[發明專利]一種基于光纖傳感的多方位隧道結構健康在線監測系統

在審

• 申請號: 202110609649.3
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113483731A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 童杏林;張博;鄧承偉;張翠;魏敬闖;冒燕
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01B11/16;G01B11/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張惠玲

本發明公開了一種基于光纖傳感的多方位隧道結構健康在線監測系統，包括多個單位光纖光柵傳感器、光纖傳感器連接管、傳輸光纜、接線盒、波長解調儀、上位機。通過在隧道相鄰管片裂縫處、隧道頂部以及隧道環向斷面處依次安裝光纖光柵傳感器并制成傳輸光纜以便鋪設。當隧道結構發生變化時，預拉過的光纖光柵張力將會發生變化引起波長漂移，通過解調儀將監測到的波長數據傳輸到上位機中處理，得出相應整體隧道直徑收斂、隧道縱斷面沉降以及盾構環間接縫寬度等變化量。該系統可實現實時在線監測隧道結構健康，避免了人工監測隧道結構的不便與危險性，提高了隧道結構健康監測的實時性和準確性。

技術領域

本發明屬于隧道安全技術領域，更具體地說，涉及一種基于光纖傳感的多方位隧道結構健康在線監測系統。

背景技術

隨著城市建設的高速發展，城市地鐵和地下隧道公路建設數量和規模都在不斷擴大。然而在隧道施工階段以及后期在自然環境和使用環境中受到外界重力的影響，隧道的頂部、隧道內壁以及隧道管片之間的裂縫將會出現下沉、變形或是管片之間裂縫增大的情況。隧道沉降、變形可能會引起隧道塌方，造成交通事故，極大威脅到施工人員以及后期使用過程中人民群眾的生命安全。目前隧道沉降的監測方式主要是采用人工監測，這種方式無法實現實時監測，同時存在較大的測量誤差。因此提出一種可實時、準確監測隧道沉降的方法顯得尤為重要。

近年來光纖傳感技術發展迅速，在工業生產和城市建設等各個方面被廣泛使用。光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating，簡稱FBG)感測技術是近年來興起的工程監測領域一類新的監測技術和手段，具有準分布式、精度高、自動化、抗干擾抗腐蝕性強等特點，可用于隧道結構等大型線性工程的實時在線監測。在被測大型結構上，安裝大量具有不同中心波長的FBG傳感器，將各FBG傳感器通過光纖連接在一起，形成了光纖傳感網絡，采用波分復用技術，構成準分布式光纖光柵傳感系統進行多點測量，并通過計算機對傳感信號進行遠程監控，可以實現對大型建筑物內部狀態的連續實時的準分布式監測。

申請號201510816515.3的發明提供了一種利用光纖光柵傳感器測量隧道頂部沉降和收斂位移的方法。該方法可通過測量基于剖面變形的坐標點移動距離和角位移，實現精確地測定收斂位移及頂部沉降。但是該發明內容忽略了隧道沉降是一個整體變化，沒有監測隧道內壁兩側在沉降過程中的變化量。存在局部測量隧道沉降的缺點，沒有做到全方位監測隧道沉降。

申請號202010030488.8的發明提供了一種隧道底板沉降監測裝置及方法。其中，隧道底板裝置主要包括光纖光柵傳感器、光纖光柵沉降管和解調儀。該方法可實現長距離監測隧道沉降的情況，但存在監測到的是數據只是單個方向上的應力變化，同時沒有構成光纖傳感技術的分布式測量，存在監測數據不完整的缺點。

發明內容

為了解決上述問題，本發明是提出一種基于光纖傳感的多方位隧道結構健康在線監測系統，由于光纖傳感器在傳輸過程中具有長距離、低損耗、耐腐蝕和電絕緣性等特點，可作為應變、位移、濕度以及溫度等物理參量的探測元件，并且測量靈敏度高和精度高。采用本監測系統可實現隧道結構健康的多方位實時監測，提高了施工期間和后期使用過程中的安全性，解決了人工監測的局限性，提高了隧道沉降監測的實時性和精確度，保證了施工人員的人身安全。

本發明采用如下技術方案：

一種基于光纖傳感的多方位隧道結構健康在線監測系統，包括：

多個單位光纖光柵傳感器、光纖傳感器連接管、傳輸光纜、接線盒、波長解調儀、計算機；

其中，所述傳輸光纜固定于隧道內壁，多個單位光纖光柵傳感器串置于傳輸光纜上，采用三路單位光纖光柵傳感器，與傳輸光纜構成分布式傳感網絡；每一單位光纖光柵傳感器通過一光纖傳感器連接管包覆進行保護；所述分布式傳感網絡用于同時監測隧道中縱向、橫向以及斷面直徑的沉降變化情況，以及盾構環間接縫寬度變化情況；所述傳輸光纜通過波長解調儀連接計算機，通過計算機進行數據處理，綜合分析得出隧道沉降位移量、斷面直徑變化量以及盾構環間接縫寬度大小變化量。