[發明專利]一種用于水平凍結凍土多場耦合實時感知方法

有效

• 申請號: 201210128008.7
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102677645A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 丁烈云;周誠;葉肖偉;王承山;駱漢賓;倪一清;李勇軍;郭譜;徐延召;孫振川
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: E02D1/00
• 分類號: E02D1/00
• 代理公司: 武漢天力專利事務所 42208
• 代理人: 吳曉穎;馮衛平

技術領域

本發明屬于水平凍結施工監測技術領域，具體涉及一種用于水平凍結凍土的多場耦合實時感知方法。

背景技術

隨著經濟的發展，城市化進程不斷加快，城市建設規模不斷擴大。許多大城市出現交通擁擠等一系列問題，嚴重制約社會經濟的進一步發展，迫切需要修建地鐵來改善城市環境和緩解交通壓力。其中聯絡通道施工是整個地鐵建設的關鍵工序和風險點，施工過程中需維持周圍土體的穩定以保證地下管線和上層建筑物不受影響。然而在一些特殊地質條件下，地下水位埋深較淺，而且地層軟弱(如淤泥、淤泥質土和流沙層等)，在這種地層中施工，常規方法難以維持周圍土體穩定，需采用特殊的人工凍結法來達到要求，而且實踐證明凍結法是一種行之有效的地層加固方法。

因為地鐵一般位于城市繁華地段或交通要地，在地層軟弱(如淤泥質土)土中，由于凍結法能在復雜的工程地質和水文條件下形成凍結帷幕，具有嚴格的防水性和無污染性等優點，在許多特殊條件下被廣泛利用。但是任何事物都有兩面性，對于聯絡通道凍結法施工，包括凍結管施工、凍結及開挖構筑等階段，在這個施工過程中，凍土的力學性質發生了劇烈變化，而且在此過程中凍土伴隨著凍脹的產生、發展及融沉的形成，其水平凍結引起的過量凍脹量和融沉量有可能破壞地下管線或造成地基失穩，使鄰近建筑物(構筑物)產生傾斜、裂縫、嚴重時會導致建筑物坍塌等事故，同時因凍結產生的凍脹力也將對主隧道等產生一系列不利影響。因此必須控制好凍土帷幕溫度場的發展，使得凍土帷幕的強度和穩定性保證聯絡通道開挖要求，故凍土溫度和應變的監測就顯得尤為重要。

傳統的水平凍結凍土監測主要包括凍土溫度和凍土壓力兩方面。凍土測溫使用測溫儀，其制冷系統和冷卻水循環以及凍結帷幕幫壁溫度使用測溫儀并結合精密水銀溫度計測量。這種方法使得一條冷凍管內需要多根防水信號傳輸電纜，且每個電子式傳感器都需要很好的防水防潮保護；凍土壓力的監測主要靠埋設到土層中的土壓力盒進行監測，這種方法中土壓力盒僅埋設在貼近管片的土層中，監測出的土壓力無法代表土層其它各處的壓力。在監測所得的數據基礎上進行簡單的計算得出凍土帷幕的發展范圍。

綜上所述，鑒于傳統的水平凍結施工在監測方面存在的缺陷，對水平凍結施工過程進行實時溫度-應力耦合監測具有重要的工程意義和推廣應用價值。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種用于水平凍結凍土的多場耦合實時感知方法，該方法能夠有效實現在水平凍結的凍土中埋設光纖光柵傳感器，且保證傳感器的信號良好，為實時連續的對凍結過程中的凍土溫度-應力進行耦合監測提供必要條件。

?本發明所述的一種用于水平凍結凍土的多場耦合實時感知方法，該方法包括以下步驟：

（1）將光纖光柵傳感器固定于鋼管內，采用數控技術對光纖光柵傳感器兩端的固定塊進行加工，并在鋼管和光纖光柵傳感器固定塊上車絲，將光纖光柵傳感器與鋼管用螺栓進行連接，鋼管上的螺栓孔用焊接方法焊死；

（2）將光纜線跳線線纜固定于鋼管內，加工用于固定線纜的鋁制固定塊，線纜穿過固定塊，固定塊與鋼管用螺栓進行連接；

（3）在運至凍土施工現場前對鋼管兩端的線纜端部進行防水保護，帶光纖光柵傳感器的鋼管兩端的光纜線端部用紗布+錫箔紙進行密封保護；帶光纜線跳線的鋼管兩端的線纜端部用紗布+錫箔紙+鋁制線纜槽進行密封保護，鋁制線纜槽卡入用于固定線纜的鋁制固定塊孔洞內；?

（4）植入鋼管及連接光纖光柵傳感器，采用鉆機鉆進的方法將鋼管附帶光纖光柵傳感器分節植入地層中，拆除步驟（3）中所述的光纖光柵傳感器兩端的光纜線端部和光纜線跳線端部的防水保護；將光纖光柵傳感器之間用光纜線跳線進行串聯，其線纜接頭采用紗布+錫箔紙+硅膠的方法進行密封保護，線纜最末端采用硅膠+錫箔紙+塑料套管進行密封保護；在鉆進過程中，第一根采用帶光纖光柵傳感器的鋼管鉆進，之后交替采用僅帶跳線的鋼管和帶光纖光柵傳感器的鋼管鉆進，在第一根鋼管鉆進時，在鋼管前端接第二通道，第二通道由若干鋼管組成，只使用一根線纜，線纜首端與上述第一根鉆進的鋼管內的光纖光柵傳感器相連，其接頭用硅膠+錫箔紙+塑料套管進行密封，線纜末端從每次鉆進的鋼管中穿出，在鋼管尾部盤成線盤塞入鋼管，在下一根鋼管鉆進之前對線纜末端進行防水保護，采用硅膠+錫箔紙+塑料套管進行密封，下一根鋼管鉆進后將在前一根鋼管尾部盤成線盤的線纜解開從鋼管中穿出，之后如此反復埋設好光纖光柵傳感器；

（5）采集監測數據，將光纖光柵傳感器與數據采集裝置連接，對凍土進行溫度、應變實時監測。