CN110595606A - 一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置 - Google Patents

一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,包括监测设备、光纤光栅振动传感器、水工隧洞围岩、锚杆,所述锚杆设置于所述水工隧洞围岩中,所述光纤光栅振动传感器设置于所述锚杆上,所述光纤光栅振动传感器的输出端与所述监测设备的输入端相连接。本发明装置充分利用了光纤光栅的优点,在隧洞挖掘施工过程以及运营过程中,通过对监测数据的分析,可以得知水工隧洞周围的岩体是否产生裂缝以及裂缝的发展趋势。

Description

一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置
技术领域
本发明涉及一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,属于光纤光栅传感技术领域。
背景技术
水工隧洞是水利水电枢纽中的重要组成部分。水工隧洞在开挖的过程中,常常伴有较大的变形,需要进行支护。因此全方位监测水工隧洞的裂缝发展趋势与支护方法相结合成为了洞室安全监测的重要手段之一。
目前,隧洞监测常用的仪器有钢筋计、测缝计、应变计,钢筋计主要是监测混凝土内部钢筋的受力情况,从而掌握钢筋的受力状态,防止钢筋屈服破坏。测缝计,适用于长期埋设在水工建筑物或其它混凝土建筑物内或表面,测量结构物伸缩缝或周边缝的开合度(变形),并可同步测量埋设点的温度。加装配件可以组成多点位移计,基岩位移计等仪器设备。应变计主要是监测隧洞围岩的变形。但是这些方法比较单一,无法直接获得裂缝的相关数据,需要进行转化换算,从而造成相应的误差,并且单个仪器监测单个变量,使用操作比较麻烦。
光纤光栅技术传感是一种新型的监测方法。其基本原理是:光源通过光纤传入,经过光纤光栅传感器反射回特定波长的光到达光纤光栅调解分析仪,将光信号调解成电信号,处理换算成相应的信号。从而可以对相应的变量(变形、应力、位移)进行监测。
发明内容
本发明的目的在于,克服现有技术存在的技术缺陷,解决上述技术问题,提出一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,将监测系统与水工隧洞支护相结合,测点数目多,测量精度高,可以对围岩变形进行监控分析,通过长期监控,可以得知裂缝的发展趋势,从而可以更好的做好防护措施。
本发明采用如下技术方案:一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,包括监测设备、光纤光栅振动传感器、水工隧洞围岩、锚杆,所述锚杆设置于所述水工隧洞围岩中,所述光纤光栅振动传感器设置于所述锚杆上,所述光纤光栅振动传感器的输出端与所述监测设备的输入端相连接。
作为一种较佳的实施例,监测设备包括宽带光发射器、光纤光栅解调分析仪、手持设备PDA、中控室,宽带光发射器的输出端与光纤光栅振动传感器的输入端配合连接,光纤光栅振动传感器的输出端与光纤光栅解调分析仪的输入端配合连接,光纤光栅解调分析仪的输入输出端分别与手持设备PDA的输入输出端、中控室的输入输出端配合连接。
作为一种较佳的实施例,宽带光发射器输出的宽带光经过光纤光栅振动传感器反射回特定波长的光信号进入光纤光栅解调分析仪,光纤光栅解调分析仪将光信号调解呈电信号并处理换算成应变信号,应变信号分别传输给手持设备PDA、中控室。
作为一种较佳的实施例,锚杆的侧面开设有对称分布的凹槽,凹槽中铺设光纤光栅,光纤光栅连入光纤光栅振动传感器,并通过树脂胶对光纤光栅进行封装构成光纤光栅锚杆。
作为一种较佳的实施例,水工隧洞围岩上开设有若干孔洞,光纤光栅锚杆设置于孔洞中,通过注入锚杆砂浆固定光纤光栅锚杆。
作为一种较佳的实施例,光纤光栅锚杆在水工隧洞围岩内布设时沿逆时针0°、45°、90°、135°、180°的方向分别布置。
作为一种较佳的实施例,水工隧洞围岩的内衬壁上设置喷射混凝土,光纤光栅锚杆插入喷射混凝土中。
作为一种较佳的实施例,在水工隧洞的内壁铺设喷混支护件,沿喷混支护件设置有绑扎光纤,绑扎光纤分别通讯连接光纤光栅振动传感器、光纤光栅解调分析仪。
作为一种较佳的实施例,喷混支护件包括沿水工隧洞的挖进方向铺设的纵向钢筋、沿水工隧洞的横断面方向铺设的环向钢筋,纵向钢筋与环向钢筋固定连接。
作为一种较佳的实施例,光纤光栅解调分析仪上设置有Internet网络串口,光纤光栅解调分析仪通过Internet网络串口分别与中控室、手持设备PDA通讯连接。
本发明所达到的有益效果:第一,本发明将喷混支护件和绑扎光纤进行相结合,能够全方位监测水工隧洞的变形和裂缝的发展趋势;第二,本发明不同于传统意义上的智能锚杆监测,本发明采用智能锚杆监测的同时,在水工隧洞内壁上沿钢筋绑扎光纤光栅,可以同时对隧洞围岩及内衬砌进行裂缝监测;第三,本发明采用手持移动设备,隧洞挖进过程中,该设备通过蓝牙装置进行连接,携带方便,获得数据比较高效;第四,本发明将光纤光栅置于锚杆凹槽内,然后使用树脂胶进行封装,锚杆安装过程中不易对光纤造成损坏,如果将光纤置于锚杆的表面,安装锚杆的过程中,将会对光纤造成一定的破坏作用;第五,本发明既可以应用到隧洞掘进的过程中,亦可以用于隧洞运营的过程中;第六,本发明采用灵敏度高的光纤光栅,相比于普通的钢筋计、多点位移计,测缝计而言,测量精度更高,智能锚杆系统,监测结果更加准确,可以最大程度上减少误差。
附图说明
图1是本发明的优选实施例的结构示意图。
图2是本发明的锚杆的结构示意图。
图3是本发明的锚杆的纵向剖面图。
图4是本发明的锚杆的横向剖面图。
图5是本发明的喷混支护件的结构示意图。
图6是本发明的喷混支护件在水工隧洞内安装的横向剖面图。
图7是本发明的喷混支护件在水工隧洞内安装的纵向剖面图。
图中标记的含义:1-锚杆,2-光纤光栅,3-光纤光栅振动传感器,4-水工隧洞围岩,5-光纤光栅锚杆,6-锚杆砂浆,7-喷射混凝土,8-光纤光栅解调分析仪,9-手持设备PDA,10-Internet网络串口,11-树脂胶,12-中控室,13-绑扎光纤,14-喷混支护件,15-宽带光发射器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、图6图7所示,本发明提出一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,包括监测设备、光纤光栅振动传感器3、水工隧洞围岩4、锚杆1,锚杆1设置于水工隧洞围岩4中,光纤光栅振动传感器3设置于锚杆1上,光纤光栅振动传感器3的输出端与监测设备的输入端相连接。
作为一种较佳的实施例,监测设备包括宽带光发射器15、光纤光栅解调分析仪8、手持设备PDA9、中控室12,宽带光发射器15的输出端与光纤光栅振动传感器3的输入端配合连接,光纤光栅振动传感器3的输出端与光纤光栅解调分析仪8的输入端配合连接,光纤光栅解调分析仪8的输入输出端分别与手持设备PDA9的输入输出端、中控室12的输入输出端配合连接。
作为一种较佳的实施例,宽带光发射器15输出的宽带光经过光纤光栅振动传感器3反射回特定波长的光信号进入光纤光栅解调分析仪8,光纤光栅解调分析仪8将光信号调解呈电信号并处理换算成应变信号,应变信号分别传输给手持设备PDA9、中控室12。
作为一种较佳的实施例,锚杆1的侧面开设有对称分布的凹槽,凹槽中铺设光纤光栅2,光纤光栅2连入光纤光栅振动传感器3,并通过树脂胶11对光纤光栅2进行封装构成光纤光栅锚杆5。
作为一种较佳的实施例,在水工隧洞开挖的过程中,需要对水工隧洞围岩4上开设若干孔洞,光纤光栅锚杆5设置于孔洞中,通过注入锚杆砂浆6固定光纤光栅锚杆5。
作为一种较佳的实施例,光纤光栅锚杆5在水工隧洞围岩4内布设时沿逆时针0°、45°、90°、135°、180°的方向分别布置。
作为一种较佳的实施例,水工隧洞围岩4的内衬壁上设置大约20cm厚的喷射混凝土7,从而对水工隧洞围岩4进行支护加固,光纤光栅锚杆5插入喷射混凝土7中。
作为一种较佳的实施例,在水工隧洞的内壁铺设喷混支护件14,沿喷混支护件14设置有绑扎光纤13,绑扎光纤13分别通讯连接光纤光栅振动传感器3、光纤光栅解调分析仪8。
作为一种较佳的实施例,喷混支护件14包括沿水工隧洞的挖进方向铺设的纵向钢筋、沿水工隧洞的横断面方向铺设的环向钢筋,纵向钢筋与环向钢筋固定连接。
作为一种较佳的实施例,光纤光栅解调分析仪8上设置有Internet网络串口10,光纤光栅解调分析仪8通过Internet网络串口10分别与中控室12、手持设备PDA9通讯连接。
在施工期间,可以采用手持设备PDA9连接光纤光栅振动传感器3进行采集数据;在水工隧洞的运营期间,可以通过光纤光栅解调分析仪上的Internet网络串口10外接通讯的网络设备,在中控室12内可以实现有线获取数据信息,亦可以实现无线远程读取。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,包括监测设备、光纤光栅振动传感器(3)、水工隧洞围岩(4)、锚杆(1),所述锚杆(1)设置于所述水工隧洞围岩(4)中,所述光纤光栅振动传感器(3)设置于所述锚杆(1)上,所述光纤光栅振动传感器(3)的输出端与所述监测设备的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,所述监测设备包括宽带光发射器(15)、光纤光栅解调分析仪(8)、手持设备PDA(9)、中控室(12),所述宽带光发射器(15)的输出端与所述光纤光栅振动传感器(3)的输入端配合连接,所述光纤光栅振动传感器(3)的输出端与所述光纤光栅解调分析仪(8)的输入端配合连接,所述光纤光栅解调分析仪(8)的输入输出端分别与所述手持设备PDA(9)的输入输出端、所述中控室(12)的输入输出端配合连接。
3.根据权利要求2所述的一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,所述宽带光发射器(15)输出的宽带光经过所述光纤光栅振动传感器(3)反射回特定波长的光信号进入所述光纤光栅解调分析仪(8),所述光纤光栅解调分析仪(8)将光信号调解呈电信号并处理换算成应变信号,应变信号分别传输给手持设备PDA(9)、所述中控室(12)。
4.根据权利要求1所述的一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,所述锚杆(1)的侧面开设有对称分布的凹槽,所述凹槽中铺设光纤光栅(2),所述光纤光栅(2)连入所述光纤光栅振动传感器(3),并通过树脂胶(11)对所述光纤光栅(2)进行封装构成光纤光栅锚杆(5)。
5.根据权利要求4所述的一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,所述水工隧洞围岩(4)上开设有若干孔洞,所述光纤光栅锚杆(5)设置于所述孔洞中,通过注入锚杆砂浆(6)固定所述光纤光栅锚杆(5)。
6.根据权利要求4所述的一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,所述光纤光栅锚杆(5)在所述水工隧洞围岩(4)内布设时沿逆时针0°、45°、90°、135°、180°的方向分别布置。
7.根据权利要求4所述的一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,所述水工隧洞围岩(4)的内衬壁上设置喷射混凝土(7),所述光纤光栅锚杆(5)插入所述喷射混凝土(7)中。
8.根据权利要求4所述的一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,在水工隧洞的内壁铺设喷混支护件(14),沿所述喷混支护件(14)设置有绑扎光纤(13),所述绑扎光纤(13)分别通讯连接所述光纤光栅振动传感器(3)、所述光纤光栅解调分析仪(8)。
9.根据权利要求8所述的一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,所述喷混支护件(14)包括沿水工隧洞的挖进方向铺设的纵向钢筋、沿水工隧洞的横断面方向铺设的环向钢筋,所述纵向钢筋与所述环向钢筋固定连接。
10.根据权利要求2所述的一种长期监测水工隧洞衬砌振动特性的装置,其特征在于,所述光纤光栅解调分析仪(8)上设置有Internet网络串口(10),所述光纤光栅解调分析仪(8)通过所述Internet网络串口(10)分别与所述中控室(12)、所述手持设备PDA(9)通讯连接。
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