[实用新型]基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧道及地下工程领域，尤其涉及一种基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置。

背景技术

目前，隧道衬砌拱顶下沉监测方法主要有两种手段，一是在隧道衬砌拱顶布设监测点，利用精密水准仪和钢尺进行监测；另一方法是在隧道衬砌拱顶粘贴反光片，利用全站仪进行监测。其中，利用精密水准仪和钢尺进行监测时，需要投入大量的人力，监测效率较低，精确度低，而且该方法无法在运营隧道拱顶下沉监测中应用；利用全站仪进行监测时，由于隧道内为半封闭空间，通常空气污浊，环境较差，其对全站仪的监测精度影响较大，且利用全站仪无法实现自动化监测，其数据处理工作较为繁琐。可以说，现有的隧道拱顶下沉监测手段主要适用于施工期，在运营隧道中无法开展监测工作，且在实际操作过程中存在较多的弊端，已严重制约了隧道监测技术的进一步发展。分布式光纤已经开始应用于隧道拱顶下沉监测，例如中国专利CN105259184A公开了一种隧道拱顶分布式光纤监测装置，分布式光纤主要利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射，其中一部分的散射和反射就会返回到光时域反射仪(又称光纤分析仪)中，然后经过光纤分析仪分析即可监测出隧道拱顶下沉情况。上述专利仅仅采用了分布式光纤和光时域反射仪，以及公开了分布式光纤的布置，具有全方位、无盲区、全时域监测等优点，但是隧道拱顶下沉监测精度上无法得到有效保证，没有设定监测基准，如果存在隧道拱顶整体下沉，则监测有可能失效，并且分布式光纤是通过聚酰亚胺胶带粘贴于隧道拱顶，这样需要大量的人工作业，不能长期高精度地对隧道拱顶下沉情况进行监测。因此，亟需对传统的隧道拱顶下沉监测手段进行优化改造。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置，不仅使得隧道衬砌拱的拱顶下沉监测的现场布设工作省时省力、可操作性强、成本较低，而且实现了隧道拱顶下沉监测的精准化，具有较好的社会、经济效益。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置，包括隧道、分布式光纤和光纤分析仪，所述隧道包括隧道衬砌拱和位于隧道端部的隧道洞口，所述隧道衬砌拱的顶部为拱顶，所述分布式光纤包括分布式光纤隧道内部分和与分布式光纤隧道内部分电通信连接的分布式光纤隧道外部分，所述隧道衬砌拱的拱顶沿着隧道长度方向上开有凹槽，所述分布式光纤隧道内部分设置于隧道衬砌拱的凹槽中，所述隧道洞口外部设有光纤分析仪和基准点，所述基准点顶部与拱顶的凹槽之间固定连接有套管，所述分布式光纤隧道外部分置于套管的管内，所述分布式光纤隧道外部分通过导线与光纤分析仪电通信连接。

为了更好地实现本实用新型，所述凹槽内填充有环氧树脂胶，所述分布式光纤通过环氧树脂胶密封在凹槽内部。

为了便于监测隧道衬砌拱的拱顶与基准点的高程差，所述套管所在直线与凹槽所在直线位于同一直线上。

作为优选，所述基准点至隧道洞口之间的垂直距离比隧道洞口直径至少大三倍。

作为优选，所述基准点为水泥混凝土制造的水泥混凝土墩。

作为优选，所述光纤分析仪包括应变感测光缆和紧密包裹于应变感测光缆外部的护套，所述应变感测光缆与护套之间封装有聚氨酯弹性材料保护层；所述分布式光纤的直径为2mm，重量为2kg/km；所述套管为内径2cm的PVC管，所述套管的一端端部与基准点顶部固定连接，套管的另一端端部与拱顶固定连接。

作为优选，所述凹槽位于拱顶底部，所述凹槽的宽度和深度均不超过5mm。

本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型在隧道外部距离隧道洞口一定距离设置有基准点，为分布式光纤监测隧道拱顶下沉情况提供了基准位置，便于精确监测；并且，隧道衬砌拱的拱顶上开有用于安装分布式光纤的凹槽，将分布式光纤通过环氧树脂胶封装在凹槽中，可以长期高精度监测隧道拱顶下沉情况，相比传统技术一次性监测更加省时、省力。

(2)本实用新型在布置时，套管所在直线与凹槽所在直线位于同一直线上，那么利用分布式光纤监测隧道衬砌拱与基准点的高程差即可轻松得到隧道拱顶下沉情况；本实用新型不仅使得隧道衬砌拱的拱顶下沉监测的现场布设工作省时省力、可操作性强、成本较低，而且实现了隧道拱顶下沉监测的精准化，具有较好的社会、经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；