CN108087029B - 一种光纤光栅测力锁脚锚管的测点保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道工程测试技术领域，提供了一种光纤光栅测力锁脚锚管的测点保护方法，在测力锁脚锚管制作时，在管身外壁设置纵向凹槽，在凹槽内埋入裸光纤光栅，用航天胶进行固定；测力锁脚锚管进行现场打设时，在钻孔内放入锚固剂，再将测力锁脚锚管送入钻孔；对光纤外接引线埋设在喷射混凝土中的部分进行遮覆保护；在测力锁脚锚管打设位置的拱脚处将PVC管固定在钢架之间处，将冗余光纤封装进PVC管中；光纤尾纤的FC/APC接头封装在塑料瓶中。本发明通过一系列的措施对光纤光栅的测点进行保护，减小了埋设和测试过程中测点的磨损破坏，提高了整套测试装置的稳定性；提高了光纤应变传感器的成活率，提高了试验测试数据的完整性、准确性。

Description

一种光纤光栅测力锁脚锚管的测点保护方法

技术领域

本发明涉及隧道工程测试技术领域，特别涉及一种光纤光栅测力锁脚锚管的测点保护方法。

背景技术

在软弱围岩隧道开挖过程中，由于围岩自稳能力差，若隧道支护方法选取不当，往往会引起隧道结构变形失稳甚至塌方，因此合理的支护结构体系是隧道建设和运营安全的重要保障。锁脚锚管作为软弱围岩隧道建设中的一种支护手段，由于其结构简单、易于操作、经济实用，在控制隧道初期支护下沉和结构稳定性方面起到了至关重要的作用，因此锁脚锚管被广泛的应用于软弱围岩隧道工程建设中。但是，关于锁脚锚管的合理支护参数目前尚不够统一，给隧道设计和施工带来较大盲目性。这主要是由于目前对锁脚锚管受力特性和作用机理的认识不统一造成的。关于锁脚锚管受力特性和作用机理的研究，目前主要通过对锁脚锚管的理想化建模，采用数值和解析的方法进行分析。由于锁脚锚管的建模仍是在研究人员已有认识上进行的，若认识上有误，所分析结果的可靠性就难以保证，而采用现场测试的方法则可以很好地弥补以上方法的不足。

现有的锁脚锚管受力特性的监测手段中，基于光纤光栅技术的测力锁脚锚管装置与其他测试方法相比，具有测试数据可保持长期稳定、不受电磁干扰、数据具有连贯性、误差小、可以实现长期监测等特点，可以在隧道内复杂的现场施工环境中得到广泛的推广应用。但是由于光纤光栅制作材料比较脆弱，在埋设和测试过程中容易损坏，光栅测点易遭破坏，特别是在复杂的现场环境下进行测力锁脚锚管的埋设和测试过程中，需要对光纤和光栅测点采取一系列的保护措施来保证试验的顺利进行，而目前尚缺乏相应的保护方法及措施。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种光纤光栅测力锁脚锚管的测点保护方法，以达到减少或避免传感光纤和光栅测点在测力锁脚锚管的埋设与测试过程中被损坏从而提高光纤传感器成活率的目的。

本发明一种光纤光栅测力锁脚锚管的测点保护方法，包括如下步骤：

步骤一、在测力锁脚锚管外壁设置纵向凹槽，凹槽两端设置小孔，光纤通过凹槽两端所述小孔穿入测力锁脚锚管内部再引出，将管外部的裸露光纤置于凹槽内并固定；

步骤二、所述测力锁脚锚管进行现场打设时，在钻孔内放入锚固剂，再将所述测力锁脚锚管送入钻孔；

步骤三、所述测力锁脚锚管安装至指定位置后，将测力锁脚锚管端头与钢架之间采用L型钢筋进行焊接；对光纤外接引线埋设在喷射混凝土中的部分进行遮覆保护；

步骤四、在所述测力锁脚锚管打设位置的拱脚处，将PVC管固定在钢架之间处，将冗余光纤封装进PVC管中；

步骤五、光纤尾纤的FC/APC接头封装在塑料瓶中。

进一步的，步骤一中，所述凹槽与测力锁脚锚管轴向平行；将刻有光栅的光纤放置在所述凹槽内，光纤栅区的位置与测力锁脚锚管测试断面所在的位置一一对应，光栅的方向与测力锁脚锚管的轴向方向平行，以确保试验过程中锚管管身产生的变形能精确的传递到光纤光栅上。

进一步的，步骤一中，用航天胶对所述凹槽内的光纤进行固定，并在所述测力锁脚锚管管身缠绕金属胶带对光纤光栅进行保护。

进一步的，所述凹槽用打磨机进行打磨抛光处理；然后用用砂纸将测点处的凹槽再次进行打磨，使测点处的表面光滑平整；最后用蘸有无水酒精或丙酮的脱脂棉球对所述凹槽及凹槽附近进行擦拭清洗。

进一步的，步骤二中，所述测力锁脚锚管缓缓送入钻孔，送入过程以锚固剂从钻孔孔口溢出为孔腔充满锚固剂的标志。

进一步的，步骤三中，锁脚锚管端头与钢架采用L型钢筋进行焊接时，将焊接处与光纤光栅测点进行隔热处理；光纤外接引线埋设在喷射混凝土中部分采用土工布和硬塑管进行缠绕保护。

进一步的，所述隔热处理具体为：先用特氟龙高温胶带将光纤进行缠绕，再用芭蕉带隔热棉进行缠绕，并在测力锁脚锚管端口填塞石棉隔热布来防止铠装光缆接触锚管内壁。

进一步的，步骤四中，将冗余光纤存放在所述PVC管中之后，在喷射混凝土之前，用土工布将前后管口进行封装，防止喷射混凝土进入PVC管内，喷射混凝土结束后，将靠近隧道内侧的管口处土工布捅破，取出尾纤的FC/APC接头进行测试。

进一步的，步骤五中，在所述塑料瓶瓶盖与光纤接触处用玻璃胶密封。

本发明的有益效果为：

1、通过采用一系列的措施对光纤光栅的测点进行保护，减小了埋设和测试过程中测点的磨损破坏，提高了整套测试装置的稳定性；

2、在测力锁脚锚管的埋设和测试过程中，降低甚至是避免了光缆和光栅测点在埋设过程中破坏的可能性，提高了光纤应变传感器的成活率，提高了试验测试数据的完整性；

3、通过在埋设过程中的一系列防护措施，实现了测试装置与隧道内灰尘的分离，减小了试验误差，提高了测试结果的准确性。

附图说明

图1所示为本发明实施例中测力锁脚锚管结构细部示意图。

图2所示为测试接头保护示意图。

其中：1-锁脚锚管；2-小孔；3-凹槽；4-光纤；5-松皮套；6-填充物；7-铠装光缆；8-测试接头；9-塑料瓶；10-玻璃胶。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。

如图1所示，在基于光纤光栅技术的测力锁脚锚管1制作过程中，在锁脚锚管1管身表面刻浅槽、钻小孔，在凹槽3内埋入裸光纤光栅，连接光缆从锁脚锚管1管身小孔2引入管内穿出，同时对光纤光栅进行封装保护。具体操作流程如下：

（1）在确定锁脚锚管1管身测试位置后，先将锁脚锚管1架于铣床的操作平台，并将锁脚锚管1牢牢固定，利用铣刀从距锁脚锚管端口一定距离处开始，在锁脚锚管1管身沿管深度方向线切割一道宽1mm、深1mm的纵向凹槽3。并将测点位置处的凹槽3做成宽4mm、深约2mm的圆弧形小槽，以便裸光纤4光栅埋入管身凹槽3后，与裸光纤4光栅连接的尾纤能平滑顺直的从管身小孔2中引入锁脚锚管1内部；之后按同样的方法在管身的其余三个方位拉槽，拉槽的线位偏差控制在±0.1mm以内。

（2）为了降低管身小孔2对锁脚锚管1强度的影响，将锁脚锚管1管身上下孔与左右孔采用交错布置的形式。在纵向凹槽3两端的位置倾斜的打入管径3.5mm小孔2，以便铠装跳线能够平滑的引入锁脚锚管1内部而不发生弯折；

（3）为了防止凹槽3内凹凸的部分残留金属划伤光纤4光栅，保证光纤4光栅与锁脚锚管1管壁充分接触，先用打磨机对锁脚锚管1管壁凹槽3进行打磨抛光处理。然后用砂纸将测点处的凹槽3再次进行打磨，使测点处的表面光滑平整。最后用蘸有无水酒精或丙酮的脱脂棉球对管壁凹槽3及凹槽3附近进行擦拭清洗，由于光纤4光栅具有超敏感的特性，所以须用蘸有无水酒精或丙酮的脱脂棉球对凹槽3表面进行反复擦洗，来去除凹槽3表面的铁锈和油污。

（4）然后再进行光纤4光栅的封装过程；首先，将刻有光栅的光纤4放置在锁脚锚管1管身最上方的凹槽3内，光纤栅区的位置应与锁脚锚管1测试断面所在的位置一一对应，而且应保证光栅4的方向与锁脚锚管1的轴向方向平行，以确保试验过程中测力锁脚锚管1管身产生的变形能精确的传递到光纤4光栅上。待测力锁脚锚管1管身最上方凹槽3内的光纤4光栅放置到位后，先用注射器向测试断面处的凹槽3内注入填充物（航天胶）6，并对凹槽3内的航天胶胶水进行适当的加热烘干，以减少胶水中的中气泡的形成增加其密实度，待12个小时后胶水完全固化，再逐个对测力锁脚锚管1最上方凹槽3内的其他栅区进行固定。最后，对光纤4光栅所在凹槽3上方涂覆防水胶6，并在光纤两端套上松皮套5，再套上铠装光缆7以防光纤4折断。对于测力锁脚锚管1最下方、最左方、最右方的光纤4光栅均按此方法依次进行封装；

（5）测力锁脚锚管1试验所处环境复杂，且其施工属于粗放式作业，因此要再次对光纤4光栅和铠装光缆7加以保护。对于光纤4光栅的的保护，采用在锚管管身1缠绕金属胶带进行保护。

在将基于光纤光栅技术的测力锁脚锚管1制作完成后，现场埋设测力锁脚锚管1阶段，需要对锁脚锚管1管身的光纤4光栅进行格外保护，操作步骤如下：

（1）在测力锁脚锚管1进行现场打设时，钻孔完成并用风枪进行清孔，待钻孔检查合格后，将事先准备好的锚固剂放入钻孔中捣匀，然后将测力锁脚锚管1缓缓送入钻孔，送入过程中应以锚固剂从孔口溢出为孔腔充满锚固剂的标志。

（2）在锁脚锚管安装至指定位置后，将测力锁脚锚管1端头与钢架之间采用L型钢筋进行焊接，为防止焊接温度过高对铠装光缆造成损伤，可以先用特氟龙高温胶带将光缆进行缠绕，再用芭蕉带隔热棉进行缠绕，并在锚管端口填塞石棉隔热布来防止铠装光缆接触锚管内壁。

（3）将预留埋设在喷射混凝土中的光纤外接引线，采用土工布和硬塑管进行缠绕保护，以防拉断或对折。

（4）在测力锁脚锚管1打设位置的拱脚处，将PVC管固定在钢架之间处，将测试光纤的冗余部分封装进PVC管中，在喷射混凝土之前，用土工布将前后管口进行封装，防止喷射混凝土进入PVC管内，喷射混凝土结束后，将靠近隧道内侧的管口处土工布捅破，取出尾纤的FC/APC接头进行测试。

（5）放置在PVC管中的光纤尾纤的FC/APC测试接头8在测试过程中受隧道内灰尘的影响较大，在测力锁脚锚管1的安装之前，将尾纤测试接头8封装在塑料瓶9中，在光纤4安装处与瓶盖9之间用玻璃胶10进行密封处理。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (7)

1.一种光纤光栅测力锁脚锚管的测点保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在测力锁脚锚管外壁设置纵向凹槽，凹槽两端设置小孔，光纤通过凹槽两端所述小孔穿入测力锁脚锚管内部再引出，将管外部的裸露光纤置于凹槽内并固定；

步骤二、所述测力锁脚锚管进行现场打设时，在钻孔内放入锚固剂，再将所述测力锁脚锚管送入钻孔；

步骤三、所述测力锁脚锚管安装至指定位置后，将测力锁脚锚管端头与钢架之间采用L型钢筋进行焊接；对光纤外接引线埋设在喷射混凝土中的部分进行遮覆保护；光纤外接引线埋设在喷射混凝土中部分采用土工布和硬塑管进行缠绕保护；

步骤四、在所述测力锁脚锚管打设位置的拱脚处，将PVC管固定在钢架之间处，将冗余光纤封装进PVC管中；将冗余光纤存放在所述PVC管中之后，在喷射混凝土之前，用土工布将前后管口进行封装，防止喷射混凝土进入PVC管内，喷射混凝土结束后，将靠近隧道内侧的管口处土工布捅破，取出尾纤的FC/APC接头进行测试；

步骤五、光纤尾纤的FC/APC接头封装在塑料瓶中，在所述塑料瓶瓶盖与光纤接触处用玻璃胶密封。

2.如权利要求1所述的测点保护方法，其特征在于，步骤一中，所述凹槽与测力锁脚锚管轴向平行；将刻有光栅的光纤放置在所述凹槽内，光纤栅区的位置与测力锁脚锚管测试断面所在的位置一一对应，光栅的方向与测力锁脚锚管的轴向方向平行，以确保试验过程中锚管管身产生的变形能精确的传递到光纤光栅上。

3.如权利要求1所述的测点保护方法，其特征在于，步骤一中，用航天胶对所述凹槽内的光纤进行固定，并在所述测力锁脚锚管管身缠绕金属胶带对光纤光栅进行保护。

4.如权利要求3所述的测点保护方法，其特征在于，所述凹槽用打磨机进行打磨抛光处理；然后用用砂纸将测点处的凹槽再次进行打磨，使测点处的表面光滑平整；最后用蘸有无水酒精或丙酮的脱脂棉球对所述凹槽及凹槽附近进行擦拭清洗。

5.如权利要求1所述的测点保护方法，其特征在于，步骤二中，所述测力锁脚锚管缓缓送入钻孔，送入过程以锚固剂从钻孔孔口溢出为孔腔充满锚固剂的标志。

6.如权利要求1所述的测点保护方法，其特征在于，步骤三中，锁脚锚管端头与钢架采用L型钢筋进行焊接时，将焊接处与光纤光栅测点进行隔热处理。

7.如权利要求6所述的测点保护方法，其特征在于，所述隔热处理具体为：先用特氟龙高温胶带将光纤进行缠绕，再用芭蕉带隔热棉进行缠绕，并在测力锁脚锚管端口填塞石棉隔热布来防止铠装光缆接触锚管内壁。