一种预置于盾构隧道中的光纤系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种预置于盾构隧道中的光纤系统，包括复合光缆和调制解调器，隧道轨道由盾构管片(3)拼装而成，所述的复合光缆锚接于拼接好的盾构管片(3)上，所述的复合光缆中设有分布式光纤传感器，所述的调制解调器与复合光缆连接，并用于转变复合光缆中的光波信号为表征盾构隧道形变的电信号，所述的复合光缆包括环向布置段(1)和纵向布置段(2)，所述的环向布置段(1)沿隧道的环向绕线一圈并通过纵向布置段(2)连接至下一个环向布置段(1)。与现有技术相比，本实用新型专利技术可适用于不同接缝类型与管片形状的盾构隧道，有利于光纤传感器采集信号，光纤结构稳定可靠，施工过程简便易行。

An Optical Fiber System Pre-installed in Shield Tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种预置于盾构隧道中的光纤系统
本技术涉及隧道检测
，尤其是涉及一种预置于盾构隧道中的光纤系统。
技术介绍
随着城市交通地面压力的不断增大，越来越多的轨道交通为避免对地上环境的影响采用盾构法进行施工，而盾构隧道常处于受力复杂的非均质地层中，易产生不均匀沉降、横向收敛变形等问题，影响了隧道的正常的使用性能，严重时甚至造成安全事故，由此采用一定监测手段保障隧道结构的健康运营便显得尤为重要。目前，对盾构隧道监测手段主要分为点式监测与分布式检测。点式检测采用传统的应力、应变传感器，重点检测若干个断面的若干个特定位置的性能指标，其布设较为复杂，易受环境影响，不能描述隧道管片整体的变化趋势。分布式检测主要采用光纤传感技术，可监测光纤沿线上隧道的各处的性能指标，实现被测结构全面精细化的测量，相较点式测量更符合工程需要。但对于分布式光纤测量，常用的石英光纤细弱易折，存活率低，且现有分布式光纤测量方式在盾构隧道中常因轨道结构层阻碍，不能实现全断面布置。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种预置于盾构隧道中的光纤系统。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种预置于盾构隧道中的光纤系统，包括复合光缆和调制解调器，隧道轨道由盾构管片拼装而成，所述的复合光缆锚接于拼接好的盾构管片上，所述的复合光缆中设有分布式光纤传感器，所述的调制解调器与复合光缆连接，并用于转变复合光缆中的光波信号为表征盾构隧道形变的电信号，所述的复合光缆包括环向布置段和纵向布置段，所述的环向布置段沿隧道的环向绕线一圈并通过纵向布置段连接至下一个环向布置段。即在横断面上沿全圆布置，在纵断面上沿高程高于轨道结构层的直线布置，并设置缓和拐角及冗余线环。分布式光纤传感系统原理是同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先进的otdr技术和ofdr技术，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现真正分布式的测量。分布式光纤传感系统中的传感元件仅为光纤，一次测量就可以获取整个光纤区域内被测量的一维分布图，将光纤架设成光栅状，就可测定被测量的二维和三维分布情况，ofdr技术空间分辨率可达到毫米量级。进一步地，所述的纵向布置段设置于轨道结构层的上方。进一步地，所述的环向布置段与纵向布置段均包括由外至内设置的锚固套、护套、加强体和光纤光芯，所述的护套为金属网屏蔽层，所述的加强体为环绕排布于光纤光芯外围的刚性金属线。所述的护套为锚固套与固定孔道相接，将复合光缆与盾构隧道锚接。进一步地，所述的加强体为多股套筒的金属加强件，成基索状结构。进一步地，所述的锚固套外表面上涂覆有环氧树脂，并包裹有柔性HDPE土工膜。进一步地，所述的光纤光芯外侧包裹有反折射包层。进一步地，所述的光纤光芯为塑料光纤。进一步地，所述的光纤光芯为聚甲基丙烯酸甲酯光纤。与现有技术相比，本技术具有以下优点：1)适用范围广。本系统可用于不同接缝类型与管片形状的盾构隧道，适用于错缝与通缝拼装方式下各直径的盾构隧道。采用的多层光缆结构稳定抗震，可满足在具有列车震动、地震等震动的条件下的测试。此外，若在开槽孔道条件满足下，可以适用于其他构筑物表面监测。2)采集信息多样。本系统满足分布式光纤的测试要求，可根据需求在环向布置段和纵向布置段的任意位置上设置需要的传感器，可同时测试隧道横截面管片的应变、位移、裂缝宽度与纵向应变、位移等物理量。在同等测试下，相较点式布置而言简单易行。3)整体系统稳定性强。采用四层包芯手段对光纤进行保护，屏蔽了外界磁电、腐蚀物、水、油等对光纤的干扰，采用的塑料光纤相较传统石英光纤，其纤芯直径大，光的耦合效率高，传输能力强且传输稳定，采用的圆曲线过度弯折段，走向上避免直角弯折，克服弯折产生的断开现象，同时设置冗余线环，可极端条件下产生部分断开后重新连接，满足双端接入条件，最大程度上保证测试系统的正常运行。4)受环境干扰小，采用塑料光纤代替传统的石英光纤，使光纤延展性、韧性、抗弯折性大大提高。同时，运用加强体及护套提高单根光纤的抗拉折强度，运用环氧树脂与柔性HDPE土工膜保护复合光缆的工作环境。以上多重防护下，复合光缆可抵御施工中诸如混凝土喷浆、浇筑、振捣等工序对光缆线的冲击，保证了光纤通路正常工作。附图说明图1为本技术中预置于盾构隧道中的光纤系统的横断面布置图；图2为本技术中预置于盾构隧道中的光纤系统的纵断面布置图；图3为本技术中复合光缆的构造图；图4为本技术的具体实施过程。1-环向布置段；2-纵向布置段；3-盾构管片；4-轨道结构层；5-冗余线环；6-锚固套；7-护套；8-光纤光芯；9-加强体。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。实施例一种预置于盾构隧道中的光纤系统，包括复合光缆和调制解调器，隧道轨道由盾构管片3拼装而成，所述的复合光缆锚接于拼接好的盾构管片3上，所述的复合光缆中设有分布式光纤传感器，所述的调制解调器与复合光缆连接，并用于转变复合光缆中的光波信号为表征盾构隧道形变的电信号，所述的复合光缆包括环向布置段1和纵向布置段2，所述的环向布置段1沿隧道的环向绕线一圈并通过纵向布置段2连接至下一个环向布置段1。即在横断面上沿全圆布置，在纵断面上沿高程高于轨道结构层4的直线布置，并设置缓和拐角及冗余线环5，参见图2。具体实施时，纵向布置段2设置于轨道结构层4的上方。环向布置段1与纵向布置段2具体结构：均包括由外至内设置的锚固套6、护套7、加强体9和光纤光芯8，参见图3，所述的护套7为金属网屏蔽层，所述的加强体9为环绕排布于光纤光芯8外围的刚性金属线。所述的护套为锚固套与固定孔道相接，将复合光缆与盾构隧道锚接。具体实施时，加强体为多股套筒的金属加强件，成基索状结构。所述的锚固套6外表面上涂覆有环氧树脂，并包裹有柔性HDPE土工膜，即二次保护措施，光纤光芯8外侧包裹有反折射包层，光纤光芯8为塑料光纤，光纤光芯8为聚甲基丙烯酸甲酯光纤。具体施工过程，参见图4：步骤S1：采用四层包芯手段对光纤进行保护，组成复合光缆；步骤S2：在盾构管片上按横纵断面绕线方式设置固定孔道；步骤S3：将复合光缆按指定横纵断面绕线方式布置在盾构隧道内；步骤S4：对已布置在盾构管片上的复合光缆进行二次保护措施。上述的对实施例的描述是为便于该
的普通技术人员能理解和使用技术。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本技术不限于上述实施例，本领域技术人员根据本技术的揭示，不脱离本技术范畴所做出的改进和修改都应该在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预置于盾构隧道中的光纤系统，其特征在于，包括复合光缆和调制解调器，隧道轨道由盾构管片(3)拼装而成，所述的复合光缆锚接于拼接好的盾构管片(3)上，所述的复合光缆中设有分布式光纤传感器，所述的调制解调器与复合光缆连接，并用于转变复合光缆中的光波信号为表征盾构隧道形变的电信号，所述的复合光缆包括环向布置段(1)和纵向布置段(2)，所述的环向布置段(1)沿隧道的环向绕线一圈并通过纵向布置段(2)连接至下一个环向布置段(1)。

【技术特征摘要】
1.一种预置于盾构隧道中的光纤系统，其特征在于，包括复合光缆和调制解调器，隧道轨道由盾构管片(3)拼装而成，所述的复合光缆锚接于拼接好的盾构管片(3)上，所述的复合光缆中设有分布式光纤传感器，所述的调制解调器与复合光缆连接，并用于转变复合光缆中的光波信号为表征盾构隧道形变的电信号，所述的复合光缆包括环向布置段(1)和纵向布置段(2)，所述的环向布置段(1)沿隧道的环向绕线一圈并通过纵向布置段(2)连接至下一个环向布置段(1)。2.根据权利要求1所述的一种预置于盾构隧道中的光纤系统，其特征在于，盾构隧道底部设有轨道结构层(4)，所述的纵向布置段(2)设置于轨道结构层(4)的上方。3.根据权利要求1所述的一种预置于盾构隧道中的光纤系统，其特征在于，所述的环...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伯林，张书丰，郑军，裴欢，
申请(专利权)人：南京地铁集团有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32