CN108612058B - 一种混凝土坝分布式测温光纤双股“z字形”通仓埋设施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混凝土坝分布式测温光纤双股“Z字形”通仓埋设施工方法，每一仓混凝土埋设施工前将分布式光纤双股绑扎放线，水平面上采用“Z字形”通仓布设，单个坝段垂直向采用奇偶仓光纤交替上升方式，水平向采用奇偶仓光纤左右对称布设方式。本发明能够提高光纤的埋设成活率；可预先将每根光纤的两个端头分别设置为主测头和备用测头，在已浇混凝土内部光纤被意外打断后，启用备用测头，可继续监测全坝段混凝土内部温度。本发明可为混凝土坝建设‑初期蓄水‑运行期开展科研、动态仿真与反馈分析提供更加丰富可靠的基础数据，对于实现坝体施工期各阶段二维、三维真实温度场的重构具有重大意义。

Description

一种混凝土坝分布式测温光纤双股“Z字形”通仓埋设施工 方法

技术领域

本发明属于混凝土大坝施工技术领域，具体涉及一种混凝土坝分布式测温光纤双股“Z字形”通仓埋设施工方法。

背景技术

无论是在施工期还是运行期，混凝土坝内部温度的监测都具有十分重要的意义。在施工期，几乎所有的混凝土坝都要采取温度控制措施，减小坝体内部温度梯度，防止温度裂缝的发生，确保大坝安全，因此，及时准确地获取坝体混凝土内部温度数据是大体积混凝土温度控制的关键；在运行期，温度荷载是引起坝体变形和应力变化的主要荷载，因此，运行期坝体温度的监测也是安全监测的重要内容之一。

传统坝体温度监测一般使用点式温度计，以热电偶温度计为主，这种温度计本身具有较高的精度，但就混凝土坝工程实际应用而言，存在以下不足：（1）一支温度计只可测量一个点的温度；（2）对工作环境要求严，抗干扰能力差，安装复杂干扰施工；（3）温度计信息量太少，很难掌握整个坝体内部温度场的变化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种更优的混凝土坝分布式测温光纤埋设施工方法。通过设计双股埋设、“Z字形”布设及奇偶交替埋设提升的分布式测温光纤埋设工艺及方法，确保了分布式测温光纤的较高成活率、更多的监测数据量、更优的施工工艺及测量和计算精度，此方法对于反演获得混凝土真实材料参数，仿真计算实现混凝土浇筑块温度预报，反馈分析并提出个性化的温控措施调整建议，实现坝体施工期各阶段二维及三维实际温度场的重构具有重大的意义。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种混凝土坝分布式测温光纤双股“Z字形”通仓埋设施工方法，其特征在于它包括以下步骤：

Step1：每一仓混凝土埋设施工前将分布式光纤双股绑扎放线；

Step2：水平面上采用“Z字形”通仓布设；

Step3：单个坝段垂直向采用奇偶仓光纤交替上升方式，水平向采用奇偶仓光纤左右对称布设方式。

所述Step1中每一仓混凝土埋设施工前将分布式光纤双股绑扎放线具体操作为，在埋设施工前将单根光纤双股绑扎在一起放线，放线长度根据待埋仓尺寸确定。

所述Step2中水平面上采用“Z字形”通仓布设具体操作为，埋设施工时将绑扎放线后的双股光纤从距离横缝面和上游面（下游面）均为3m~5m处出发，沿垂直于坝轴线方向布线，到仓面长1/2处时，转向沿坝轴线方向布设至距另一横缝面3m~5m处，然后再转向垂直于坝轴线方向，继续向下游面（上游面）布设至距离下游面（上游面）3m~5m处为止，在转向时保证光纤转弯半径大于6倍D，其中D为光缆直径，单仓光纤在水平面上呈通仓“Z字形”布线方式。

所述Step3中单个坝段垂直向采用奇偶仓光纤交替上升方式，水平向采用奇偶仓光纤左右对称布设方式具体操作为，同一坝段由两根光纤覆盖，奇数仓的光纤只布置在奇数仓内，偶数仓的光纤只布置在偶数仓内；单个坝段水平向采用奇偶仓光纤左右对称布设方式，即奇数仓光纤从上游面（下游面）近左（右）侧横缝面开始布线，偶数仓光纤从下游面（上游面）近右（左）侧横缝面开始布设。

本发明有如下有益效果：

1、与传统测温方法相比，分布式光纤测温方式具有数据采集便捷、测点多、信息量大等优势，可弥补数字温度计监测数据离散、数据量少、系统性不强等不足；将分布式光纤埋设在混凝土浇筑仓内，即可快速、连续地监测光纤传感网络沿程的温度值。本发明对于实时在线、连续自动线性监测混凝土坝内部温度的时空分布，大大增加了坝体温度监测数据量，为混凝土坝建设-初期蓄水-运行期开展科研、动态仿真与反馈分析提供更加丰富可靠的基础数据，提高混凝土坝施工期各阶段二维、三维真实温度场重构精度，具有重大的意义。

2、每一仓混凝土埋设施工前将分布式光纤双股绑扎放线，即在埋设施工前将单根光纤双股绑扎在一起放线，放线长度根据待埋仓尺寸确定。该方法一方面可提高光纤的埋设成活率，另一方面可预先将每根光纤的两个端头分别设置为主测头和备用测头，在已浇混凝土内部光纤被意外打断后，启用备用测头，可继续监测全坝段混凝土内部温度。

3、水平面上采用“Z字形”通仓布设，即埋设施工时将绑扎放线后的双股光纤从距离横缝面和上游面（下游面）均为3m~5m处出发，沿垂直于坝轴线方向布线，到仓面长1/2处时（误差控制在1m以内），转向沿坝轴线方向布设至距另一横缝面3m~5m处，然后再转向垂直于坝轴线方向，继续向下游面（上游面）布设至距离下游面（上游面）3m~5m处为止，在转向时保证光纤转弯半径大于6倍D（D为光缆直径），单仓光纤在水平面上呈通仓“Z字形”布线方式。本方法一方面实现了单个浇筑仓混凝土“面温度”监测数据的实时采集，进一步地，多仓累积可以获得混凝土坝监测坝段的“体温度”监测数据，大大增加了坝体温度监测基础数据量。

4、单个坝段垂直向采用奇偶仓光纤交替上升方式，水平向采用奇偶仓光纤左右对称布设方式，即同一坝段由两根光纤覆盖，奇数仓的光纤只布置在奇数仓内，偶数仓的光纤只布置在偶数仓内；单个坝段水平向采用奇偶仓光纤左右对称布设方式，即奇数仓光纤从上游面（下游面）近左（右）侧横缝面开始布线，偶数仓光纤从下游面（上游面）近右（左）侧横缝面开始布设。该布设方法在解决特殊坝段，如：包含廊道等特殊结构的温度数据监测难题，获取更多温度监测数据方面具有一定的优势；进一步地，在空间上具有一定的对称性，具有对比性和参照性。

5、而分布式测温光纤具备以下优点：第一，测点多。用一根光纤可测量数千点的温度值，因此可用来测量大面积内的温度分布；第二，数据采集便捷。可实现实时在线监测；第三，抗干扰性好。由于光纤本身是由石英材料组成的，完全的电绝缘，而且测温信号为光而非电信号，因此抗磁、电、雷等各种干扰；第四，稳定性好，可进行长期的、稳定的温度测量；第五，易于进行远距离数据传输。光纤的两个突出优点是传输数据量大和损耗小，可以实现几十公里的远程监测；第六，灵敏度高，测量精度高；第七，寿命长，成本低，系统简单，光纤的材料一般为石英玻璃，具有不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，通常可以服役30年。

6、综合考虑传感器的自身成本以及后期的维护费用，使用分布式测温光纤可以大大降低整个工程的最终经营成本。进一步考虑为建设-初期蓄水-运行期开展科研、动态仿真与反馈分析提供更加丰富可靠的基础数据，确保温度测量精度及混凝土坝温度场重构精度，采用本施工方法进行混凝土内部温度数据监测具有重要意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的分布式测温光纤双股通仓埋设示意图。

图2为本发明的分布式测温光纤“Z字形”布设奇数层布设示意图。

图3为本发明的分布式测温光纤“Z字形”布设偶数层布设示意图。

图4为本发明的分布式测温光纤全坝段奇偶交替埋设示意图。

图5为本发明的分布式测温光纤奇偶交替埋设提升局部放大示意图。

图6为本发明的分布式光纤测温系统整体布设及走线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

如图1~图6所示，混凝土坝分布式测温光纤埋设遵循的基本原则为：

（1）光纤埋设过程不影响仓面施工；

（2）施工过程避免光纤振捣或碾压破坏；

（3）遵守平仓、振捣后及早埋设光纤的原则。

混凝土坝分布式测温光纤埋设的关键控制环节主要包括：

（1）光纤埋设过程随坝体增高后的引线阶段。

（2）通仓埋设光纤阶段。

（3）奇偶层交替埋设提升引线阶段。

分布式测温光纤埋设前期准备工作主要包括：

（1）尽早确定选购相应的光纤测温仪及与之相匹配的铠装测温光纤、连接器、光纤熔接机等设备。

（2）根据光纤埋设的设计图，将大盘光纤按所需的长度分段，较设计光纤长度略有余长，并用特制的工具，将光纤分段缠绕。同时，要根据光纤上固有的长度标志，严格记录首尾端的长度值，这是光纤埋设及光纤长度定位的依据。

（3）用熔接机将尾纤与每段光纤的两个终端连接。注意连接器型号应与仪器接口一致。若条件许可，每条测温光纤的端头，可接两根以上的尾纤，并记下光纤的颜色，方便以后校测和备用。

混凝土大坝仓面的施工运输机械多、设备多、管线多、工艺流程复杂，而光纤材料本身精细、敏感性强，易折断，要实现混凝土内部温度的传感监测，研究光纤埋入混凝土的适用工艺，是光纤技术应用的关键。

本发明提出的分布式测温光纤的主要埋设方法为振捣填压法，即为了提高通仓光纤埋设效率，在通仓埋设光纤时，采用振捣填压法进行光纤埋设，即在仓面混凝土经过平仓和振捣后，利用手持式振捣棒沿光纤布设方向振捣，同时利用特制工具下压双股埋设光纤。通过振捣填压法即可实现大仓面通仓光纤的快速、高效埋设。

一种混凝土大坝分布式测温光纤双股“Z字形”埋设工艺及方法，埋设工艺采用双股捆绑、呈“Z字形”、奇偶层交替通仓埋设的方法；分布式光纤双股捆绑埋设即将两股光纤绑扎在一起埋设，距离横缝面3m~5m，沿上游面（下游面）出发至下游面（上游面）不折回；“Z字形”埋设即双股光纤布设在整个仓面呈现为“Z字形”；奇、偶层交替埋设即将奇数层的光纤只布置在奇数层内，偶数层的光纤只布置在偶数层内。采用此方法一是光纤不容易被打断，二是可以预先将每根光纤的两个端头分别设置为主测头和备用测头，并将两个测头均引入监测房内，其保证了光纤埋设的成活率，且不会增加光纤埋设长度和对分布式光纤测温系统（DTS）通道数的需求。同时，“Z字形”布设能够实时采集通仓浇筑混凝土的内部温度数据，通仓采集的温度数据构成浇筑混凝土的“面温度”数据，逐步上升埋设后可以获得混凝土大坝的“体温度”数据。这对于反演获得混凝土真实材料参数，仿真计算实现混凝土浇筑块温度预报，反馈分析并提出个性化的温控措施调整建议，实现坝体施工期各阶段二维及三维实际温度场的重构具有重大的意义。

分布式测温光纤采用双股捆绑埋设工艺，即将两股光纤绑扎在一起埋设，距离横缝面3m~5m，沿上游面（下游面）出发至下游面（上游面）不折回。该埋设工艺一方面确保了光纤不容易被打断，另一方面可以预先将每根光纤的两个端头分别设置为主测头和备用测头，并将两个测头均引入监测房内，其保证了光纤埋设的成活率，也不会增加光纤埋设长度和对分布式光纤测温系统（DTS）通道数的需求。

分布式测温光纤通仓呈现“Z字形”布设，实现了整个仓面“面温度”数据的监测和采集，进一步地，不断累积上升埋设分布式光纤可以获得坝体“体温度”数据，该方法能够增加实际监测温度的数据量，提高测量和重构计算精度。

分布式测温光纤采用奇偶交替埋设提升的方式，即奇数层的光纤只布置在奇数层内，偶数层的光纤只布置在偶数层内。该方法对于解决特殊坝段（含廊道等特殊结构）的温度数据监测难题、在获取更多温度数据量方面具有一定的优势；进一步地，在一定程度上缩减了分布式光纤的埋设长度。

与传统测温方法相比，分布式光纤具有实时在线监测的优势，把分布式光纤埋设在混凝土浇筑仓内，即可快速、连续地监测光纤传感网络沿程的温度值，这样可以直观、方便地分析混凝土坝体内部温度变化的规律。光纤测温作为一个系统工程，具有测点多（线测温）、精度高、实时性高、可靠性高的特点，基于分布式光纤测温进行温度场重构无疑是一条有效途径。该方法对于反演获得混凝土真实材料参数，仿真计算实现混凝土浇筑块温度预报，反馈分析并提出个性化的温控措施调整建议，实现坝体施工期各阶段二维及三维实际温度场的重构具有重大的意义。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (3)

1.一种混凝土坝分布式测温光纤双股“Z字形”通仓埋设施工方法，其特征在于它包括以下步骤：

Step1：每一仓混凝土埋设施工前将分布式光纤双股绑扎放线；

Step2：水平面上采用“Z字形”通仓布设；

Step3：单个坝段垂直向采用奇偶仓光纤交替上升方式，水平向采用奇偶仓光纤左右对称布设方式；

所述Step2中水平面上采用“Z字形”通仓布设具体操作为，埋设施工时将绑扎放线后的双股光纤从距离横缝面和上游面或下游面均为3m~5m处出发，沿垂直于坝轴线方向布线，到仓面长1/2处时，转向沿坝轴线方向布设至距另一横缝面3m~5m处，然后再转向垂直于坝轴线方向，继续向下游面或上游面布设至距离下游面或上游面3m~5m处为止，在转向时保证光纤转弯半径大于6倍D，其中D为光缆直径，单仓光纤在水平面上呈通仓“Z字形”布线方式。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土坝分布式测温光纤双股“Z字形”通仓埋设施工方法，其特征在于：所述Step1中每一仓混凝土埋设施工前将分布式光纤双股绑扎放线具体操作为，在埋设施工前将单根光纤双股绑扎在一起放线，放线长度根据待埋仓尺寸确定。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土坝分布式测温光纤双股“Z字形”通仓埋设施工方法，其特征在于：所述Step3中单个坝段垂直向采用奇偶仓光纤交替上升方式，水平向采用奇偶仓光纤左右对称布设方式具体操作为，同一坝段由两根光纤覆盖，奇数仓的光纤只布置在奇数仓内，偶数仓的光纤只布置在偶数仓内；单个坝段水平向采用奇偶仓光纤左右对称布设方式，即奇数仓光纤从上游面或下游面近左或右侧横缝面开始布线，偶数仓光纤从下游面或上游面近右或左侧横缝面开始布设。

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