一种基于埋入式光纤路基沉降观测装置的观测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种埋入式光纤路基沉降观测装置及观测方法，该装置包括光纤光栅压力感测装置、光纤光栅温度感测装置、光纤光栅解调仪、终端接收设备、PVC管、尼龙导管、PE保护管。观测方法是预先将光纤光栅压力感测装置和尼龙导管埋设在土体内，克服了传统沉降观测仪器随施工区土体填筑而干扰施工的缺点。在路基施工过程以及工后沉降监测中，本发明专利技术装置通过将路基内一点的沉降转换为光纤光栅压力感测装置随土体沉降而引起光纤光栅的反射波长变化的方式，改进了沉降观测手段，具有测量方法简单、测量精度较高、可测上抬位移和高效率的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种埋入式光纤路基沉降观测装置及观测方法
本专利技术涉及一种埋入式光纤路基沉降观测装置及观测方法，具体涉及一种适用于路基沉降监测的埋入式光纤路基沉降观测装置及观测方法，属于路基沉降监测

技术介绍
现代化交通建设对路基沉降的要求尤其严格，不仅要求路堤稳定，对工后沉降、不均匀沉降以及路面平整度等均有不同的要求，否则工程达不到应有的舒适性，导致后期维护费用过高等问题。目前，由于软土具有含水量高、压缩性大、渗透性差、孔隙比大、强度低和灵敏度高等特点，在软土地基上修建高等级公路仍然存在很多问题：其一，软土地基的沉降和差异沉降过大的问题；其二，在路基填筑过程中出现的稳定问题。可见，沉降控制问题是软土地区高速公路建设的重要问题之一。现有的沉降仪虽具有测量方法简便、自动化测量水平较高、测量精度较高的特点，但仍然存在系统比较复杂、现场埋设较困难，造价较高，以及基准点(不动点)的选取较为困难等缺点。如何改进和提高目前软基沉降测量的准确性和精度，研制出新型沉降仪，并在工程中合理、方便地进行应用，是软基沉降监测的重要内容，也是建设管理中亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种埋入式光纤路基沉降观测装置及观测方法，可以精确地量测路基的沉降变形，以此来指导施工和后期维护。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种埋入式光纤路基沉降观测装置，包括第一至第二光纤光栅压力感测装置、第一至第二光纤光栅温度感测装置、电缆、光纤光栅解调仪、终端接收设备、尼龙导管、PE保护管以及一端带有管帽的PVC管；所述第一光纤光栅温度感测装置固定在第一光纤光栅压力感测装置旁，第二光纤光栅温度感测装置固定在第二光纤光栅压力感测装置旁；第一光纤光栅压力感测装置的一端通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接，另一端通过尼龙导管与PVC管另一端连接，第一光纤光栅温度感测装置通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接；第二光纤光栅压力感测装置的一端通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接，另一端通过尼龙导管与PVC管另一端连接，第二光纤光栅温度感测装置通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接；光纤光栅解调仪输出端与终端接收设备连接；所述电缆和尼龙导管的外侧面包裹有PE保护管。作为本专利技术装置的一种优选方案，所述第一至第二光纤光栅压力感测装置均包括金属圆筒套、聚氨酯变形弹性体、光纤Bragg光栅、通气孔、进水接口、测量腔以及水室；聚氨酯变形弹性体固化于金属圆筒套内，从与光纤光栅温度感测装置连接的电缆中伸出光纤，光纤Bragg光栅刻蚀于光纤头部，光纤Bragg光栅置于金属圆筒套轴线上，并准直地固化于聚氨酯变形弹性体中，测量腔和水室均位于金属圆筒套内，且测量腔一端与聚氨酯变形弹性体相通，另一端与水室相通，水室通过进水接口与尼龙导管连接，且在水室顶部开有通气孔穿过金属圆筒套。作为本专利技术装置的一种优选方案，所述第一至第二光纤光栅温度感测装置均包括金属圆筒套、聚氨酯变形弹性体、光纤Bragg光栅以及测量腔；聚氨酯变形弹性体固化于金属圆筒套内，从与光纤光栅温度感测装置连接的电缆中伸出光纤，光纤Bragg光栅刻蚀于光纤头部，光纤Bragg光栅置于金属圆筒套轴线上，并准直地固化于聚氨酯变形弹性体中，测量腔位于金属圆筒套内，且与聚氨酯变形弹性体相通。一种基于如上所述埋入式光纤路基沉降观测装置的观测方法，包括如下步骤：步骤1，将第一光纤光栅压力感测装置和第一光纤光栅温度感测装置放置在一个圆柱形护筒内，并盖上钢板，将圆柱形护筒和钢板埋设于施工区待测点；步骤2，将一端带有管帽的PVC管、第二光纤光栅温度感测装置、第二光纤光栅压力感测装置、光纤光栅解调仪、终端接收设备均置于非施工区，保持PVC管始终为竖直状态，第二光纤光栅压力感测装置和第二光纤光栅温度感测装置放置在一混凝土墩台内；步骤3，打开PVC管的管帽，向PVC管和尼龙导管中注入无气水，排出尼龙导管内的空气，当第一和第二光纤光栅压力感测装置上的通气孔均有无气水流出时，封闭两个通气孔并密封圆柱形护筒，当PVC管内的无气水到达管顶时，停止注水，并用管帽密封PVC管；步骤4，打开光纤光栅解调仪和终端接收设备，读取第一和第二光纤光栅压力感测装置、第一和第二光纤光栅温度感测装置的初始读数，分别记为Δλb1(p+t)施工区、Δλb1(p+t)非施工区、Δλb1(t)施工区、Δλb1(t)非施工区，观测此时混凝土墩台的沉降量，记为S非施工区1；步骤5，根据工程要求的观测周期，读取第一和第二光纤光栅压力感测装置、第一和第二光纤光栅温度感测装置的读数，分别记为Δλbi(p+t)施工区、Δλbi(t)施工区、Δλbi(p+t)非施工区、Δλbi(t)非施工区，并观测混凝土墩台的沉降量，记为S非施工区i；步骤6，根据步骤4和步骤5的读数，计算路基总的沉降量。作为本专利技术方法的一种优选方案，所述总的沉降量计算公式为：Δλbi施工区＝Δλbi(p+t)施工区-Δλbi(t)施工区Δλbi非施工区＝Δλbi(p+t)非施工区-Δλbi(t)非施工区式中，i＝1,2,…,n，n为总的观测次数；k施工区为第一光纤光栅压力感测装置系数；k非施工区为第二光纤光栅压力感测装置系数；Δλbi(p+t)施工区和Δλbi(t)施工区分别为第i次观测时第一光纤光栅压力感测装置和第一光纤光栅温度感测装置的读数；Δλbi(p+t)非施工区和Δλbi(t)非施工区分别为第i次观测时第二光纤光栅压力感测装置和第二光纤光栅温度感测装置的读数；S非施工区i为第i次观测时混凝土墩台的沉降量。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术装置采用了光纤作为压力量测元件，相比传统的电磁类传感器，具有传感机制简单、精度高、线性度好、抗干扰能力强的显著优点。2、本专利技术应用光纤光栅温度感测装置消除了温度对光纤光栅压力感测装置中的变形材料的影响，从而提高了装置的精度。3、本专利技术是一种将路基中沉降转换为路基内和堤外观测处压力感测装置中液位差的沉降观测方法，相对于传统沉降板观测方法而言，本专利技术装置在非施工区进行观测读数，不会影响施工，也不易被施工破坏。4、相较于传统沉降板观测需要分节接高标杆和多次转点测量，工作量较大且易受场地限制；本专利技术装置中采用的测量仪器操作简单方便，易于掌握，大大提高了测量效率。5、本专利技术在光纤光栅压力感测装置的水室壁侧上开了通气孔，用于排除内部气泡，当气泡排出后，使用螺丝拧紧通气孔。这种做法，使得装置气密性大为提升，测量结果更为准确。6、本专利技术在尼龙导管外层采用了PE保护管，PE是聚乙烯塑料，由该材质制作的材料具有韧性好、强度高、耐高温、抗腐蚀、无毒、耐磨等特点，从而大大提高了装置的耐久性。7、传统沉降板在路堤填筑结束后易被覆盖，无法继续用于工后沉降的测量。若采用在路面布设沉降钉进行观测，测量不便且测量人员的安全易受过往车辆的威胁。而本专利技术埋入式光纤沉降观测装置因布设于路堤土体内部，不易被破坏，可以继续用于运营期的工后沉降监测，安全有效，同时减少了后期沉降监测费用，社会效益和经济效益良好。附图说明图1是本专利技术埋入式光纤路基沉降观测装置的整体架构图。图2是光纤光栅压力感测装置部分的放大图。图3是光纤光栅温度感测装置部分的放大图。图4是光纤光栅解调仪部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种埋入式光纤路基沉降观测装置，其特征在于，包括第一至第二光纤光栅压力感测装置、第一至第二光纤光栅温度感测装置、电缆、光纤光栅解调仪、终端接收设备、尼龙导管、PE保护管以及一端带有管帽的PVC管；所述第一光纤光栅温度感测装置固定在第一光纤光栅压力感测装置旁，第二光纤光栅温度感测装置固定在第二光纤光栅压力感测装置旁；第一光纤光栅压力感测装置的一端通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接，另一端通过尼龙导管与PVC管另一端连接，第一光纤光栅温度感测装置通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接；第二光纤光栅压力感测装置的一端通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接，另一端通过尼龙导管与PVC管另一端连接，第二光纤光栅温度感测装置通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接；光纤光栅解调仪输出端与终端接收设备连接；所述电缆和尼龙导管的外侧面包裹有PE保护管。

【技术特征摘要】
1.一种埋入式光纤路基沉降观测装置，其特征在于，包括第一至第二光纤光栅压力感测装置、第一至第二光纤光栅温度感测装置、电缆、光纤光栅解调仪、终端接收设备、尼龙导管、PE保护管以及一端带有管帽的PVC管；所述第一光纤光栅温度感测装置固定在第一光纤光栅压力感测装置旁，第二光纤光栅温度感测装置固定在第二光纤光栅压力感测装置旁；第一光纤光栅压力感测装置的一端通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接，另一端通过尼龙导管与PVC管另一端连接，第一光纤光栅温度感测装置通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接；第二光纤光栅压力感测装置的一端通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接，另一端通过尼龙导管与PVC管另一端连接，第二光纤光栅温度感测装置通过电缆与光纤光栅解调仪输入端连接；光纤光栅解调仪输出端与终端接收设备连接；所述电缆和尼龙导管的外侧面包裹有PE保护管。2.根据权利要求1所述埋入式光纤路基沉降观测装置，其特征在于，所述第一至第二光纤光栅压力感测装置均包括金属圆筒套、聚氨酯变形弹性体、光纤Bragg光栅、通气孔、进水接口、测量腔以及水室；聚氨酯变形弹性体固化于金属圆筒套内，从与光纤光栅温度感测装置连接的电缆中伸出光纤，光纤Bragg光栅刻蚀于光纤头部，光纤Bragg光栅置于金属圆筒套轴线上，并准直地固化于聚氨酯变形弹性体中，测量腔和水室均位于金属圆筒套内，且测量腔一端与聚氨酯变形弹性体相通，另一端与水室相通，水室通过进水接口与尼龙导管连接，且在水室顶部开有通气孔穿过金属圆筒套。3.根据权利要求1所述埋入式光纤路基沉降观测装置，其特征在于，所述第一至第二光纤光栅温度感测装置均包括金属圆筒套、聚氨酯变形弹性体、光纤Bragg光栅以及测量腔；聚氨酯变形弹性体固化于金属圆筒套内，从与光纤光栅温度感测装置连接的电缆中伸出光纤，光纤Bragg光栅刻蚀于光纤头部，光纤Bragg光栅置于金属圆筒套轴线上，并准直地固化于聚氨酯变形弹性体中，测量腔位于金属圆筒套内，且与聚氨酯变形弹性体相通。4.一种基于权利要求1所述埋入式光纤路基沉降观测装置的观测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将第一光纤光栅压...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴跃东，苏凡，陈明建，王家超，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32