基于分布式光纤应变传感技术的隧道沉降监测研究

隧道沉降是评估隧道结构安全性和稳定性的重要指标,通过分布式光纤监测技术,可以获得被测部位的应变分布情况,但不能直观地反映出隧道各个部位的沉降量大小。提出了基于分布式光纤应变的隧道沉降反演模型,将光纤应变曲线和隧道沉降曲线联系起来,并通过理论推导、数值模拟、室内试验,验证了模型的可行性。通过北京轨道交通新机场线07标暗挖区间分布式光纤监测项目,对隧道临时支护的破除阶段进行了监测,获得了不同工况下隧道拱顶处的应变曲线,并借助提出的隧道沉降反演模型,对隧道拱顶沉降进行了计算,计算结果和现场实测结果能够较好的吻合,其误差可以满足工程需要。研究结果可以为分布式光纤传感技术应用于隧道沉降监测提供理论与试验基础。     

用于巷道沉降变形监测的光纤锯齿状布设技术与原理

矿山巷道、交通隧道等工程的顶板沉降变形监测是不可缺少的安全保障手段之一,现有的直线分布式光纤布设技术监测巷道沉降变形存在灵敏度较低的问题。将光纤沿巷道顶板的纵向铅垂平面布设成锯齿形状,构建相应的计算模型,给出具体的布设参数,获得了基于AV6419型号的光纤应变测试仪的监测精度和量测范围。试验结果表明,将光纤由直线式布设改变为锯齿状布设时不仅满足分布式光纤传感技术对于提取大范围测量场分布式信息能力的要求,而且通过巷道纵向分布式光纤的布设实现了监测巷道径向变形(如顶板沉降)的目的。计算模型监测的灵敏度相比于直线式有大幅度提高,为基于BOTDR技术的分布式光纤传感技术的应用与推广提供了新的方法和思路。     

地铁穿越工程地质环境监护技术方法与应用

上海城市轨道交通建设高速发展,已经形成了覆盖中心城区、相互交织的轨道交通网络。轨道交通相互穿越是地铁隧道施工中的技术难点,对地铁穿越时的变形监测也提出了高要求,但目前尚未有较好的方法满足施工监护要求。本文采用电子水平尺和静力水准仪综合应用于上海地铁隧道穿越工程中的沉降监测,较好地解决了短距离沉降监测中的关键技术问题,在实践工程中取得了较好效果。     

分布式布里渊光纤传感技术在工程安全监测的应用

工程安全监测是通过对工程本体及其周边环境进行实时、在线监测,分析其稳定性,并对工程安全进行预警。相对于电子传感系统,分布式光纤传感技术具有很大的优越性,如分布式、长距离、实时性和准确性等,可满足工程安全监测和早期预警的要求。以基坑测斜和隧道涵洞变形监测为例,介绍了依据布里渊频移原理和分布式光纤传感器技术在安全监测方面的应用。结果表明:分布式布里渊频光纤技术能够分别准确地反映基坑工程的变形情况和地铁涵洞顶部的岩层应变,是一种比较理想的工程安全监测方法。     

地下水开采引起的次压缩对隧道长期沉降的影响

软土地区盾构隧道建成后往往伴随有明显的长期沉降,较大的隧道沉降会严重影响地铁系统的运营及安全。然而,目前对于软土地区隧道长期沉降机制的认识尚不明确。以上海地区地铁盾构隧道1999－2007年间的隧道沉降为例,通过室内试验及现场监测对引起隧道长期沉降的因素,特别对地下水开采引起的软土及砂土层次压缩进行了研究。结果表明,第4含水砂层具有明显的次压缩特性,抽取地下水引起的第4含水层的压缩,特别是其次压缩变形,是引起隧道长期沉降的主要原因之一。因此,严格控制该承压含水层地下水开采是目前缓解上海地铁隧道长期沉降的主要措施。     

软土地区地铁道床沉降特征及其诱发因素分析

以上海4条地铁线路道床长期沉降监测资料为基础,分析了地铁隧道的纵向沉降特征;结合该地区地质环境调查资料,深入分析地铁隧道沉降与下卧层地层结构、浅部地下水位变化以及区域地面沉降三个地质环境因素之间的相互作用关系。结果表明,地铁隧道下卧地层结构差异是地铁隧道沉降差异性的重要地质环境因素,深基坑降排水引起降水目的含水层地下水位下降,使得降水目的层以及相邻软黏性土层发生较大的压缩变形,导致以降水目的层上覆软黏性土层为承载体的地铁隧道也随之发生沉降,区域地面沉降也是地铁隧道沉降的重要影响因素。     

某地铁区间盾构隧道施工监测技术

地面的沉降监测与控制是地铁隧道盾构施工中最关键的问题,以某地铁盾构隧道施工监测技术为例,分析了监测的项目、方法、频率、报警值、控制标准、数据处理及反馈等技术,探讨了盾构施工过程地表沉降的影响因素及施工控制技术。研究结果对今后类似工程施工过程的施工监测及控制具有参考价值。     

隧道下穿地铁拟换乘车站施工监测与安全分析

隧道下穿地铁既有车站为重大风险工程,下穿拟换乘车站时更应进行严格的风险评估与控制,以保证工程施工前后地铁车站的安全运营。本文主要就某新建隧道下穿北京地铁拟换乘车站万寿路站的风险评估和第三方监测进行研究。新建隧道施工可诱发既有车站结构的沉降,造成车站轨道过量变形,进而影响地铁安全运营,本工程采用了结构检测、施工影响模拟预测和第三方监测等工程风险评估和控制手段,结果表明万寿路站受隧道施工影响较小,地铁运营未受影响。     

地铁车站下穿既有线隧道施工中的远程监测系统

为确保北京地铁5号线崇文门站施工期间其上方既有地铁隧道的运营安全,采用远程自动监测系统对既有地铁结构的动态变化进行了实时监控。该监测系统由传感器子系统、数据采集与传输子系统和数据管理子系统构成,可以最大限度地降低监测与运营的相互影响。传感器子系统包括静力水准仪、梁式倾斜仪、位移计和测缝计,分别监测隧道沉降、道床沉降、两走行轨横向高差和水平间距以及结构变形缝的变化;数据采集与传输子系统将采集到的数据以有线方式传输至信息中心;信息中心的数据管理子系统对接收到的数据进行处理,并通过公共网络将监测信息及时反馈给相关单位。该系统在北京地铁5号线崇文门车站下穿环线地铁隧道施工期间对既有地铁结构的变形实施了有效监控,有关单位根据监测系统反映的异常情况及时调整了施工措施,取得了理想的控制效果,保证了施工期间既有地铁线路的安全运营。     

上海轨道交通沉降风险评估

轨道交通沉降的风险评估和监测预警研究对轨道交通安全和城市规划建设具有重要意义。文章从上海轨道交通运营的地质环境出发,在总结工程地质条件和区域地面沉降特征的基础上,以3条轨道交通线路为例,分析了这3条线路地铁隧道运营期间的沉降规律特征。通过分析影响地铁隧道沉降的各风险因素与沉降变形之间的关系特征,建立了包括地质条件、区域地面沉降、周边工程建设、轨道交通结构差异、轨道交通沉降特征在内的轨道交通沉降风险评估指标体系,并以此为基础对3条线路进行了沉降风险评估。     

基于BOTDR的光纤应变与顶板沉降变形关系的模型构建与试验研究

可以实现分布式、长距离、实时监测的BOTDR监测技术已在土木工程领域得到了较为广泛的应用,但在岩土工程领域的应用研究起步较晚,相关技术还有待于进一步完善。以布里渊BOTDR的巷道/隧道应变监测技术为基础,研究了沿巷道轴向进行一维布设的光纤应变测量值与隧道顶板沉降变形之间的关系。首先,根据巷道/隧道顶板的变形规律,建立了光纤沿巷道/隧道轴向发生的应变与巷道/隧道顶板的沉降变形之间的数学模型,即圆弧模型、抛物线模型和三角形模型。其次,对巷道/隧道顶板的沉降变形与光纤应变之间的关系进行了试验研究。对比分析表明,理论计算值与试验值具有很好的一致性。利用圆弧模型、抛物线模型和三角形模型等3个计算模型,可以将光纤应变与顶板沉降联系起来,这对于BOTDR技术的应用与推广具有重要的理论意义和工程实用价值。     

西藏南路越江隧道近距离穿越M8号线地铁沉降分析

西藏南路越江隧道施工须穿越运营中的M8地铁下行线下方,对地铁隧道上方的土体产生扰动,从而造成地铁隧道的变形。施工中建立了越江隧道顶管穿越地铁隧道的三维数值计算模型,通过现场监测地铁隧道的沉降变形,并对其进行对比分析,得出盾构穿越过程中地铁隧道的变形规律,为今后此类工程提供了借鉴。     

植入式光纤传感器在隧道结构中的边界效应研究

为探究植入式光纤传感器与隧道衬砌的应变传递的边界效应,分别从理论、试验和现场应用3个方面进行研究,并在实际工程中进行了验证。构建了光纤在混凝土衬砌中的应变传递模型,进行光纤应变传递机制分析,计算了光纤应变传递效率,并与数值计算结果对比,验证了力学计算模型的准确性。使用钢筋混凝土梁模拟隧道的混凝土衬砌,在其表面植入分布式光纤,进行了2组试验。对试验梁进行分级加载并使用BOFDA技术对光纤进行测试。试验结果表明：植入式光纤传感器存在边界效应,结构两端为光纤的低效率应变传递区,不能完全传递试验梁的应变;试验梁中部为光纤的高效率应变传递区,能够完全传递试验梁的应变。基于以上研究成果,在北京市新机场线地铁暗挖隧道CRD工法区间,采用植入式工艺在隧道衬砌内布设了分布式光纤传感器,进行了工程应用研究。监测结果表明,边界效应对工程监测结果影响很小,分布埋入式光纤布设工艺是可行的。该研究可为分布式光纤技术在地下工程结构监测中的应用提供参考。     

南京长江漫滩地层中地铁结构的沉降分析

南京地铁西延线位于长江漫滩饱和软粘土地层中,地铁施工完成后隧道结构出现了较大的沉降和差异沉降.本文首先提出了可能导致地铁结构产生沉降变形的因素有四个：施工因素、地质因素、堆载因素以及降水因素,然后详细分析了每个因素对隧道结构下沉的影响程度,找出了隧道结构产生沉降和不均匀沉降的主要原因.     

武汉地铁隧道开挖引起地表沉降的数值模拟研究

城市地铁隧道开挖引起过大的地表沉降会对隧道工程本身及地表建筑物造成危害。有效预计并合理控制隧道开挖引起的地表沉降具有重要的实践意义。以武汉地铁虎名区间隧道开挖工程为背景,运用有限元数值模拟软件MIDAS/GTS建立隧道断面开挖的数值模型,计算隧道开挖引起的地表沉降量,与实测沉降量进行拟合; 根据隧道开挖过程中对应地表及临近建筑物的实际情况,优化开挖断面围岩预处理方案,建立优化后的断面开挖模型。模拟结果表明,优化后地表沉降仍在安全范围内,可以为类似工程沉降控制提供参考。     

重叠隧道上覆地层变形规律分析

通过对深圳地铁Ⅰ期工程浅埋暗挖法施工的重叠隧道现场调研,并结合施工中的试验、监测成果对重叠隧道上覆地层（地表、地中）水平、竖向变形和隧道结构变形进行了综合分析,明确了富水含砂软弱地层地铁隧道拱顶沉降大于地表沉降的事实,得到地层变形的三维变化规律和重叠隧道分步开挖的施工时空效应;并实测得到未降水施工条件下隧道结构周边超静孔隙水压力分布及其随开挖变化规律。研究结果对于同类地层条件下地铁隧道设计、施工有一定的借鉴作用。     

光纤光栅应变传感器在地质灾害上的应用

根据光纤光栅传感的原理,提出了光纤光栅式封装应变传感器,对其传感特性进行了研究,并进行了室内实验。结合光栅传感监测滑坡的应用实例,探讨了光纤布拉格光栅传感元件在滑坡体上的布设工艺及监测过程。分析初期的监测结果,针对监测系统可能出现的问题提出了解决途径。     

基坑开挖及建筑加载对紧邻地铁的影响分析

以北京通州运河核心区某项目为例,系统地分析了深大基坑工程开挖、复杂地下水环境、超高层建筑加载对紧邻地铁的影响,总结并提出了紧邻地铁建设项目具体加固措施及施工建议。采用数值计算+SFIA联合技术,对建筑物上部结构加载引起的地铁变形进行分析,并与地铁长期沉降数据进行对比。工程实践及监测结果表明,加固措施及施工建议能够有效控制项目建设对紧邻地铁隧道的影响,数值计算+SFIA联合分析技术能够精准、有效预测地铁沉降变形,可为类似项目建设提供借鉴与参考。     

隧道开挖地表沉降动态预测及影响因素分析

城市地铁隧道施工不可避免地对围岩产生扰动引起地表沉降,动态预测隧道开挖引起的地表沉降是确保地表建构筑物与隧道施工安全的重要基础。针对隧道施工过程中地表沉降难以准确动态预测的问题,在定义纵向开挖度系数? 的基础上,建立横向地表沉降动态预测模型。该模型能够描述同一监测位置沉降曲线随掌子面推进而不断变化的规律,实现施工现场沉降动态预测。结果表明：在特定约束条件下,该模型能够退化为Peck模型以及随机介质理论预测模型;通过现场施工验证了该动态预测模型的准确性与适用性;基于纵向开挖度系数? 将隧道沿纵向分为强烈、中度和轻度共3个影响段,较好地反映了开挖掌子面在不同位置对同一监测截面的影响程度;通过分析建筑物和隔离桩对地表沉降曲线的影响可知,建筑物与其附近地层呈现出协同变形、共同承载的特征,在隧道一侧添加地质钻隔离桩对该侧地表沉降值的减小程度可达71.9%。研究成果对滇中引水工程现场施工与类似工程具有一定指导和借鉴意义。     

武汉地铁三号线土层盾构开挖引起的地表沉降研究

为分析隧道盾构开挖引起的地表沉降规律,本文以武汉地铁三号线为工程背景,采用现场监测和数值模拟计算相结合的方法,综合分析了土质地层盾构开挖时隧道的纵向、横向地表沉降特征,探讨了不同注浆半径条件下地表沉降变化规律,结果表明:数值计算结果与现场监测数据相吻合;开挖过程中盾首上方地表沉降迅速,盾构穿过后沉降减缓,注浆后回弹,最终趋于平稳;隧道拱顶沉降值最大,平均沉降值约40 mm,离隧道轴线越远沉降值越小,形成沉陷槽,沉陷槽宽度约30 m;注浆半径越大,沉降值越小,施工时可根据技术要求和经济条件选择最优注浆半径。