CN111174757A

CN111174757A - 一种隧道底板沉降监测装置及方法

Info

Publication number: CN111174757A
Application number: CN202010030488.8A
Authority: CN
Inventors: 曹权; 刘奕韬; 龚姝华; 杭宇; 李机遇
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2020-01-11
Filing date: 2020-01-11
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本申请提供了一种隧道底板沉降监测装置，所述装置包括固定管路，所述固定管路上设置有至少一个光纤光栅传感器，其中，多个所述设置有所述光纤光栅传感器的固定管路组成长距离光纤光栅沉降管，所述成长距离光纤光栅沉降管用于固定在隧道的底板上；解调仪，光纤光栅传感器与解调仪连接，解调仪能够接收并处理光纤光栅传感器的监测数据，光缆，与设置在所述光纤光栅沉降管上的预留标准通信接口。

Description

一种隧道底板沉降监测装置及方法

技术领域

本发明专利涉及隧道监测技术领域，具体涉及一种隧道底板沉降监测装置及方法。

背景技术

目前隧道施工中，隧道底板下沉是普遍存在的问题，许多隧道及周边建筑设施的重大安全风险或事故都是由隧道底板沉降导致的隧道形变可能引发的。目前针对隧道的监测沉降方法，主要还是采用全站仪人工监测，然而，全站仪的监测需要人工逐点监测，耗时耗力，且不能实时监测，同时，监测精度与工作人员的操作有关，导致其测量误差较大，测量精度较低。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本申请实施例提供了一种隧道底板沉降监测装置及方法。所述技术方案如下：

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种隧道底板沉降监测装置，所述装置包括：

固定管路，所述固定管路上设置有至少一个光纤光栅传感器，其中，多个所述设置有所述光纤光栅传感器的固定管路组成长距离光纤光栅沉降管，所述成长距离光纤光栅沉降管用于固定在隧道的底板上；

解调仪，光纤光栅传感器与解调仪连接，解调仪能够接收并处理光纤光栅传感器的监测数据；

光缆，与设置在所述光纤光栅沉降管上的预留标准通信接口。

可选地，每个所述光纤光栅传感器包括：

传感器底座，所述传感器底座固定设置在安装在所述固定管路的管壁上；所述传感器底座和传感段之间通过压力膜片形成压力室；

传感器上盖，所述传感器上盖覆盖固定设置在所述传感器底座上。

可选地，每两个所述光纤光栅传感部件间通过光缆连接。

可选地，所述固定管路为金属合金管。

根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种隧道沉降监测方法，采用上述各实施例中任一项所述的隧道底板沉降监测装置，所述方法包括：

步骤S1，在地铁两站点的上下行区间内，分别将所述隧道底板沉降监测装置安装到隧道的底板；

步骤S2，测量所述隧道底板沉降监测装置的各个光纤光栅传感器的初始压力值；

步骤S3，当隧道发生沉降时，根据沉降后的所述光纤光传感器的沉降压力值和所述初始压力值计算沉降位置的沉降值；

步骤S4，将上下行区间不同的沉降值进行对比，直观地监测上下行区间的差异沉降。

可选地，将每根所述光纤光栅沉降管长设计为3～5m，以便运输和在隧道内安装布设。

可选地，每套沉降管包含至少一套光纤光栅传感器，所述至少一套光纤光栅传感器串联，并在首尾熔接跳线，做成标准FC/APC接口；

可选地，将多根所述内置光纤光栅传感器的铝合金管连接成长距离沉降管，并将连接的位置通过夹具固定设置在隧道底板上。

可选地，对每个所述光纤光栅传感器进行编号，以获取每个所述光纤光栅传感器对应位置的沉降数据。

可选地，所述光纤光栅传感器与控制中心连接，所述控制中心用于实施检查所述沉降数据，并所述沉降数据进行处理。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明通过在隧道的底板上将内置光纤光栅传感器的沉降管连接铺设，使光纤光栅传感器能够精确地测量隧道底板的沉降数据。上述设置方式通过光纤光栅传感器对隧道进行监测，提供了隧道沉降的监测精度，同时光纤光栅传感器与隧道的底板连接，使得光纤光栅传感器能够准确感应到隧道的底板的沉降，进一步提高了监测精度，使得监测准确，可靠性高，并且采用监测装置自动监测，节约了人力物力。同时，由于沉降管与上下区间内的管片号相对应，通过解调仪和监控室形成的数据采集与传输系统。然后利用MATLAB程序对原始数据进行计算、处理，形成沉降线形图，从而可以更直观地对比上下行区间内的差异沉降。

另外，上下行区间内连续安装的长距离沉降管与管片号对应，因此可以精确地找到沉降区域较大的区段进行重点研究。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明的隧道底板沉降监测装置的结构示意图；

图2：本发明的隧道底板沉降监测装置的截面图；

图3：本发明中隧道底板沉降检测装置中的光纤光栅传感器的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示的一种隧道底板沉降监测装置，包括铝合金管(20)，使用多根铝合金管组成长距离光纤光栅沉降管，并将连接的位置通过夹具(21)固定在隧道底板上。光纤光栅传感器(10)，多个光纤光栅传感器与铝合金管组成的光纤光栅沉降管，多个内置光纤光栅传感器(10)的沉降管在两站台区间内沿隧道的底板依次固定。解调仪(30)，光纤光栅传感器与解调仪连接，解调仪能够接收并处理光纤光栅传感器的监测数据。光缆，在光纤光栅沉降管上预留标准接口，由此引出2芯光缆，并汇集至解调仪(30)，引出光缆与监控室相连。

如图3所示的光纤光栅传感器包括传感器底座(1)，所述传感器底座(1)安装在沉降管壁上，传感段(2)、传感器底座和传感段之间通过压力膜片形成压力室。传感器上盖(3)覆盖在传感器底座(1)上，用螺钉进行固定。两个光纤光栅传感部件间通过光缆(10)连接。

以下结合具体的操作方法对本申请做进一步详细阐述。

将所述隧道底板沉降监测装置安装到隧道的底板时，先将每根光纤光栅沉降管长设计为4m，这样便于运输和在隧道内安装布设。每套沉降管包含4套光纤光栅传感器，分别处于第1m和第3m处的上下表面。按2m间距在测斜管的上下表面对称位置封装光纤光栅传感器，并用结构胶对其进行固定。将4套光纤光栅传感器串联在一起，并在首尾熔接跳线，做成标准FC/APC接口，然后将多根内置光纤光栅传感器的铝合金管连接成长距离沉降管，并将连接的位置通过夹具(结点)固定在隧道底板上。

本发明的具体实施方式如以下具体描述在地铁两站点的上下行区间内，分别将所述隧道底板沉降监测装置安装到隧道的底板后，测量所述隧道底板沉降监测装置的各个光纤光栅传感器(10)的初始压力值。当隧道发生沉降时，根据沉降后的所述光纤光传感器(10)的沉降压力值和所述初始压力值计算沉降位置的沉降值；将上下行区间不同的沉降值进行对比，直观地监测上下行区间的差异沉降。同时也可以利用此方法监测两站点之间的差异沉降。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明在固定管路上设置密集度不同的传感器，在需要重点监测的地方设置本发明装置，能够有效解决现有技术中的隧道顶板沉降监测的精度低的问题。

采用光纤光栅监测技术，传感器对应区间内的管片号，可对区间内隧道沉降进行实时监测，并且将上下行区间不同的沉降值进行对比，直观地监测上下行区间的差异沉降。

本发明提供的隧道底板沉降监测装置的结构简单、测量数据精确，具有较强的抗干扰能力。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性地，本申请的真正范围和精神由上述的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种隧道底板沉降监测装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的地铁隧道底板沉降监测装置，其特征在于，每个所述光纤光栅传感器包括：

3.根据权利要求2所述的地铁隧道底板沉降监测装置，其特征在于，每两个所述光纤光栅传感部件间通过光缆连接。

4.根据权利要求1所述的地铁隧道底板沉降监测装置，其特征在于，所述固定管路为金属合金管。

5.一种隧道沉降监测方法，其特征在于，采用权利要求1至4中任一项所述的隧道底板沉降监测装置，所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的隧道沉降监测方法，其特征在于，将每根所述光纤光栅沉降管长设计为3～5m，以便运输和在隧道内安装布设。

7.根据权利要求5所述的隧道沉降监测方法，其特征在于，每套沉降管包含至少一套光纤光栅传感器，所述至少一套光纤光栅传感器串联，并在首尾熔接跳线，做成标准FC/APC接口。

8.根据权利要求7所述的隧道沉降监测方法，其特征在于，将多根所述内置光纤光栅传感器的铝合金管连接成长距离沉降管，并将连接的位置通过夹具固定设置在隧道底板上。

9.根据权利要求7所述的隧道沉降监测方法，其特征在于，对每个所述光纤光栅传感器进行编号，以获取每个所述光纤光栅传感器对应位置的沉降数据。

10.根据权利要求9所述的隧道沉降监测方法，其特征在于，所述光纤光栅传感器与控制中心连接，所述控制中心用于实施检查所述沉降数据，并所述沉降数据进行处理。