基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置，包括隧道、分布式光纤和光纤分析仪，隧道包括隧道衬砌拱和位于隧道端部的隧道洞口，隧道衬砌拱的顶部为拱顶，分布式光纤包括分布式光纤隧道内部分和分布式光纤隧道外部分，隧道衬砌拱的拱顶沿着隧道长度方向上开有凹槽，分布式光纤隧道内部分设置于隧道衬砌拱的凹槽中，隧道洞口外部设有光纤分析仪和基准点，基准点顶部与拱顶的凹槽之间固定连接有套管，分布式光纤隧道外部分置于套管的管内，分布式光纤隧道外部分通过导线与光纤分析仪电通信连接。本实用新型专利技术在隧道外部距离隧道洞口一定距离设置有基准点，为分布式光纤监测隧道拱顶下沉情况提供了基准位置，便于精确监测。

Tunnel vault subsidence monitoring device based on distributed optical fiber

The utility model discloses a device for tunnel vault subsidence monitoring based on distributed optical fiber, including tunnels, distributed optical fiber and optical fiber analyzer, including tunnel tunnel lining arch tunnel and tunnel is located at the end of the tunnel lining, the top arch crown, including distributed optical fiber distributed optical fiber in the tunnel and tunnel tunnel distributed optical fiber part. The lining vault tunnel along the length direction is provided with a concave groove is arranged inside the tunnel part of distributed optical fiber in the tunnel lining arch, the tunnel entrance is arranged outside the optical fiber analyzer and a reference point, a casing is fixedly connected between the reference point and the top of the arch groove, distributed optical fiber part is arranged outside the tunnel casing pipe, distributed fiber tunnel the outer part by wire and optical fiber communication link analyzer. The utility model is provided with a reference point at a certain distance from the tunnel opening outside the tunnel, and provides a reference position for the distributed optical fiber monitoring of the vault vault of the tunnel, which is convenient for accurate monitoring.

【技术实现步骤摘要】
基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置
本技术涉及隧道及地下工程领域，尤其涉及一种基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置。
技术介绍
目前，隧道衬砌拱顶下沉监测方法主要有两种手段，一是在隧道衬砌拱顶布设监测点，利用精密水准仪和钢尺进行监测；另一方法是在隧道衬砌拱顶粘贴反光片，利用全站仪进行监测。其中，利用精密水准仪和钢尺进行监测时，需要投入大量的人力，监测效率较低，精确度低，而且该方法无法在运营隧道拱顶下沉监测中应用；利用全站仪进行监测时，由于隧道内为半封闭空间，通常空气污浊，环境较差，其对全站仪的监测精度影响较大，且利用全站仪无法实现自动化监测，其数据处理工作较为繁琐。可以说，现有的隧道拱顶下沉监测手段主要适用于施工期，在运营隧道中无法开展监测工作，且在实际操作过程中存在较多的弊端，已严重制约了隧道监测技术的进一步发展。分布式光纤已经开始应用于隧道拱顶下沉监测，例如中国专利CN105259184A公开了一种隧道拱顶分布式光纤监测装置，分布式光纤主要利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射，其中一部分的散射和反射就会返回到光时域反射仪(又称光纤分析仪)中，然后经过光纤分析仪分析即可监测出隧道拱顶下沉情况。上述专利仅仅采用了分布式光纤和光时域反射仪，以及公开了分布式光纤的布置，具有全方位、无盲区、全时域监测等优点，但是隧道拱顶下沉监测精度上无法得到有效保证，没有设定监测基准，如果存在隧道拱顶整体下沉，则监测有可能失效，并且分布式光纤是通过聚酰亚胺胶带粘贴于隧道拱顶，这样需要大量的人工作业，不能长期高精度地对隧道拱顶下沉情况进行监测。因此，亟需对传统的隧道拱顶下沉监测手段进行优化改造。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足之处，本技术的目的在于提供一种基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置，不仅使得隧道衬砌拱的拱顶下沉监测的现场布设工作省时省力、可操作性强、成本较低，而且实现了隧道拱顶下沉监测的精准化，具有较好的社会、经济效益。本技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置，包括隧道、分布式光纤和光纤分析仪，所述隧道包括隧道衬砌拱和位于隧道端部的隧道洞口，所述隧道衬砌拱的顶部为拱顶，所述分布式光纤包括分布式光纤隧道内部分和与分布式光纤隧道内部分电通信连接的分布式光纤隧道外部分，所述隧道衬砌拱的拱顶沿着隧道长度方向上开有凹槽，所述分布式光纤隧道内部分设置于隧道衬砌拱的凹槽中，所述隧道洞口外部设有光纤分析仪和基准点，所述基准点顶部与拱顶的凹槽之间固定连接有套管，所述分布式光纤隧道外部分置于套管的管内，所述分布式光纤隧道外部分通过导线与光纤分析仪电通信连接。为了更好地实现本技术，所述凹槽内填充有环氧树脂胶，所述分布式光纤通过环氧树脂胶密封在凹槽内部。为了便于监测隧道衬砌拱的拱顶与基准点的高程差，所述套管所在直线与凹槽所在直线位于同一直线上。作为优选，所述基准点至隧道洞口之间的垂直距离比隧道洞口直径至少大三倍。作为优选，所述基准点为水泥混凝土制造的水泥混凝土墩。作为优选，所述光纤分析仪包括应变感测光缆和紧密包裹于应变感测光缆外部的护套，所述应变感测光缆与护套之间封装有聚氨酯弹性材料保护层；所述分布式光纤的直径为2mm，重量为2kg/km；所述套管为内径2cm的PVC管，所述套管的一端端部与基准点顶部固定连接，套管的另一端端部与拱顶固定连接。作为优选，所述凹槽位于拱顶底部，所述凹槽的宽度和深度均不超过5mm。本技术较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(1)本技术在隧道外部距离隧道洞口一定距离设置有基准点，为分布式光纤监测隧道拱顶下沉情况提供了基准位置，便于精确监测；并且，隧道衬砌拱的拱顶上开有用于安装分布式光纤的凹槽，将分布式光纤通过环氧树脂胶封装在凹槽中，可以长期高精度监测隧道拱顶下沉情况，相比传统技术一次性监测更加省时、省力。(2)本技术在布置时，套管所在直线与凹槽所在直线位于同一直线上，那么利用分布式光纤监测隧道衬砌拱与基准点的高程差即可轻松得到隧道拱顶下沉情况；本技术不仅使得隧道衬砌拱的拱顶下沉监测的现场布设工作省时省力、可操作性强、成本较低，而且实现了隧道拱顶下沉监测的精准化，具有较好的社会、经济效益。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为图1中A处的局部放大示意图。其中，附图中的附图标记所对应的名称为：1－隧道，11－隧道衬砌拱，111－拱顶,112－隧道洞口，2－分布式光纤，21－分布式光纤隧道内部分，22－分布式光纤隧道外部分，3－基准点，4－套管，5－光纤分析仪，6－导线，7－凹槽，8－环氧树脂胶。具体实施方式下面结合实施例对本技术作进一步地详细说明：实施例如图1、图2所示，一种基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置，包括隧道1、分布式光纤2和光纤分析仪5，隧道1包括隧道衬砌拱11和位于隧道1端部的隧道洞口112，隧道衬砌拱11的顶部为拱顶111，分布式光纤2包括分布式光纤隧道内部分21和与分布式光纤隧道内部分21电通信连接的分布式光纤隧道外部分22，隧道衬砌拱11的拱顶111沿着隧道长度方向上开有凹槽7，分布式光纤隧道内部分21设置于隧道衬砌拱11的凹槽7中，隧道洞口112外部设有光纤分析仪5和基准点3，基准点3顶部与拱顶111的凹槽7之间固定连接有套管4，分布式光纤隧道外部分22置于套管4的管内，分布式光纤隧道外部分22通过导线6与光纤分析仪5电通信连接。如图2所示，凹槽7内填充有环氧树脂胶8，分布式光纤2通过环氧树脂胶8密封在凹槽7内部，这样分布式光纤2就不会在凹槽7中发生偏移，提高了监测精度。本技术的基准点3为隧道拱顶下沉监测提供了基准位置，同时套管4所在直线与凹槽7所在直线位于同一直线上，那么利用分布式光纤2监测隧道衬砌拱11与基准点3的高程差即可轻松得到隧道拱顶下沉情况。如图1所示，基准点3至隧道洞口112之间的垂直距离比隧道洞口112直径至少大三倍，本技术将基准点3设置于离隧道洞口112一定距离，可以降低基准点3随隧道衬砌拱11整体下沉影响，有利于提高监测精度。本技术优选的基准点3为水泥混凝土制造的水泥混凝土墩。本技术优选的光纤分析仪5包括应变感测光缆和紧密包裹于应变感测光缆外部的护套，应变感测光缆与护套之间封装有聚氨酯弹性材料保护层。分布式光纤2的直径为2mm，重量为2kg/km。套管4为内径2cm的PVC管，光纤分析仪5紧密套装于套管4中，光纤分析仪5不会在PVC管中发生晃动或偏移，有利于隧道拱顶下沉监测。如图1所示，套管4的一端端部与基准点3顶部固定连接，套管4的另一端端部与拱顶111固定连接。本技术优选的凹槽7位于拱顶111底部，凹槽7的宽度和深度均不超过5mm。本技术利用分布式光纤对隧道衬砌拱11的拱顶111下沉进行监测，实现了对隧道拱顶的全面监测，避免了常规的点式监测的弊端，而且利用分布式光纤极大的提高了隧道拱顶下沉的监测精度；其次，本技术通过在隧道衬砌拱顶刻槽，并利用环氧树脂胶8将分布式光纤2固定，其施工方法简单、可操本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置，包括隧道（1），所述隧道（1）包括隧道衬砌拱（11）和位于隧道（1）端部的隧道洞口（112），所述隧道衬砌拱（11）的顶部为拱顶（111），其特征在于：还包括分布式光纤（2）和光纤分析仪（5），所述分布式光纤（2）包括分布式光纤隧道内部分（21）和与分布式光纤隧道内部分（21）电通信连接的分布式光纤隧道外部分（22），所述隧道衬砌拱（11）的拱顶（111）沿着隧道长度方向上开有凹槽（7），所述分布式光纤隧道内部分（21）设置于隧道衬砌拱（11）的凹槽（7）中，所述隧道洞口（112）外部设有光纤分析仪（5）和基准点（3），所述基准点（3）顶部与拱顶（111）的凹槽（7）之间固定连接有套管（4），所述分布式光纤隧道外部分（22）置于套管（4）的管内，所述分布式光纤隧道外部分（22）通过导线（6）与光纤分析仪（5）电通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置，包括隧道（1），所述隧道（1）包括隧道衬砌拱（11）和位于隧道（1）端部的隧道洞口（112），所述隧道衬砌拱（11）的顶部为拱顶（111），其特征在于：还包括分布式光纤（2）和光纤分析仪（5），所述分布式光纤（2）包括分布式光纤隧道内部分（21）和与分布式光纤隧道内部分（21）电通信连接的分布式光纤隧道外部分（22），所述隧道衬砌拱（11）的拱顶（111）沿着隧道长度方向上开有凹槽（7），所述分布式光纤隧道内部分（21）设置于隧道衬砌拱（11）的凹槽（7）中，所述隧道洞口（112）外部设有光纤分析仪（5）和基准点（3），所述基准点（3）顶部与拱顶（111）的凹槽（7）之间固定连接有套管（4），所述分布式光纤隧道外部分（22）置于套管（4）的管内，所述分布式光纤隧道外部分（22）通过导线（6）与光纤分析仪（5）电通信连接。2.按照权利要求1所述的基于分布式光纤的隧道拱顶下沉监测装置，其特征在于：所述凹槽（7）内填充有环氧树脂胶（8），所述分布式光纤（2）通过环氧树脂胶（8）密封在凹槽（7）内部。3.按照权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晓辉，张军，姚广，高一杰，
申请(专利权)人：山西省交通科学研究院，山西交科公路勘察设计院，
类型：新型
国别省市：山西,14