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。     

基于BOTDR的基坑变形分布式监测实验研究

在基坑开挖和支护过程中深部土体的水平位移监测是一项十分重要的工作。布里渊光时域反射计（BOTDR）是近年来国际上研发成功的一项新型的分布式光电传感技术。通过该技术,将传感光纤按照一定的工艺粘贴在埋置于土体中的测斜管上,由传感光纤实测的应变分布,可以实现深部土体水平位移的在线监测。通过室内的模型模拟试验,由实测的光纤应变可以准确地得到测斜管上任意一点的水平位移。结合南京市某深基坑进行的现场试验,探讨了基于BOTDR的分布式光纤传感器应用于基坑深部土体水平位移监测的具体施工工艺,验证了该技术在实际工程中应用的可行性。     

连云港徐圩地面沉降BOTDR监测与评价

连云港市位于苏北沿海地区,地面沉降灾害面积较大,多地沉降速率超过20 mm/a,徐圩的沉降现状尤为严重。为了能够对徐圩地区的地面沉降进行精细化观测,文章采用BOTDR分布式光纤感测技术,对徐圩镇127 m深的钻孔地层进行了两年多的全断面精细化监测。结果表明:徐圩镇共有四个承压含水层组,I-1隔水层和I-2隔水层土体沉降量分别占总沉降量的70.29 %、24.59 %,抽水层的土体最大沉降量仅占比1.38 %。I-1隔水层和I-2隔水层的地层岩性包括淤泥质黏土（L2）、亚黏土（L3）、亚砂土夹粉砂（L4）,总厚度为44 m,由于抽水过程中隔水层向含水层失水,导致该隔水层土体固结压缩。同时,工程建设附加荷载对地面沉降的影响也不可忽视。徐圩地区现阶段的沉降仍在继续发生,但沉降速率有减小的趋势。BOTDR技术可有效获取地面沉降钻孔全断面的土层变形分布信息,为地面沉降评价提供了一种精细化的分布式监测手段。     

基于BOTDR的地裂缝分布式光纤监测技术研究

地裂缝的监测是防治地裂缝危害的一项重要工作。本文采用基于BOTDR的分布式光纤感测技术对已有地裂缝和潜在地裂缝进行了分布式监测,详细介绍了BOTDR分布式光纤感测技术原理和地裂缝分布式监测方法,并以无锡杨墅里地裂缝作为监测点进行了现场试验研究。研究结果表明:基于BOTDR的分布式光纤感测技术可十分有效地对地裂缝的变形进行监测;采用定点布设的方法,可提高感测光纤的监测精度和量程,测量精度可以达到0.1mm;2m长的定点间距,量程可达30mm;通过网格化铺设感测光缆,可对一定区域内的多条地裂缝进行监测;在同一方向上,不同点距的结合,可提高地裂缝监测的定位精度。     

基于BOTDR的地裂缝分布式光纤监测技术研究

地裂缝的监测是防治地裂缝危害的一项重要工作。本文采用基于BOTDR的分布式光纤感测技术对已有地裂缝和潜在地裂缝进行了分布式监测,详细介绍了BOTDR分布式光纤感测技术原理和地裂缝分布式监测方法,并以无锡杨墅里地裂缝作为监测点进行了现场试验研究。研究结果表明：基于BOTDR的分布式光纤感测技术可十分有效地对地裂缝的变形进行监测; 采用定点布设的方法,可提高感测光纤的监测精度和量程,测量精度可以达到0.1mm; 2m长的定点间距,量程可达30mm; 通过网格化铺设感测光缆,可对一定区域内的多条地裂缝进行监测; 在同一方向上,不同点距的结合,可提高地裂缝监测的定位精度。     

基于BOTDR技术的导水裂隙带高度现场光纤监测试验研究

为掌握大采深、厚煤层开采条件下导水裂隙带高度的动态发育规律,以荫营煤矿150313工作面为工程背景,基于BOTDR技术对该生产条件下光纤布设、钻孔优化、临安措施等进行了较深入地研究,并开展了基于BOTDR技术的井下现场实测。结果表明：（1）光纤应变在强度较低的岩层中呈峰值分布,在强度较高的岩层中呈平台分布;（2）光纤应变在单个岩层内初始呈现较低的平台分布,中期平台快速抬升和最终稳定平台的三阶段现象;（3）导水裂隙带高度初期随工作面回采表现为非线性地逐渐增大,最后趋于稳定。现场测试结果基本符合理论计算数值和室内模型试验结果,表明本文提出的BOTDR光纤应变测试方法是有效和可行的,对于推广普及导水裂隙带的光纤监测具有一定的实践意义。     

基于BOTDR的白泥井3号隧道拱圈变形监测

白泥井3号隧道是一条山岭隧道,隧道出口段位于滑坡等地质灾害多发的危险区域,为了确保隧道安全,应用国际上先进的BOTDR分布式应变测量技术,对隧道拱圈截面变形进行了分布式应变监测。本文着重介绍了BOTDR在隧道内安装布设以及监测数据的分析过程,监测成果显示,在将近1 a的监测时间里,隧道拱圈基本保持稳定,只是在个别区域,如K84+508.2处拱圈截面的衬砌表面发生张拉变形,变形量在雨季期间达到最大,据分析是由于雨水入渗山体造成围岩压力增大,致使拱圈截面受挤压变形。     

煤层底板采动变形分布式光纤监测与分析

结合淮南某矿实例, 设计了煤层底板变形的分布式光纤监测方案, 采用BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer, 布里渊光时域反射计)分布式光纤传感技术, 对埋设在煤层底板内的传感光缆的变形状态进行了监测, 结合煤层底板的地层结构和传感光缆应变的时空演化规律, 分析了工作面在推进过程中, 煤层底板岩体变形的分布特征及其变化规律。结果表明BOTDR分布式光纤传感技术可以比较准确地反映煤层底板的变形情况, 能够监测底板渐进变形破坏发展的全过程, 进而可以对底板的破坏深度做出比较准确的判断。本次研究为煤层地板破坏深度的探测提供了一种新方法。     

使用BOTDR技术进行隧道监测的光纤护套效应

基于BOTDR的布里渊应变监测技术已在岩土工程领域得到了初步的应用,但一系列的试验及工程应用表明,不同类型的光缆得到的测试结果呈现较大的差别性,原因就是光纤护套效应。以BOTDR的光纤应变监测技术为基础,并通过精准定位(温度刺激)、应变测量范围(漂移量)及温度测量等一系列试验,对新型应变光缆、套装光缆以及铠装光缆的工程性能进行了对比试验研究,得到了光纤护套效应对巷道监测结果的影响,甄别了适用于不同工程应用的光缆类型,并保证监测结果与实际变形及温差变化的一致性。这些研究工作初步解决了使用BOTDR技术进行巷道应变监测的光缆选型的问题,为基于BOTDR的应变监测技术的工程应用提供了理论基础。     

用于隧道变形监测的分布式光纤定点式布设监测误差测定研究

使用分布式光纤进行隧道变形监测,当采用定点的方式来固定传感光纤时,为了更灵敏地感测隧道变形,需要对锚固点之间的应变光纤进行预拉处理。在进行预拉的同时,光纤内部产生一定量预拉应变值,试验表明,施加不同的预拉量对该光纤的监测结果会产生一定的影响。为了减小光纤监测的误差,提高光纤的监测精度,根据感测光纤的应变特性、力学特性设计了光纤的张拉试验方案、构建了试验系统,进行了不同初始预拉值下的光纤张拉试验。通过对监测数据计算与分析,获得了两种特制传感光纤的最佳初始预拉值。结合以上研究成果,在北京市地铁8号线三期工程大红门桥站-和义站区间采用定点方式布设了传感光纤进行了监测。该研究结果可以为结构健康监测工程中传感光纤的布设问题提供参考。     

苏州轨道交通盾构隧道施工与运营期BOFDA监测技术研究

盾构隧道越来越广泛的应用于地下交通工程及地下管道构筑物中,其结构健康监测是保障隧道长期健康服役和反馈隧道安全隐患的重要课题。布里渊光频域分析技术（Brillouin Optical Frequency Domain Analyzer,BOFDA）是近年来国际上发展起来的分布式光纤传感新技术,并开始应用于岩土体内部变形的监测。本文依托苏州轨道交通盾构隧道结构健康监测项目,将基于BOFDA的分布式光纤感测技术应用于盾构隧道施工和运营期的结构安全健康监测。作者设计了可行的监测方案,研发了合理的光纤传感器及配套夹具,对隧道环向收敛、纵向沉降以及伸缩缝的变形进行了监测,取得了一批反映盾构隧道施工和运营期的结构安全健康监测数据,并对隧道的健康状态进行了分析。监测结果表明：BOFDA技术可有效地对隧道结构变形异常点、渗漏点和管片错动处等准确定位和监测,具有分布式、长距离、耐腐蚀、成活率高等技术优势,是地铁盾构隧道施工和运营期结构健康监测的一种十分有效的新手段。     

基于传感光缆应变分布的土体剪切变形计算方法

分布式光纤传感技术是近年来在国内外的工程项目中逐渐崭露头角的一项新型技术, 以其全分布、准实时、抗干扰、高耐久性等优点, 成为目前岩土体监测研究中的一项热点技术。将传感光缆埋设在土体中, 对土体的剪切变形进行分布式测量, 依据传感光缆的应变分布与土体变形之间的对应关系, 提出了基于圆弧曲线和Logistic生长曲线的两种传感光缆应变分布土体剪切变形转换模型, 并初步探讨了模型的适用性, 设计了土体室内剪切试验, 依据试验数据对转换模型进行了验证, 最后将两种该模型用于三峡库区马家沟滑坡现场分布式光纤监测数据的分析。结果表明, 采用本文提出的转换模型, 可以根据传感光缆的应变分布计算得到土体的剪切变形。     

基于DFOS的地面变形监测技术研究进展与展望

近30年来,随着基础设施建设和工业化、城镇化进程的加快,我国各地出现了一系列与地面变形相关的灾害,造成了很大的经济损失和人员伤亡。地面变形的监测对预防地面塌陷、地面沉降和地基失稳等灾害有着极其重要的地位,亟需一种灵敏度高、动态范围大、性能稳定同时兼顾经济性的监测系统,以弥补常规技术在实时性、覆盖面与精度等方面的不足。本文详细介绍了分布式光纤传感（DFOS）的基本原理和其在地面变形监测工作中的独特优势,列举了几种常见的DFOS技术,并综述了这些技术的研究进展及其在地面变形机理研究及工程实践中的应用,对不同的监测方案和铺设工艺进行了对比分析。最后总结了基于DFOS的地面变形监测技术当前存在的瓶颈,指出了今后该课题研究的发展趋势。     

世界第一高隧青藏铁路风火山隧道施工新技术

高原、严寒条件下的青藏铁路风火山隧道施工, 在永久冻土区隧道施工技术、合理支护结构形式以及人员健康等方面提出了严峻挑战。采用适用高原严寒条件下的施工方案, 综合利用、保护冻土围岩的隧道施工方法和独特的通风、供暖、供氧和供水等辅助施工作业措施, 并结合施工技术研究, 保证了隧道施工的顺利进行。     

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。     

基于监测信息的十三陵抽水蓄能电站引水洞抢险加固设计

北京地区十三陵抽水蓄能电站的引水洞穿过破碎岩体时,因地质条件很差而在开挖初期发生了塌方险情。抢险后及时进行了洞内位移监测。监测结果显示原设计所使用的挂网锚喷加钢拱架组成的支护结构变形较大,特别是在边墙部位,变形更加明显。根据监测结果对引水洞的支护方案进行了重要修改：加密钢拱架和挂网钢筋,并增加喷射混凝土厚度,在洞底增加仰拱。施行上述措施后,洞体位移收敛变小,并趋于稳定,达到了设计和安全使用要求。该可变更设计的成功,充分说明了在工程地质条件复杂,难以准确界定的情况下,信息化施工与可变更设计的重要性。     

分布式光纤感测技术在古建筑监测中的应用研究

本文介绍了分布式光纤传感技术的优势和特点,根据中国古建筑的分类及监测要求,提出了分布式光纤技术对古建筑的监测方案,包括感测光缆的选择、布设方案、安设工艺等,并以某古建筑监测为例,介绍了分布式光纤传感技术的实际应用,进一步证明了该技术应用在古建筑监测和健康诊断中的可行性和有效性。