CN111520190A - 一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，包括：S1：将光子晶体光纤排布为五芯型结构，形成五芯型光子晶体光纤匝束；S2：对五芯型光子晶体光纤匝束进行包芯，得到光子晶体复合光缆；S3：在盾构管片的横纵断面上设置柔性固定管段；S4：将光子晶体复合光缆贯穿柔性固定管段，使得光子晶体复合光缆布置在盾构隧道内。与现有技术相比，本技术方案中的光子晶体复合光缆具有高双折射的同时具有较好的保偏特性，因为排布后的五芯型光子晶体光纤匝束其温度敏感性远低于普通的单模光纤，解决了外界环境对光纤系统的影响，显著地提升了信号的稳定性并降低了误差。
Description
技术领域
本发明涉及隧道检测技术领域，尤其是涉及一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法。
背景技术
随着城市交通地面压力的不断增大，越来越多的轨道交通为避免对地上环境的影响采用盾构法进行施工，而盾构隧道常处于受力复杂的非均质地层中，易产生不均匀沉降、横向收敛变形等问题，影响了隧道的正常的使用性能，严重时甚至造成安全事故，由此采用一定监测手段保障隧道结构的健康运营便显得尤为重要。
目前，对盾构隧道监测手段主要分为点式监测与分布式检测。点式检测采用传统的应力、应变传感器，重点检测若干个断面的若干个特定位置的性能指标，其布设较为复杂，易受环境影响，不能描述隧道管片整体的变化趋势。分布式检测主要采用光纤传感技术，可监测光纤沿线上隧道的各处的性能指标，实现被测结构全面精细化的测量，相较点式测量更符合工程需要。但对于分布式光纤测量，常用的石英光纤细弱易折，存活率低，且现有分布式光纤测量方式在盾构隧道中常因轨道结构层阻碍，不能实现全断面布置。现有技术中的预置光纤系统容易受到外界温差的影响而造成测量误差，主要是因为光纤在环境温度等因素变化时会收到热膨胀和热光效应的影响，自身结构发生改变，从而导致光纤性能发生不同程度的变化，由于附加应力的作用，导致双折射等性能发生变化，从而导致输出误差和不稳定性。
CN104389621A公开了一种盾构隧道环向智能化加固结构及加固方法，通过沿隧道内侧表面环向布设的内置分布式光纤传感器的智能纤维复合筋，形成加固和监测一体化的结构。该方法是通过粘结材料将智能FRP筋与隧道内侧粘结在一起，形成具有良好力学性能的结构层，利用监测的环向应变计算结构的环向收敛，并判别结构加固后的性能变化。该技术方案中的分布式光纤传感器的智能纤维复合筋结构无法消除热膨胀和热光效应的影响。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，通过光子晶体复合光缆的排布解决了外界环境对光纤系统的影响，显著地提升了信号的稳定性并降低了误差。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明中盾构隧道预置光纤系统的施工方法，包括以下步骤：
S1：将光子晶体光纤排布为五芯型结构，形成五芯型光子晶体光纤匝束；
S2：对五芯型光子晶体光纤匝束进行包芯，得到光子晶体复合光缆；
S3：在盾构管片的横纵断面上设置柔性固定管段；
S4：将光子晶体复合光缆贯穿柔性固定管段，使得光子晶体复合光缆布置在盾构隧道内。
进一步地，S1步骤中，五芯型光子晶体光纤匝束的横断面呈五边形构型。本技术方案中五芯型光子晶体光纤匝束构型可最大化的减小传输误差，通过五芯型光子晶体光纤匝束构型实现最优化的高双折射性能。
进一步地，S1步骤中，光子晶体光纤呈3～15层相互紧贴式排布。
进一步地，S1步骤中，五芯型光子晶体光纤匝束中部留有骨架孔。即光子晶体光纤的横断面的几何中心空缺。
进一步地，所述的骨架孔中部设有空心复合骨架管，光子晶体光纤环绕空心复合骨架管排布。
进一步地，所述的空心复合骨架管内层为橡胶材料，外层为碳纤维布。
进一步地，步骤S2之后对光子晶体复合光缆表面包覆金属网屏蔽层，并在金属网屏蔽层外包覆橡胶防护层。
进一步地，经过S4步骤后，光子晶体复合光缆在盾构隧道内壁上包括环向布置段和纵向布置段。
进一步地，所述的环向布置段为沿隧道的环向绕线一圈并通过纵向布置段连接至下一个环向布置段，即在横断面上沿全圆布置。
进一步地，本技术方案中通过柔性固定管段与卡箍的结合，实现将贯穿于柔性固定管段中的光子晶体复合光缆进行限位固定，以此进行环向布置段和纵向布置段的布置。
进一步地，所述的纵向布置段为在纵断面上沿高程高于轨道结构层的直线布置，并设置缓和拐角及冗余线环。即纵向布置段起到连接环向布置段的作用。
进一步地，在S4步骤后，在纵向布置段和环向布置段的任意位置上设置调制解调器，使得调制解调器与光子晶体复合光缆连接，用于转变光子晶体复合光缆中的光波信号为表征盾构隧道形变的电信号，并通过无线或有线的形式将调制解调器与外部的电脑终端连接，将电信号输送至外部的电脑终端。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
1)本技术方案中施工获得的五芯型光子晶体光纤匝束能够实现无线单模传输，具有高双折射的同时具有较好的保偏特性，因为排布后的五芯型光子晶体光纤匝束其温度敏感性远低于普通的单模光纤，解决了外界环境对光纤系统的影响，显著地提升了信号的稳定性并降低了误差。
2)本技术方案获得的光子晶体复合光缆可用于不同接缝类型与管片形状的盾构隧道，适用于错缝与通缝拼装方式下各直径的盾构隧道，采用的多层光缆结构稳定抗震，可满足在具有列车震动、地震等震动的条件下的测试。此外，若在开槽孔道条件满足下，可以适用于其他构筑物表面监测。
3)本技术方案满足分布式光纤的测试要求，可根据需求在环向布置段和纵向布置段的任意位置上设置其它需要的传感器，可同时测试隧道横截面管片的应变、位移、裂缝宽度与纵向应变、位移等物理量。在同等测试下，相较点式布置而言简单易行。
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，但绝不是对本发明的限制。
实施例1
本实施例中盾构隧道预置光纤系统的施工方法，包括以下步骤：
S1：将光子晶体光纤排布为五芯型结构，形成五芯型光子晶体光纤匝束，五芯型光子晶体光纤匝束的横断面呈五边形构型。本技术方案中五芯型光子晶体光纤匝束构型可最大化的减小传输误差，通过五芯型光子晶体光纤匝束构型实现最优化的高双折射性能。光子晶体光纤呈3～15层相互紧贴式排布，五芯型光子晶体光纤匝束中部留有骨架孔。即光子晶体光纤的横断面的几何中心空缺。
S2：对五芯型光子晶体光纤匝束进行包芯，得到光子晶体复合光缆，骨架孔中部设有空心复合骨架管，光子晶体光纤环绕空心复合骨架管排布。具体选材时，空心复合骨架管内层为橡胶材料，外层为碳纤维布。之后对光子晶体复合光缆表面包覆金属网屏蔽层，并在金属网屏蔽层外包覆橡胶防护层。
S3：在盾构管片的横纵断面上设置柔性固定管段，本实施例中通过柔性固定管段与卡箍的结合，实现将贯穿于柔性固定管段中的光子晶体复合光缆进行限位固定，以此进行环向布置段和纵向布置段的布置，并采用化学螺栓的形式将柔性固定管段固定于盾构隧道内壁上。本技术方案获得的光子晶体复合光缆可用于不同接缝类型与管片形状的盾构隧道，适用于错缝与通缝拼装方式下各直径的盾构隧道，采用的多层光缆结构稳定抗震，可满足在具有列车震动、地震等震动的条件下的测试。此外，若在开槽孔道条件满足下，可以适用于其他构筑物表面监测。
S4：将光子晶体复合光缆贯穿柔性固定管段，使得光子晶体复合光缆布置在盾构隧道内。光子晶体复合光缆在盾构隧道内壁上包括环向布置段和纵向布置段。环向布置段为沿隧道的环向绕线一圈并通过纵向布置段连接至下一个环向布置段，即在横断面上沿全圆布置。纵向布置段为在纵断面上沿高程高于轨道结构层的直线布置，并设置缓和拐角及冗余线环。即纵向布置段起到连接环向布置段的作用。
S5：在纵向布置段和环向布置段的任意位置上设置调制解调器，使得调制解调器与光子晶体复合光缆连接，用于转变光子晶体复合光缆中的光波信号为表征盾构隧道形变的电信号，并通过无线或有线的形式将调制解调器与外部的电脑终端连接，将电信号输送至外部的电脑终端，实现实时的监控和数据收集。
此外，本技术方案满足分布式光纤的测试要求，可根据需求在环向布置段和纵向布置段的任意位置上设置其它需要的传感器，可同时测试隧道横截面管片的应变、位移、裂缝宽度与纵向应变、位移等物理量。在同等测试下，相较点式布置而言简单易行。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将光子晶体光纤排布为五芯型结构，形成五芯型光子晶体光纤匝束；
S2：对五芯型光子晶体光纤匝束进行包芯，得到光子晶体复合光缆；
S3：在盾构管片的横纵断面上设置柔性固定管段；
S4：将光子晶体复合光缆贯穿柔性固定管段，使得光子晶体复合光缆布置在盾构隧道内。
2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，其特征在于，S1步骤中，五芯型光子晶体光纤匝束的横断面呈五边形构型。
3.根据权利要求2所述的一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，其特征在于，S1步骤中，光子晶体光纤呈3～15层相互紧贴式排布。
4.根据权利要求1所述的一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，其特征在于，S1步骤中，五芯型光子晶体光纤匝束中部留有骨架孔。
5.根据权利要求4所述的一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，其特征在于，所述的骨架孔中部设有空心复合骨架管，光子晶体光纤环绕空心复合骨架管排布。
6.根据权利要求5所述的一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，其特征在于，所述的空心复合骨架管内层为橡胶材料，外层为碳纤维布。
7.根据权利要求1所述的一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，其特征在于，步骤S2之后对光子晶体复合光缆表面包覆金属网屏蔽层，并在金属网屏蔽层外包覆橡胶防护层。
8.根据权利要求5所述的一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，其特征在于，经过S4步骤后，光子晶体复合光缆在盾构隧道内壁上包括环向布置段和纵向布置段。
9.根据权利要求8所述的一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，其特征在于，所述的环向布置段为沿隧道的环向绕线一圈并通过纵向布置段连接至下一个环向布置段；
所述的纵向布置段为在纵断面上沿高程高于轨道结构层的直线布置，并设置缓和拐角及冗余线环。
10.根据权利要求8所述的一种盾构隧道预置光纤系统的施工方法，其特征在于，在S4步骤后，在纵向布置段和环向布置段的任意位置上设置调制解调器，使得调制解调器与光子晶体复合光缆连接，用于转变光子晶体复合光缆中的光波信号为表征盾构隧道形变的电信号，并通过无线或有线的形式将调制解调器与外部的电脑终端连接，将电信号输送至外部的电脑终端。
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| CN102124389A (zh) * | 2008-06-19 | 2011-07-13 | 康宁光缆系统有限公司 | 光缆、组件及其性能 |
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|---|---|---|---|---|
| US4832442A (en) * | 1987-07-17 | 1989-05-23 | United Ropeworks (U.S.A.) Inc. | Method and apparatus for aerial installation of fiber optic cables |
| CN102124389A (zh) * | 2008-06-19 | 2011-07-13 | 康宁光缆系统有限公司 | 光缆、组件及其性能 |
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