光纖傳感器與圍巖空隙，使光 纖傳感器與圍巖協(xié)調(diào)變形；光纖傳感器包括分布式光纖應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ)償光纖傳感
權(quán)利要求
1.一種隧道圍巖徑向應(yīng)力應(yīng)變分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)，其特征是沿隧道徑向鉆取監(jiān)測(cè)孔； 將分布式光纖傳感器通過(guò)固定支撐系統(tǒng)的支撐桿件送至徑向監(jiān)測(cè)孔的孔底；孔口處通過(guò) 孔口固定系統(tǒng)固定支撐桿件、注漿排氣管并封堵孔口 ；通過(guò)注漿方式填充光纖傳感器與圍 巖空隙，使光纖傳感器與圍巖協(xié)調(diào)變形；光纖傳感器包括分布式光纖應(yīng)變傳感器和溫度補(bǔ) 償光纖傳感器，分布式光纖應(yīng)變光纖傳感器通過(guò)彈簧秤施加定量預(yù)拉力；溫度補(bǔ)償光纖傳 感器不施加預(yù)拉力；所述分布式光纖應(yīng)變傳感器為GFRP加強(qiáng)型緊套單模光纖傳感器，用 于應(yīng)變量的監(jiān)測(cè)；所述溫度補(bǔ)償光纖傳感器為鎧裝松套單模光纖傳感器，用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中 的應(yīng)變量的溫度補(bǔ)償；將各個(gè)監(jiān)測(cè)孔的分布式光纖傳感器熔接串聯(lián)接至光纖應(yīng)變分析儀 BOTDR ；應(yīng)變量和溫度的傳感均基于布里淵背向散射，通過(guò)對(duì)接受到的布里淵背向散射光功 率的測(cè)量，完成光纖上各點(diǎn)的布里淵頻移的測(cè)量和定位功能；根據(jù)布里淵頻移與應(yīng)變和溫 度之間的線性關(guān)系，可以得到圍巖內(nèi)部徑向上應(yīng)變分布和溫度分布，剔除溫度的影響，就得 到隧道圍巖徑向上的應(yīng)變分布；通過(guò)對(duì)測(cè)量的應(yīng)變分布進(jìn)行乘積、求和運(yùn)算得到圍巖徑向 的變形，進(jìn)而對(duì)圍巖的穩(wěn)定性做出評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)；所述監(jiān)測(cè)孔孔徑為70mm至90mm，監(jiān)測(cè)孔長(zhǎng) 度可選取圍巖松動(dòng)圈計(jì)算值或經(jīng)驗(yàn)值的1.5倍以上，使監(jiān)測(cè)孔穿越圍巖松動(dòng)圈的底部達(dá)到 圍巖穩(wěn)定區(qū)域。
2.由權(quán)利要求1所述的隧道圍巖徑向應(yīng)力應(yīng)變分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)，其特征是所述徑向監(jiān) 測(cè)孔穿越圍巖松動(dòng)影響圈，孔底到達(dá)圍巖穩(wěn)定區(qū)域，以孔底作為基點(diǎn)，對(duì)上述應(yīng)變分布進(jìn)行 一次積分運(yùn)算就能得到圍巖徑向變形的分布。
3.由權(quán)利要求1所述的隧道圍巖徑向應(yīng)力應(yīng)變分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)，其特征是所述固定 支撐系統(tǒng)由光纖傳感器支撐桿件(1)、注漿排氣管(13)、套筒(9)、蓋板(8)組成；支撐桿件 (1)采用高強(qiáng)度不銹鋼管，每節(jié)桿件長(zhǎng)lm，桿件之間用外接頭相連以適用不同長(zhǎng)度的監(jiān)測(cè) 孔；支撐桿件(1) 一端端點(diǎn)留有圓弧凹槽(10)以固定光纖傳感器，固定方式采用膠帶將光 纖傳感器捆扎在支撐桿件上，分布式光纖應(yīng)變傳感器與溫度補(bǔ)償傳感器與支撐桿件的連接 關(guān)系，如圖3 ；注漿排氣管(13)采用PVC管材(如圖4)，每節(jié)an至: ，通過(guò)PVC管接頭(16) 相連至所需長(zhǎng)度。安裝時(shí)，注漿排氣管(13) —端加裝傘狀防護(hù)罩(15)，逐節(jié)連接直至監(jiān)測(cè) 孔底，注漿排氣管(13)另一端自孔口固定系統(tǒng)的蓋板(8)的注漿排氣管出口(7)引出。傘 狀防護(hù)罩(15)用以防止注漿排氣(13)管伸入鉆孔過(guò)程中，巖土碎屑堵塞管口 ；孔口固定系 統(tǒng)由套筒(9)及蓋板(8)兩部分組成；套筒直徑略大于監(jiān)測(cè)孔徑，尾部留有圓形裙邊，裙邊 上留有固定螺栓孔O)；蓋板直徑與套筒裙邊相同，最外側(cè)留有與裙邊相對(duì)應(yīng)的螺栓固定 孔，蓋板與套筒裙邊之間放置橡膠墊圈( ；蓋板中心位置固定支撐桿件，并在蓋板中間區(qū) 域開(kāi)設(shè)光纖傳感器引出孔(5)、注漿孔G)、注漿排氣管出口(7)。
全文摘要
本發(fā)明屬于巖土工程監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于分布式光纖傳感技術(shù)的隧道圍巖徑向變形分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)；將分布式光纖傳感器通過(guò)支撐桿件送至徑向監(jiān)測(cè)孔的孔底；孔口處通過(guò)孔口固定系統(tǒng)將支撐桿件(1)、注漿排氣管(13)，封堵于孔內(nèi)；注漿孔(4)通過(guò)注漿管連接至注漿機(jī)，通過(guò)向孔內(nèi)注入與圍巖變形模量相匹配的漿液，填充光纖傳感器與圍巖間空隙，使光纖傳感器與圍巖協(xié)調(diào)變形；光纖傳感器包括分布式光纖應(yīng)變光纖傳感器和溫度光纖傳感器，將各個(gè)監(jiān)測(cè)孔的分布式光纖傳感器熔接串聯(lián)接至光纖應(yīng)變分析儀BOTDR；通過(guò)對(duì)接受到的布里淵背向散射光功率的測(cè)量，完成光纖上各點(diǎn)的布里淵頻移的測(cè)量和定位功能；根據(jù)布里淵頻移與應(yīng)變和溫度之間的線性關(guān)系，可以得到圍巖內(nèi)部徑向上應(yīng)變分布和溫度分布進(jìn)而對(duì)圍巖的穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。
文檔編號(hào)G01B11/16GK102102537SQ20101059514
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者任彥超, 尹龍, 席均, 干昆蓉, 張丹, 施斌, 楊毅, 趙洪巖 申請(qǐng)人:中鐵隧道集團(tuán)有限公司