[發明專利]分布式傳感光纖隧道健康監測系統

有效

• 申請號: 200910157116.5
• 申請日: 2009-12-22
• 公開（公告）號: CN101713691A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 金偉良;何勇;毛江鴻
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01B11/16
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及土木工程領域，尤其涉及分布式傳感光纖健康監測系統。

背景技術

隧道結構受復雜圍巖和地質水文條件作用，其結構的安全性一直是工 程建設和運營及維護中十分重要的問題。現今國內外工程界已有共識，任 何一項重大工程，都存在出現事故甚至失事的風險。那么如何在事故發生 前盡早的發現問題，采取必要措施，減少事故的發生、降低損失，成為工 程界需要考慮解決的首要問題。公路隧道健康監測目的在于檢測隧道的損 傷和退化、評定其安全狀況，它可以有效地預測隧道的性能變化，為隧道 的修復和損傷的控制提供參考和依據，提高隧道的運營效率，減少事故的 發生以及由此造成的生命財產損失。

光纖傳感技術作為先進的測試技術近年來已越來越多地被用于大壩、 橋梁、隧道等結構物的健康監測中，光纖傳感所具有體積小、重量輕、電 絕緣性好、化學穩定性好、頻帶寬、靈敏度高、易于實現遠距離多通道的 遙測與控制。將光纖縱橫交錯鋪設成網狀可構成具備一定規模的監測網， 實現對隧道的全方位監測，克服傳統點式監測方式漏檢的弊端，提高監測 的成功率。因此，分布式光纖傳感器的健康監測技術能夠很好的滿足隧道 長期實時監測的要求。國內外已有采用分布式光纖傳感技術對隧道結構進 行健康監測，數據采集需要在隧道襯砌完成后進行，這樣對隧道襯砌初始 應力場無法記錄，從而不能真實反映隧道襯砌結構的應力狀態，也就無法 對隧道襯砌結構的受力性能進行客觀評價。同時，目前分布式光纖傳感器 只能黏貼在結構物表面，考慮到粘結劑存在老化的問題，混凝土結構物表 面容易出現保護層脫落等現象，難以保證在結構物服役年限內得到可靠的 監測數據。

雖然基于分布式光纖傳感技術的隧道健康監測在理論上是一種非常優 越的技術，而且在實際工程應用中也取得一些成果。但它應用于土木工程 中的時間比較短，光纖監測網絡的優化設計，分布式傳感光纖快速、無損 的鋪設，隧道結構運營期間的健康狀況的判斷，檢測數據的實時采集和分 析等還存在一些需要解決的技術難題。

發明內容

本發明提供一種分布式傳感光纖隧道健康監測系統，使得公路健康監 測由目前廣泛采用的離線、靜態、被動的損傷檢測轉變為在線、動態、實 時的監測與控制。

為實現上述發明的目的，本發明采用的技術方案是：

一種分布式傳感光纖隧道健康監測系統，包括設置在隧道內的傳感光 纖以及用于采集、處理傳感光纖數據的處理系統，所述的傳感光纖分布在 隧道的二襯混凝土內。

所述的傳感光纖包括環向傳感光纖和縱向傳感光纖，所述的縱向傳感 光纖位于隧道的拱頂及兩側的拱腰部位，且沿隧道的長度方向全長布置， 所述的環向傳感光纖沿隧道的拱圈布置有若干條，相鄰的環向傳感光纖之 間通過位于隧道的拱腳部位沿隧道的長度方向布置的過渡段傳感光纖銜 接。

隧道的圍巖等級為V級，相鄰的環向傳感光纖之間的距離為5m。

隧道的圍巖等級為IV級，相鄰的環向傳感光纖之間的距離為10m。

隧道的圍巖等級為III級，相鄰的環向傳感光纖之間的距離為20m。

作為優選，在隧道的二襯混凝土的表面鋪設有表面傳感光纖。

所述的表面傳感光纖可以根據現有技術鋪設，作為優選本發明中表面 傳感光纖包括環向表面傳感光纖和縱向表面傳感光纖，所述的縱向表面傳 感光纖位于隧道的拱頂及兩側的拱腰部位，且沿隧道的長度方向全長布 置，所述的環向表面傳感光纖沿隧道的拱圈布置有若干條，相鄰的環向表 面傳感光纖之間通過位于隧道的拱腳部位沿隧道的長度方向布置的過渡 段表面傳感光纖銜接。

隧道的圍巖等級為V級，相鄰的環向表面傳感光纖之間的距離為5m。

隧道的圍巖等級為IV級，相鄰的環向表面傳感光纖之間的距離為10m。

隧道的圍巖等級為III級，相鄰的環向表面傳感光纖之間的距離為20m。

作為進一步的優選，在隧道二襯混凝土澆注過程中，在二襯混凝土的 表面設有用于鋪設表面傳感光纖的預留槽。

為了消除溫度對結構應變測量的影響，本發明還在二襯混凝土內和表 面鋪設溫度補償光纖(采用松套光纖)，該溫度補償光纖包括環向溫度補 償光纖和縱向溫度補償光纖。

所述的縱向溫度補償光纖位于隧道拱腳部位，一般設置在二襯混凝土 表面。