[实用新型]一种实时监测井筒冻结壁温度、受力及变形的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种实时监测井筒冻结壁温度、受力及变形的系统，属于检测仪器设备技术领域。 

背景技术

冻结法施工井筒的冻结壁在井筒开挖过程中起到临时支护的作用，而冻结壁的温度、受力及变形对井筒的顺利开挖至关重要。冻结壁的变形不仅影响井筒的正常开挖，如发生冻结壁失稳和破坏将会造成重大的经济损失和安全事故。如何避免冻结法施工井筒的冻结壁超过允许变形或破坏之前及时采取加固措施以减小灾害。 

为了保证冻结法施工井筒的冻结壁的温度、受力和变形均在允许范围之内，需要利用传感设备监测冻结壁状态。目前冻结壁的温度采用测温孔内布置铜-康铜热电偶串、热敏电阻式数字单点测温仪，冻结壁的变形采用设置钢球垂线，冻胀压力采用TYJ–20 土压计及 KYJ–30 渗压计、钢弦式土压力盒。光纤光栅传感技术在20世纪90年代发展起来的一种新型传感监测技术，与常规传感器相比有很大的优越性，如可靠性好、抗干扰能力强、抗腐蚀、耐高温、体积小、测点多、灵活方便，而且容易实现远距离信号传输和测量控制，可在恶劣环境下工作等优点，已经成为岩土工程变形监测领域的热点。在光纤传感技术发展的基础上将该技术应用在冻结法施工井筒的冻结壁中，以建立一种实时监测井筒冻结壁温度、受力及变形的系统。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时监测井筒冻结壁温度、受力及变形的系统以便对冻结法施工井筒的冻结壁的温度、受力和变形进行实时和自动化监测。 

本发明解决技术问题采用如下方案： 

一种实时监测井筒冻结壁温度、受力及变形的系统，包括工程监测设备和处理监测信息的计算机软件系统，其结构特点在于， 

所述工程监测设备包括植入在冻结壁内的用于监测冻结壁温度、受力及变形的分布式光纤、FBG传感器，所述分布式光纤、FBG传感器通过光缆分别连接光纤应变分析仪、光纤光栅应变采集系统以实现数据采集。 

本发明所述的计算机软件系统包括数据库、数据分析系统、预警预报系统和监测报告生成系统；所述数据库用于收集光纤应变分析仪和光纤光栅应变采集系统监测到的数据，所述 数据分析系统通过数据分析软件对数据库中监测数据进行分析和预测，所述预警预报系统在数据分析系统对数据进行分析和预测后，在冻结壁超过允许变形或破坏之前对冻结壁的变形情况提供实时预警预报；所述监测报告生成系统以向导的形式自动生成的各类报表和报告。 

一种实时监测井筒冻结壁温度、受力及变形的系统的布设施工方法，其特点在于按如下步骤进行： 

1）根据地质条件确定冻结壁需要监测的位置，并设计监测钻孔；监测钻孔包括变形监测孔、测温孔，沿井筒周壁轴向均布；并在施工冻结钻孔的过程中同时施工监测钻孔，当监测钻孔施工到设计深度后开始布设分布式光纤及FBG传感器； 

2）选择PVC护管，PVC护管为分段结构，采用平口套管方式连接以保证护管内壁光滑，将PVC护管固定在细钢丝上，逐渐放入监测钻孔内，然后将分布式光纤、FBG传感器放入PVC护管内，使用光纤分析仪监测放入的光纤是否有损坏，为了保证光纤传感器在安装过程中的成功率，在每个钻孔中至少安装2根以上分布式光纤；所述PVC护管的管壁上间隔30-50cm打有小孔，即泥浆渗入孔，以便混凝土泥浆能进入护管内。 

3）监测钻孔的孔口采用钢管作为护管，钢管和PVC护管搭接，在井口环形沟槽内采用钢管作为分布式光纤、FBG传感器的护管，将分布式光纤、FBG传感器引入金属盒子内，再连接光缆； 

4）监测钻孔和分布式光纤、FBG传感器之间采用泥浆充填，泥浆是在护管和钻孔之间进行充填，泥浆再通过PVC护管上的渗入孔渗入管内，在冻结壁形成的过程中，监测钻孔中的泥浆和分布式光纤、FBG传感器及监测孔结冰成为一体实现耦合； 

5）将冻结壁内的分布式光纤、FBG传感器通过光缆分别连接光纤应变分析仪、光纤光栅应变采集系统以实现数据采集；再连接到计算机上，通过数据库和数据分析软件对监测数据进行实时分析和预测预报。 

与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：本发明可以实时和自动监测冻结法施工井筒的冻结壁温度、受力和变形，能在超过允许变形或破坏之前对冻结壁的变形情况提供预警预报，以减小灾害和损失。与常规传感器相比有很大的优越性，如质量轻、实现分布式监测、使用寿命长、可靠性好、抗干扰能力强、抗腐蚀、耐高温、体积小、测点多、灵活方便，而且容易实现远距离信号传输和测量控制，可在恶劣环境下工作等优点。 

附图说明