CN103162636A - 一种隧道变形监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道变形监测装置，在隧道内的表面上或在隧道的围岩内、沿隧道的纵向安置有与隧道紧密贴合且随隧道变形而同步变形的至少一根管道，在所述的管道内安置有光纤弯曲传感单元，在管道的一端安置有测试单元；所述光纤弯曲传感单元包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个变形齿一和多个变形齿二，在所述的变形齿一和变形齿二间夹持有信号光纤，所述多个变形齿一和多个变形齿二呈交错对应布设且二者的头部之间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道；所述的测试单元与信号光纤相接且对信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理。本发明装置适应隧道工程和运行的实际环境条件。

Description

一种隧道变形监测装置

技术领域

本发明属于岩土工程监测技术领域，尤其是涉及一种隧道围岩变形监测的隧道变形监测装置。

技术领域

我们国家山区多、地质条件复杂，随着公路、铁路以及水利和能源的等基础设施的建设，隧道的挖掘也越来越多，但由于地质条件的复杂性，在隧道的挖掘以及隧道建成后运行状态的监测都是非常急需解决的问题。

中国专利申请号201010595164.5《隧道围岩变形分布式光纤超前监测方法》的文中揭示了一种采用光纤布里渊反射法实时分布式监测的装置，其监测方法和装置简单有效，并具有抗干扰和分布式监测的能力，但由于采用了布里渊反射计而使整个监测装置成本较高，在实际使用中推广困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种隧道变形监测装置，其基于微弯光纤传感原理，除继承了微弯光纤传感技术的精度高、抗电磁干扰、成本低等优点的同时，也大幅度降低了监测系统的整体成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种隧道变形监测装置，其特征在于：包括沿隧道的围岩内或沿隧道内表面纵向设置且与隧道紧密贴合并随隧道变形而同步变形的至少一根管道，所述管道与隧道通过粘结、焊接或挂钩方式固定在一起，所述管道内设置有光纤弯曲传感单元，所述管道的一端连接有测试单元；所述光纤弯曲传感单元包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个变形齿一和多个变形齿二，所述变形齿一和变形齿二之间夹持有信号光纤，所述多个变形齿一和多个变形齿二呈交错对应布设且二者的头部之间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，所述变形齿一和变形齿二对应布设在信号光纤的两侧；所述测试单元与信号光纤相接且对信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理。

上述的一种隧道变形监测装置，其特征在于：所述测试单元与信号光纤通过光缆连接。

上述的一种隧道变形监测装置，其特征在于：所述曲线形支架为曲线形壳体、弹簧、波纹管或柱体。

上述的一种隧道变形监测装置，其特征在于：所述管道为金属管、非金属管或金属-非金属复合管。

上述的一种隧道变形监测装置，其特征在于：所述光缆为单层或双层金属光缆。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、精度高。

2、通过采用基于光纤微弯传感技术的监测装置可以提高测试精度，并具有良好的抗电磁干扰能力、耐腐蚀性，同时具有良好的抗震能力，适于实际工程环境条件。

3、其全封闭的光路检测系统，提高了光纤传感单元的稳定性、可靠性，增加了光纤传感装置的安全性，并适于应用在易燃易爆的场所。

综上所述，本发明装置结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、精度高、监测动态范围大，实用价值高，并适于易燃易爆及强电磁干扰环境，适应隧道工程和运行的实际环境条件。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为实施例1中曲线形测试通道的结构示意图。

图3为实施例1中曲线形支架的结构示意图。

图4为实施例2中曲线形测试通道的结构示意图。

图5为实施例3中曲线形测试通道的结构示意图。

图6为图5中A处的局部放大结构示意图。

图7为实施例4中曲线形测试通道的结构示意图。

图8为图7的A-A剖视图。

图9为实施例5的结构示意图。

附图标记说明：

1-光缆；               2-管道；            3-隧道；

4-1-变形齿一；         4-2-变形齿二；      5-测试单元；

6-光纤弯曲传感单元；   19-曲线型壳体；     33-信号光纤；

36-柱体；              37-缝隙。           38-弹簧；

40-波纹管；            42-管壁；

具体实施方式

实施例1

如图1、2和3所示，一种隧道变形监测装置，包括沿隧道3内表面纵向设置且与隧道3紧密贴合并随隧道3变形而同步变形的至少一根管道2，所述管道2与隧道3通过粘结、焊接或挂钩方式固定在一起，所述管道2内设置有光纤弯曲传感单元6，所述管道2的一端连接有测试单元5；所述光纤弯曲传感单元6包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2，所述变形齿一4-1和变形齿二4-2之间夹持有信号光纤33，所述多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2呈交错对应布设且二者的头部之间形成供一个或多个信号光纤33穿过的曲线形通道，所述变形齿一4-1和变形齿二4-2对应布设在信号光纤33的两侧；所述测试单元5与信号光纤33相接且对信号光纤33中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理。

本实施例中，所述测试单元5与信号光纤33通过光缆1连接，且所述光缆1为单层或双层金属光缆。

本实施例中，所述管道2为金属管、非金属管或金属-非金属复合管。

本实施例中，曲线形支架为曲线型壳体19，多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2对应布设在曲线形壳体19的内壁上，信号光纤33的一部分穿过管道2并通过光缆1与测试单元5连接。

当隧道3变形时，管道2也随之变形，从而使布设于曲线形壳体19内的变形齿一4-1与变形齿二4-2齿间的距离改变，变形齿一4-1与变形齿二4-2齿间的距离改变导致夹持于两者之间的信号光纤33的弯曲曲率变化，信号光纤33的弯曲曲率变化使传输于信号光纤33内的光信号功率变化，通过光缆1后测试单元5测得该变化信号并经计算得到曲线形壳体19的弯曲状态，从而得到隧道3变形大小，当测试单元5采用的是光适于反射计时，可监测到管道变形的位置，从而达到分布式监测的目的。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形测试通道6中包含的曲线形支架为弹簧38，多个变形齿一4-1和多个变形齿二4-2对应布设在弹簧38中相邻两圈弹簧丝之间，且变形齿一4-1和变形齿二4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例3

如图5和6所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形测试通道6中包含的曲线形支架为波纹管40，变形齿一4-1和变形齿二4-2对应布设在波纹管40的管壁42上内凹处的相对两个侧面上，且变形齿一4-1和变形齿二4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例4

如图7和8所示，本实施例与实施例1不同的是：所述曲线形支架10为柱体36，在柱体36的侧壁上分布有缝隙37，在缝隙37的上下两侧布设有相互交错对应的变形齿一4-1和变形齿二4-2。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例5

如图9所示，本实施例与实施例1不同的是：在隧道3的围岩内、沿隧道3纵向安置有与隧道3紧密贴合且随隧道3变形而同步变形的至少一根管道2。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种隧道变形监测装置，其特征在于：包括沿隧道(3)的围岩内或沿隧道(3)内表面纵向设置且与隧道(3)紧密贴合并随隧道(3)变形而同步变形的至少一根管道(2)，所述管道(2)与隧道(3)通过粘结、焊接或挂钩方式固定在一起，所述管道(2)内设置有光纤弯曲传感单元(6)，所述管道(2)的一端连接有测试单元(5)；所述光纤弯曲传感单元(6)包括曲线形支架以及连续布设在所述曲线形支架上相对两侧的多个变形齿一(4-1)和多个变形齿二(4-2)，所述变形齿一(4-1)和变形齿二(4-2)之间夹持有信号光纤(33)，所述多个变形齿一(4-1)和多个变形齿二(4-2)呈交错对应布设且二者的头部之间形成供一个或多个信号光纤(33)穿过的曲线形通道，所述变形齿一(4-1)和变形齿二(4-2)对应布设在信号光纤(33)的两侧；所述测试单元(5)与信号光纤(33)相接且对信号光纤(33)中的光信号功率变化量进行同步测试与分析处理。

2.根据权利要求1所述的一种隧道变形监测装置，其特征在于：所述测试单元(5)与信号光纤(33)通过光缆(1)连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种隧道变形监测装置，其特征在于：所述曲线形支架为曲线形壳体、弹簧、波纹管或柱体。

4.根据权利要求1或2所述的一种隧道变形监测装置，其特征在于：所述管道(2)为金属管、非金属管或金属-非金属复合管。

5.根据权利要求2所述的一种隧道变形监测装置，其特征在于：所述光缆(1)为单层或双层金属光缆。

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