城市暗挖隧道土体变形分布式光纤监测技术研究

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随着地铁工程等各种城市基础设施建设的快速发展,城市暗挖隧道工程在我国各地大量涌现,为了确保隧道施工安全和工程质量,隧道土体变形监测愈显重要。本文将分布式光纤传感技术应用于城市暗挖土体变形监测,并围绕这一中心开展了一系列理论分析、室内试验和工程实践工作,取得了以下成果:  1、总结了城市暗挖隧道土体变形监测的研究现状,介绍了分布式光纤传感技术的基本原理、特点和应用现状,针对城市暗挖隧道土体变形的机理和特点提出了土体变形的监测要点。分析了常规监测技术的优缺点,论述了分布式光纤传感技术应用于土体变形监测的可行性。  2、研究了传感光缆的比选原则,对十种传感光缆进行了温度效应试验,分析了不同光缆在不同工作状态下对温度变化的响应,为光缆比选提供了依据。  3、为解决土体位移测量和大变形测量问题,分别研制了分布式土体位移监测管和土体大变形分布式光纤传感器,设计了其封装工艺,并分别对其进行标定。研发了光纤传感器件的布设植入工艺,并设计了竖向光缆埋植导向支架以确保布设质量。  4、利用自行设计的土-光缆界面抗剪切强度测试仪器对界面抗剪切强度进行了测试,对土体密实度、含水率、荷载和光缆类型等因素对界面剪切强度的影响进行系统研究。完成了土体应变均匀条件下不考虑界面滑脱和考虑界面滑脱两种情况下土-光缆变形耦合弹性力学解答,推导出滑脱段长度、界面剪应力、应变传递系数等变形耦合参数的计算公式。设计研发了变直径应变传感光缆,经测试界面剪应力提高数倍。  5、分析了土体变形分布式光纤监测温度补偿的难点,并提出了可行的解决方案,对变形监测预警阈值的确定原则进行了初步讨论。  6、基于土体变形分布式光纤监测技术,设计了城市暗挖隧道土体变形分布式监测系统,设计了系统基本框架和数据分析处理展示的基本流程,并提出了基于土体分布式变形场测量的岩土工程反分析方法设想。  7、将基于BOTDR的分布式光纤传感技术应用于箱涵顶进置换管幕工法试验工程,进行隧道推进过程中的土体变形场监测,结果表明:分布式光纤传感技术可以对土体内应变进行准确的测量和定位,对土体内变形异常进行识别,可以准确测量土体应变场动态发展的全过程,为在土体变形过大引起灾害之前进行预警提供了可能。
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