本實(shí)用新型涉及隧道及地下工程領(lǐng)域，尤其涉及一種基于分布式光纖的隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

目前，隧道襯砌拱頂下沉監(jiān)測(cè)方法主要有兩種手段，一是在隧道襯砌拱頂布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用精密水準(zhǔn)儀和鋼尺進(jìn)行監(jiān)測(cè)；另一方法是在隧道襯砌拱頂粘貼反光片，利用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中，利用精密水準(zhǔn)儀和鋼尺進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，需要投入大量的人力，監(jiān)測(cè)效率較低，精確度低，而且該方法無(wú)法在運(yùn)營(yíng)隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)中應(yīng)用；利用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，由于隧道內(nèi)為半封閉空間，通?？諝馕蹪幔h(huán)境較差，其對(duì)全站儀的監(jiān)測(cè)精度影響較大，且利用全站儀無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，其數(shù)據(jù)處理工作較為繁瑣?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)有的隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)手段主要適用于施工期，在運(yùn)營(yíng)隧道中無(wú)法開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作，且在實(shí)際操作過(guò)程中存在較多的弊端，已嚴(yán)重制約了隧道監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。分布式光纖已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)，例如中國(guó)專(zhuān)利CN105259184A公開(kāi)了一種隧道拱頂分布式光纖監(jiān)測(cè)裝置，分布式光纖主要利用光線在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射和菲涅爾反射所產(chǎn)生的背向散射而制成的精密的光電一體化儀表，當(dāng)光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時(shí)，會(huì)由于光纖本身的性質(zhì)、連接器、接合點(diǎn)、彎曲或其它類(lèi)似的事件而產(chǎn)生散射、反射，其中一部分的散射和反射就會(huì)返回到光時(shí)域反射儀(又稱光纖分析儀)中，然后經(jīng)過(guò)光纖分析儀分析即可監(jiān)測(cè)出隧道拱頂下沉情況。上述專(zhuān)利僅僅采用了分布式光纖和光時(shí)域反射儀，以及公開(kāi)了分布式光纖的布置，具有全方位、無(wú)盲區(qū)、全時(shí)域監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，但是隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)精度上無(wú)法得到有效保證，沒(méi)有設(shè)定監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)，如果存在隧道拱頂整體下沉，則監(jiān)測(cè)有可能失效，并且分布式光纖是通過(guò)聚酰亞胺膠帶粘貼于隧道拱頂，這樣需要大量的人工作業(yè)，不能長(zhǎng)期高精度地對(duì)隧道拱頂下沉情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因此，亟需對(duì)傳統(tǒng)的隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行優(yōu)化改造。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于分布式光纖的隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)裝置，不僅使得隧道襯砌拱的拱頂下沉監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)工作省時(shí)省力、可操作性強(qiáng)、成本較低，而且實(shí)現(xiàn)了隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)化，具有較好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于分布式光纖的隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)裝置，包括隧道、分布式光纖和光纖分析儀，所述隧道包括隧道襯砌拱和位于隧道端部的隧道洞口，所述隧道襯砌拱的頂部為拱頂，所述分布式光纖包括分布式光纖隧道內(nèi)部分和與分布式光纖隧道內(nèi)部分電通信連接的分布式光纖隧道外部分，所述隧道襯砌拱的拱頂沿著隧道長(zhǎng)度方向上開(kāi)有凹槽，所述分布式光纖隧道內(nèi)部分設(shè)置于隧道襯砌拱的凹槽中，所述隧道洞口外部設(shè)有光纖分析儀和基準(zhǔn)點(diǎn)，所述基準(zhǔn)點(diǎn)頂部與拱頂?shù)陌疾壑g固定連接有套管，所述分布式光纖隧道外部分置于套管的管內(nèi)，所述分布式光纖隧道外部分通過(guò)導(dǎo)線與光纖分析儀電通信連接。

為了更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，所述凹槽內(nèi)填充有環(huán)氧樹(shù)脂膠，所述分布式光纖通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠密封在凹槽內(nèi)部。

為了便于監(jiān)測(cè)隧道襯砌拱的拱頂與基準(zhǔn)點(diǎn)的高程差，所述套管所在直線與凹槽所在直線位于同一直線上。

作為優(yōu)選，所述基準(zhǔn)點(diǎn)至隧道洞口之間的垂直距離比隧道洞口直徑至少大三倍。

作為優(yōu)選，所述基準(zhǔn)點(diǎn)為水泥混凝土制造的水泥混凝土墩。

作為優(yōu)選，所述光纖分析儀包括應(yīng)變感測(cè)光纜和緊密包裹于應(yīng)變感測(cè)光纜外部的護(hù)套，所述應(yīng)變感測(cè)光纜與護(hù)套之間封裝有聚氨酯彈性材料保護(hù)層；所述分布式光纖的直徑為2mm，重量為2kg/km；所述套管為內(nèi)徑2cm的PVC管，所述套管的一端端部與基準(zhǔn)點(diǎn)頂部固定連接，套管的另一端端部與拱頂固定連接。

作為優(yōu)選，所述凹槽位于拱頂?shù)撞?，所述凹槽的寬度和深度均不超過(guò)5mm。

本實(shí)用新型較現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

(1)本實(shí)用新型在隧道外部距離隧道洞口一定距離設(shè)置有基準(zhǔn)點(diǎn)，為分布式光纖監(jiān)測(cè)隧道拱頂下沉情況提供了基準(zhǔn)位置，便于精確監(jiān)測(cè)；并且，隧道襯砌拱的拱頂上開(kāi)有用于安裝分布式光纖的凹槽，將分布式光纖通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠封裝在凹槽中，可以長(zhǎng)期高精度監(jiān)測(cè)隧道拱頂下沉情況，相比傳統(tǒng)技術(shù)一次性監(jiān)測(cè)更加省時(shí)、省力。

(2)本實(shí)用新型在布置時(shí)，套管所在直線與凹槽所在直線位于同一直線上，那么利用分布式光纖監(jiān)測(cè)隧道襯砌拱與基準(zhǔn)點(diǎn)的高程差即可輕松得到隧道拱頂下沉情況；本實(shí)用新型不僅使得隧道襯砌拱的拱頂下沉監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)工作省時(shí)省力、可操作性強(qiáng)、成本較低，而且實(shí)現(xiàn)了隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)化，具有較好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A處的局部放大示意圖。

其中，附圖中的附圖標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱為：

1－隧道，11－隧道襯砌拱，111－拱頂,112－隧道洞口，2－分布式光纖，21－分布式光纖隧道內(nèi)部分，22－分布式光纖隧道外部分，3－基準(zhǔn)點(diǎn)，4－套管，5－光纖分析儀，6－導(dǎo)線，7－凹槽，8－環(huán)氧樹(shù)脂膠。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例

如圖1、圖2所示，一種基于分布式光纖的隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)裝置，包括隧道1、分布式光纖2和光纖分析儀5，隧道1包括隧道襯砌拱11和位于隧道1端部的隧道洞口112，隧道襯砌拱11的頂部為拱頂111，分布式光纖2包括分布式光纖隧道內(nèi)部分21和與分布式光纖隧道內(nèi)部分21電通信連接的分布式光纖隧道外部分22，隧道襯砌拱11的拱頂111沿著隧道長(zhǎng)度方向上開(kāi)有凹槽7，分布式光纖隧道內(nèi)部分21設(shè)置于隧道襯砌拱11的凹槽7中，隧道洞口112外部設(shè)有光纖分析儀5和基準(zhǔn)點(diǎn)3，基準(zhǔn)點(diǎn)3頂部與拱頂111的凹槽7之間固定連接有套管4，分布式光纖隧道外部分22置于套管4的管內(nèi)，分布式光纖隧道外部分22通過(guò)導(dǎo)線6與光纖分析儀5電通信連接。

如圖2所示，凹槽7內(nèi)填充有環(huán)氧樹(shù)脂膠8，分布式光纖2通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠8密封在凹槽7內(nèi)部，這樣分布式光纖2就不會(huì)在凹槽7中發(fā)生偏移，提高了監(jiān)測(cè)精度。

本實(shí)用新型的基準(zhǔn)點(diǎn)3為隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)提供了基準(zhǔn)位置，同時(shí)套管4所在直線與凹槽7所在直線位于同一直線上，那么利用分布式光纖2監(jiān)測(cè)隧道襯砌拱11與基準(zhǔn)點(diǎn)3的高程差即可輕松得到隧道拱頂下沉情況。

如圖1所示，基準(zhǔn)點(diǎn)3至隧道洞口112之間的垂直距離比隧道洞口112直徑至少大三倍，本實(shí)用新型將基準(zhǔn)點(diǎn)3設(shè)置于離隧道洞口112一定距離，可以降低基準(zhǔn)點(diǎn)3隨隧道襯砌拱11整體下沉影響，有利于提高監(jiān)測(cè)精度。

本實(shí)用新型優(yōu)選的基準(zhǔn)點(diǎn)3為水泥混凝土制造的水泥混凝土墩。

本實(shí)用新型優(yōu)選的光纖分析儀5包括應(yīng)變感測(cè)光纜和緊密包裹于應(yīng)變感測(cè)光纜外部的護(hù)套，應(yīng)變感測(cè)光纜與護(hù)套之間封裝有聚氨酯彈性材料保護(hù)層。分布式光纖2的直徑為2mm，重量為2kg/km。套管4為內(nèi)徑2cm的PVC管，光纖分析儀5緊密套裝于套管4中，光纖分析儀5不會(huì)在PVC管中發(fā)生晃動(dòng)或偏移，有利于隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)。如圖1所示，套管4的一端端部與基準(zhǔn)點(diǎn)3頂部固定連接，套管4的另一端端部與拱頂111固定連接。

本實(shí)用新型優(yōu)選的凹槽7位于拱頂111底部，凹槽7的寬度和深度均不超過(guò)5mm。

本實(shí)用新型利用分布式光纖對(duì)隧道襯砌拱11的拱頂111下沉進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道拱頂?shù)娜姹O(jiān)測(cè)，避免了常規(guī)的點(diǎn)式監(jiān)測(cè)的弊端，而且利用分布式光纖極大的提高了隧道拱頂下沉的監(jiān)測(cè)精度；其次，本實(shí)用新型通過(guò)在隧道襯砌拱頂刻槽，并利用環(huán)氧樹(shù)脂膠8將分布式光纖2固定，其施工方法簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、成本較低；最后，光纖分析儀2可設(shè)置為定期向分布式光纖輸入脈沖激光信號(hào)，以監(jiān)測(cè)隧道拱頂下沉情況，同時(shí)可以通過(guò)內(nèi)置GPRS模塊將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)平臺(tái)中，便于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)平臺(tái)及時(shí)得知拱頂下沉情況，實(shí)現(xiàn)隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、智能化，極大的提高了監(jiān)測(cè)效率。

上述實(shí)施方式只是本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，并不是用來(lái)限制本實(shí)用新型的實(shí)施與權(quán)利范圍的，凡依據(jù)本實(shí)用新型申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)范圍所述的內(nèi)容做出的等效變化和近似替換，均應(yīng)落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。