【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤监测，具体涉及一种光纤测斜装置及失效测斜孔复测方法。
技术介绍
1、钻孔测斜法是监测岩土体深部位移的主要方法，它通过钻孔后安装测斜管形成监测岩体深部位移的测斜孔。测量时使用测斜仪测量测斜管不同深度位置的倾斜角度，最后解算出测斜管不同深度的水平位移。钻孔测斜方法主要是满足工程建设期的监测要求，对于一般边坡工程，工程建成后测斜孔通常只做1～2年的监测就不再使用。但是对于大型水电工程，监测工程要服务于工程的全生命周期，因此工程建设期建设的监测设施如果没有损坏，将会转而实施长期监测。
2、目前大型水电工程中，用于监测边坡岩体深部变形的测斜孔如果可以使用，则会一直保持监测，而因堵塞、管壁破损、管壁结垢等原因无法施测的测斜孔成为失效孔而停测。测斜孔本身的结构特点也决定了其失效可能性随时间发展会越来越大。因此利用并改造失效孔实现复测是保持既有监测体系监测能力完整性和连续性的非常必要技术工作。
3、要实现测斜孔的复测，满足水电工程全生命周期监测的需求，所实施的技术手段需要满足两点要求：
4、(1)传感单元使用寿命应满足长期监测的需求。现有传感单元类型中，光纤传感单元的理论寿命是最长的。
5、(2)新的监测应尽量利用旧的监测孔，保证监测对象的一致性。这一点主要是考虑如果开钻新的监测孔，新的监测孔位置的地质条件可能与原失效孔有差异，并且测斜孔本身存在一个变形稳定的过程，开钻新孔后获得的监测数据与原有的监测数据难以形成一个连续的监测序列。
6、近些年我国许多大型水电工程的监
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是在不破坏失效测斜孔的主要管壁结构前提下，在已失效的测斜孔内安装一种具有高精度、长寿命的光纤测斜装置，以实现失效测斜孔的复测，满足水电工程全生命周期监测的需求。
2、本专利技术采取的技术方案为：
3、一种光纤测斜装置，包括安装在失效测斜孔内的测斜光缆，所述测斜光缆包括金属导引头、多芯光缆、光缆孔口保护头；
4、金属导引头处于测斜光缆最下端，金属导引头为圆锥形，其最大直径与测斜光缆相同；
5、多芯光缆由两根超弱光栅光纤与橡胶材料复合而成；
6、光缆孔口保护头固定在失效测斜孔的管口，测斜光缆出孔口时穿过光缆孔口保护头。安装在失效测斜孔中后被灌入的胶凝材料固定在失效测斜孔内；所述的光缆孔口保护头固定在失效测斜孔的管口，光缆出孔口时穿过光缆孔口保护头，避免与管口摩擦造成破损。
7、所述测斜光缆是在橡胶棒内复合了两根超弱光栅光纤，两根光纤上的光栅间距相同，且两根光纤的光栅传感单元处于同一截面，形成测斜断面。
8、所述多芯光缆截面上两根超弱光栅光纤中心连线中点与光缆中心重合，且两根超弱光栅光纤距离在复合的多芯光缆中上下保持一致。多芯光缆中两根超弱光栅光纤距离是解算多芯光缆横向变形的重要参数，如果不能不能保持一个固定距离，就必须对每段光缆的变形曲线进行测量标定，这个标定工作量无疑会巨大的，会严重影响光缆的适用性。
9、所述两根超弱光栅光纤在多芯光缆中距离不小于10mm，其中心连线中点与多芯光缆重合。当多芯光缆有横向的弯曲变形，其中的两根光栅光纤间距越大，其应变差值越大，解算弯曲变形的精度越高，因此两根光纤之间的距离必须控制不小于某个距离，目前相关试验表明10mm是较为合适的下限距离。
10、所述超弱光栅光纤光栅反射率低于0.1％，光栅间距相同。
11、所述两根超弱光栅光纤上的光栅成对出现在多芯光缆的同一截面，同面偏差不大于1mm。根据同一截面的光栅应变差解算光缆横向变形，其原理要求一对光栅处于同一平面。
12、所述光缆孔口保护头安装于测斜管出口，测斜光缆从其中穿过。
13、基于测斜光缆的失效测斜孔复测方法，包括以下步骤：
14、步骤一：使用摄像头直径不大于30mm的井下电视系统，对失效测斜孔的测斜管内壁进行检查。检查内容包括：摄像头可下探最大深度、测斜管内壁变形破损情况、测斜管内壁附着物(主要是水垢)。摄像头可下探最大深度小于测斜孔设计深度的失效孔可不采用此方法实现复测。
15、步骤二：扩管：对测斜管内腔截面小、测斜光缆无法下放的位置进行扩管。扩管可使用小型钻机或便携式钻机将直径略大于测斜光缆的钻杆压入测斜管，钻杆端头装锥形扩管头，便于挤压扩管；
16、步骤三：清垢：清垢主要是清理测斜管内部结壳的水垢。可使用小型钻机或便携式钻机，钻杆端头装毛刷辊，对测斜管内部结壳的水垢进行清理。
17、步骤四：测斜光缆的标定：标定时夹具夹住测斜光缆距离光栅的位置，l是两根光纤上的光栅间距。光栅的另一边的位置施加横向变形，求出横向变形s与光栅应变差δε比例系数k。
18、步骤五：测斜光缆的安装：将根据孔深制作的测斜光缆下放到测斜孔内，灌入水泥砂浆填充测斜管内部测斜光缆周围空间。测斜光缆穿过光缆孔口保护头，将光缆孔口保护头套入测斜管管口安装就位。灌入水泥砂浆后每隔7天测量数据，测量值稳定后以第四周测量值作为初始值，开始定期监测。
19、本专利技术一种光纤测斜装置及失效测斜孔复测方法，技术效果如下：
20、1)现有传感单元类型中，光纤传感单元的理论寿命是最长的，因此本专利技术将利用光栅光纤传感单元构造深部位移监测的传感结构。
21、2)本专利技术失效测斜孔复测方法包含四个系统步骤：探孔、修孔和测斜光缆的标定和安装测量。探孔主要是通过井下电视检查失效孔的原因，确定光缆外径和相应的修孔措施；修孔是对仍有安装测斜装置空间的失效孔进行内径扩大和孔壁清洗；测斜光缆的标定确定每个测斜截面的变形换算系数；测斜光缆的安装保证测斜传感器与测斜管紧密结合，可以获得岩体实际变形。
22、3)本专利技术失效测斜孔复测方法可以充分利用已有的监测设施和监测数据，能够满足工程长期监测的需求。
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1.一种光纤测斜装置，包括安装在失效测斜孔内的测斜光缆(1)，其特征在于：所述测斜光缆(1)包括金属导引头(2)、多芯光缆、光缆孔口保护头(3)；金属导引头(2)处于测斜光缆(1)最下端，金属导引头(1)为圆锥形；多芯光缆由两根超弱光栅光纤(1-1)与橡胶材料复合而成；
2.根据权利要求1所述一种光纤测斜装置，其特征在于：所述测斜光缆(1)是在橡胶棒(1-2)内复合了两根超弱光栅光纤(1-1)，两根光纤上的光栅间距相同，且两根光纤的光栅传感单元(1-4)处于同一截面，形成测斜断面(1-3)。
3.根据权利要求1所述一种光纤测斜装置，其特征在于：多芯光缆截面上两根超弱光栅光纤(1-1)中心连线中点与光缆中心重合，且两根超弱光栅光纤(1-1)距离在复合的多芯光缆中上下保持一致。
4.根据权利要求1所述一种光纤测斜装置，其特征在于：所述两根超弱光栅光纤(1-1)在多芯光缆中距离不小于10mm，其中心连线中点与多芯光缆重合。
5.根据权利要求1所述一种光纤测斜装置，其特征在于：所述两根超弱光栅光纤1-1上的光栅成对出现在多芯光缆的同一截面，
6.根据权利要求1所述一种光纤测斜装置，其特征在于：所述光缆孔口保护头(3)安装于测斜管(4)出口，测斜光缆(1)从其中穿过。
7.基于测斜光缆的失效测斜孔复测方法，其特征在于包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种光纤测斜装置，包括安装在失效测斜孔内的测斜光缆(1)，其特征在于：所述测斜光缆(1)包括金属导引头(2)、多芯光缆、光缆孔口保护头(3)；金属导引头(2)处于测斜光缆(1)最下端，金属导引头(1)为圆锥形；多芯光缆由两根超弱光栅光纤(1-1)与橡胶材料复合而成；
2.根据权利要求1所述一种光纤测斜装置，其特征在于：所述测斜光缆(1)是在橡胶棒(1-2)内复合了两根超弱光栅光纤(1-1)，两根光纤上的光栅间距相同，且两根光纤的光栅传感单元(1-4)处于同一截面，形成测斜断面(1-3)。
3.根据权利要求1所述一种光纤测斜装置，其特征在于：多芯光缆截面上两根超弱光栅光纤(1-1)中...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘顶明，耿峻，吴剑，刘勇军，罗志会，廖周伟，汪昌港，黄江楼，徐冰，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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