CN117868981A - 隧道初支用分布式监测光缆布设方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种隧道初支用分布式监测光缆布设方法，依次包括隧道支护结构搭建、放置光缆线轴、光缆初始布线、喷射混凝土以及光缆循环布线步骤。光缆线轴上放出的光缆穿过支护结构形成监测段、自由段及转向段，并将监测段绑扎在支护结构上。将辅助套管套设在自由段。将防护套管套设在转向段；随着后一段隧道的开挖，向前拉动转向段，并在新的支护结构处形成自由段上套设新的辅助套管，同时将前面的防护套管拆卸后套设在新形成的转向段上，再重复安置走线结构及喷射混凝土步骤。本发明提供的隧道初支用分布式监测光缆布设方法可实现在隧道初支过程中对分布式光缆的布设，有效的提高分布式光缆在初支中布设的成活率，实用性强。

Description

隧道初支用分布式监测光缆布设方法

技术领域

本发明属于隧道监测技术领域，具体涉及一种隧道初支用分布式监测光缆布设方法。

背景技术

隧道初期支护(初支)是在进行隧道暗挖施工时的一项安全的施工保护措施，并作为隧道的永久承载结构，不仅可以控制围岩应力适量释放和变形，而且为隧道的结构和施工安全提供了有力保障。因此，为了了解并掌握隧道初支结构的受力状态及变形，常采传统的常规点式传感器，如电阻式、振弦式应变计、应力计、温度计及分布式监测光缆等，对隧道初支结构进行应力、应变及温度监测，对隧道施工安全监测预警提供了重要信息。其中，分布式光纤传感技术具有分布式测量、寿命长、抗电磁干扰、动态响应快、灵敏度和测试精度高、耐久性强及可实现远距离全域分布式监测等优点，特别适合长大隧道结构全寿命实时监测。

现有技术中，钻爆法隧道初支段工序复杂、环境恶劣，爆破、出渣等工序短步距交替进行，在此过程中布设分布式监测光缆不便于布设，而且光缆需要随着隧道的开挖逐渐向前推进，这就需要光缆线轴一直处于掌子面处，后一段隧道段开挖过程中，即将被布设的光缆极易被破坏。因此分布式光缆的布设主要用在二衬监测，鲜有初支结构成功应用的案例。

发明内容

本发明实施例提供一种隧道初支用分布式监测光缆布设方法，旨在能够解决现有的隧道开设过程中监测光缆布设方式实用性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种隧道初支用分布式监测光缆布设方法，包括如下步骤：

隧道支护结构搭建，在开挖的隧道中连续设置多个钢拱架，且围绕各所述钢拱架所形成的外缘面安装钢筋网片；各所述钢拱架和所述钢筋网片形成支护结构；

放置光缆线轴，将光缆线轴设置在完成初支施工的隧道中；

光缆初始布线，将所述光缆线轴上的光缆拉出，使光缆端部固定在完成初支施工的隧道中；随后拉动光缆，且由所述钢筋网片背面通过所述支护结构，使光缆形成监测段、自由段及转向段；将所述监测段绑扎在所述钢筋网片上；设置辅助套管，且使所述辅助套管套设在所述自由段上；在所述支护结构靠近掌子面的一端设置防护套管，且使所述防护套管套设在所述转向段上；

喷射混凝土，向所述支护结构上喷射混凝土；

光缆循环布线，随着后一段隧道的开挖，重复所述隧道支护结构搭建步骤；取下所述防护套管，通过所述转向段拉动所述自由段及所述光缆线轴中的光缆，使光缆通过新搭建的所述支护结构，形成新的监测段、自由段及转向段；随后将新形成的所述监测段绑扎在所述钢筋网片上，将新的所述辅助套管套设在新形成的所述自由段上，再将取下的所述防护套管套设在新形成的所述转向段上；随后重复所述喷射混凝土步骤。

在一种可能的实现方式中，每个所述辅助套管上设有贯通所述辅助套管管腔的第一长条豁口。

在一种可能的实现方式中，所述辅助套管为PVC材质。

在一种可能的实现方式中，每个所述辅助套管套设在光缆上后再与所述钢筋网片相连，每个所述辅助套管对光缆进行套设后，通过胶带对所述第一长条豁口进行封堵；相邻的两个所述辅助套管通过带有开口的接头进行对接。

在一种可能的实现方式中，所述防护套管为U型管，所述U型管上设有贯通所述U型管管腔的第二长条豁口，所述第二长条豁口位于所述U型管的凹侧。

在一种可能的实现方式中，所述U型管为橡胶材质。

在一种可能的实现方式中，所述防护套管设在光缆上后，所述防护套管的一端套设在对应的所述辅助套管端部上。

在一种可能的实现方式中，所述防护套管的两端均与所述钢筋网片绑扎固定。

在一种可能的实现方式中，所述光缆初始布线步骤中还采用导向管，所述导向管设有两个，两个所述导向管并排设置，每个所述导向管的一端均伸入至所述钢筋网片的背面；

其中，在所述光缆初始布线步骤中，光缆端部由其中一个所述导向管穿入至所述钢筋网片的背面，换向后再由另一个所述导向管穿出。

在一种可能的实现方式中，所述导向管为橡胶材质。

本实现方式中，在各钢拱架上安装钢筋网片，并且将光缆的监测段固定在钢筋网片上，钢筋网片灵敏的感应到隧道的变化，通过钢筋网片的形变可保证光缆对钢筋网片区域的应力、应变及温度变化监测，因钢筋网片所感应的范围大，进而保证提高光缆的监测范围。通过光缆初始布线步骤及光缆循环布线步骤，可保证对辅助套管中的光缆进行灵活抽动，使光缆线轴远离掌子面，同时在转向段上设置防护套管，可避免光缆在后一段隧道开挖过程中因爆破而受到一定的伤害，可有效的对光缆进行防护，提高分布式光缆在初支中的成活率，实用性强。

附图说明

图1为本发明实施例提供的隧道初支用分布式监测光缆布设方法的流程结构示意图；

图2为本发明实施例提供的隧道初支用分布式监测光缆布设方法中涉及到的布设结构示意图；

图3为本发明实施例提供的隧道初支用分布式监测光缆布设方法的辅助套管结构示意图(附带接头)；

图4为本发明实施例提供的隧道初支用分布式监测光缆布设方法的U型管结构示意图；

图5为本发明实施例提供的隧道初支用分布式监测光缆布设方法的具体流程图；

附图标记说明：

10、钢拱架；20、钢筋网片；30、光缆线轴；31、光缆；40、辅助套管；41、第一长条豁口；42、接头；50、防护套管；51、第二长条豁口；52、铁丝；60、导向管。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1、图2及图5，现对本发明提供的隧道初支用分布式监测光缆布设方法进行说明。所述隧道初支用分布式监测光缆布设方法，包括如下步骤：

S100：隧道支护结构搭建，在开挖的隧道中连续设置多个钢拱架10，且围绕各钢拱架10所形成的外缘面安装钢筋网片20。各钢拱架10和钢筋网片20形成支护结构。

S200：放置光缆线轴，将光缆线轴31设置在完成初支施工的隧道中。

S300：光缆初始布线，将光缆线轴31上的光缆31拉出，使光缆31端部固定在完成初支施工的隧道中。随后拉动光缆31，且由钢筋网片20背面通过支护结构，使光缆31形成监测段、自由段及转向段。将监测段绑扎在钢筋网片20上。再于钢筋网片20背面设置辅助套管40，且使辅助套管40套设在自由段上。在支护结构靠近掌子面的一端设置防护套管50，且使防护套管50套设在转向段上。

S400：喷射混凝土，向支护结构上喷射混凝土。

S500：光缆循环布线，随着后一段隧道的开挖，重复隧道支护结构搭建步骤。取下防护套管50，通过转向段拉动自由段及光缆线轴30中的光缆31，使光缆31通过新搭建的支护结构，形成新的监测段、自由段及转向段。随后将新搭建的支护结构上形成的监测段绑扎在钢筋网片20上，将新的辅助套管40套设在新形成的自由段上，再将前面取下的防护套管50套设在新形成的转向段上。随后重复喷射混凝土步骤。

本实施例提供的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，可参见图5，工作原理如下：

隧道支护结构搭建步骤及放置光缆线轴步骤结束后，进行光缆31初始布线步骤，此时将光缆线轴30上的光缆31端部拉出，并将该端部固定在完成初支施工的隧道中。然后通过拉动光缆31的线身，使光缆由钢筋网片20背面穿过支护结构。此时光缆31因端部的固定，在钢筋网片20的背面会形成U型结构，即监测段、自由段及转向段，其中自由段和监测段为并排设置，且自由段与光缆线轴30上缠绕的光缆31直接连接，转向段靠近掌子面设置。随后将监测段绑扎在钢筋网片20上，再通过辅助套管40套设在自由段上，且将防护套管50套设在光缆31的转向段上。随后进行喷射混凝土步骤。

上述的初始步骤完成后，开挖后一段隧道，且在后一段隧道开挖结束后重复隧道支护结构搭建步骤。取下防护套管50，通过转向段拉扯光缆31，此时光缆线轴30放线，光缆31会在前一段隧道中的辅助套管40中被抽出。使光缆31沿着穿过新搭建的支护结构，此时光缆31会在新的支护结构处形成U型的监测段、自由段及转向段，且将新形成的监测段绑扎在新支护结构中的钢筋网片20上。随后将新的辅助套管40套设在新形成的自由段上，再将前面取下的防护套管50套设在新形成的转向段上。然后继续重复喷射混凝土步骤。

后续隧道的分段施工，对光缆循环布线步骤进行重复，使光缆31布设在整个需要监测的区域。

为了便于理解，关于钢筋网片20的背面，即钢筋网片与隧道内壁之间。

在光缆31的间歇式前进过程中，光缆一直呈U型结构，其自由段和监测段不断增长，而转向段的位置进行不断变化。关于隧道的开挖过程，可依次包括钻孔、装药爆破、出渣步骤，可参见图5。

本实施例提供的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，与现有技术相比，在各钢拱架10上安装钢筋网片20，并且将光缆31的监测段固定在钢筋网片20上，钢筋网片20灵敏的感应到隧道的变化，通过钢筋网片20的形变可保证光缆31对钢筋网片20区域的应力、应变及温度变化监测，因钢筋网片20所感应的范围大，进而保证提高光缆31的监测范围。另外，通过光缆初始布线步骤及光缆循环布线步骤，可保证对辅助套管40中的光缆31进行灵活抽动，使光缆线轴30远离掌子面，同时在转向段上设置防护套管50，可避免光缆31在后一段隧道开挖过程中因爆破而受到一定的伤害，可有效的对光缆31进行防护，提高光缆31在初支阶段的成活率，实用性强。

需要进行说明的是，因为分布式光缆31的布置仅是针对需要被监测的地质，因此完成初支施工的隧道，即前一段已经完成初支施工，而且不需要进行监测的隧道段。当然，作为另一种实施方式，如果涉及到整个隧道均需要进行监测，也可将光缆线轴30固定在隧道口，关于光缆线轴30的位置可根据实际的施工情况进行布置，在此不再赘述。

在一些实施例中，上述辅助套管40可以采用如图3所示结构。参见图3，每个辅助套管40上设有贯通辅助套管40管腔的第一长条豁口。第一长条豁口41需沿着辅助套管的长度方向设置，以保证辅助套管40能够套设在光缆31上。辅助套管40可保证为光缆提供一个传线通道，以保证在喷射混凝土步骤后，光缆31的自由段能够在辅助套管40中自由的抽动。

本实施例中，一种优选的实施方式为，辅助套管40沿着隧道的长度方向设置。

在一些实施例中，上述辅助套管40可以采用如图3所示结构。参见图3，辅助套管40为PVC材质，即辅助套管40为PVC管，其成本低廉，便于制作。

在一些实施例中，上述辅助套管40可以采用如图2所示结构。参见图2，每个辅助套管40套设在光缆31上后再与钢筋网片20相连，每个辅助套管40对光缆31进行套设后，通过胶带对第一长条豁口41进行封堵。相邻的两个辅助套管40通过带有开口的接头42进行对接。胶带对第一长条豁口41进行封堵后，可避免在喷射混凝土步骤的过程中，砂浆进入至辅助套管40的管腔中，进而保证光缆31的自由抽拉，同时该种封堵方式的操作简单，成本低廉。

本实施例中，关于辅助套管40与钢筋网片20的连接，可采用扎带或者铁丝。

本实施例中，所提出的带有开口的接头42，为筒状结构，其两端分别供相连的两个辅助套管40插入，而接头42上的开口可保证其套设在辅助套管40上。为了保证接头42的连接稳定性，可通过扎带、铁丝或者抱箍等套设在接头42的外缘面上，以将接头42进行收紧，使其牢固的套设在辅助套管40的端部。优选的，使接头42的开口与第一长条豁口41为错位设置。

在一些实施例中，上述防护套管50可以采用如图4所示结构。参见图4，防护套管50为U型管，U型管上设有贯通U型管管腔的第二长条豁口51，第二长条豁口51位于U型管的凹侧。

U型管的结构可保证对转向段的适配，第二长条豁口51的设置能够保证套设在光缆31的转向段上，同时第二长条豁口51位于U型管的凹侧，可保证远离掌子面，进而保证对光缆31的有效防护。

本实施例中，关于U型管的凹侧，可参见图4，其U型管自身而机构形成凹侧和凸侧，凹侧可保证第二长条豁口51远离掌子面，避免下一段隧道开挖过程中爆破带来的影响。

另外，本实施例中，可通过胶带对第二长条豁口51进行封堵。

在一些实施例中，上述U型管可以采用如图4所示结构。参见图4，U型管为橡胶材质，橡胶材质的柔性较大，具有缓冲效果，同时也能够更好的适应光缆31转向段的外形，保证对光缆31的有效防护。

在一些实施例中，上述防护套管50可以采用如图2所示结构。参见图2，防护套管50设在光缆上后，防护套管50的一端套设在对应的辅助套管40端部上。该种结构避免喷射混凝土步骤中砂浆进入至辅助套管40或U型管中，且结构简单，便于操作，实用性强。

在一些实施例中，防护套管50的两端均与钢筋网片20绑扎固定。该种结构可保证防护套管50的固定，进而保证防护套管50对光缆31的防护，实用性强。

关于防护套管50两端的固定，防护套管50的其中一端套设在辅助套管40上后，可通过铁丝52套设在防护套管50的端部上，对防护套管50进行收紧，以紧密的套设在辅助套管40上，随后再将铁丝52绑扎在钢筋网片20上。而防护套管50的另一端可通过铁丝直接绑扎在钢筋网片20上。

在一些实施例中，上述光缆31初始布线步骤可以采用如图2及图5所示结构。参见图2及图5，光缆31初始布线步骤中还采用导向管60，导向管60设有两个，两个导向管60并排设置，每个导向管60的一端均伸入至钢筋网片20的背面。

其中，在光缆初始布线步骤中，光缆31端部由其中一个导向管60穿入至钢筋网片20的背面，换向后再由另一个导向管60穿出。

两个导向管60的设置，可保证由光缆线轴30导出的光缆31进行过渡，涉及到前一段完成初支的隧道段中的支护结构干涉，光缆线轴30需要放置在钢筋网片20的内部，此时光缆31需要穿过钢筋网片20，因此导向管60的设置可保证对处于支护结构端部的光缆31进行保护，避免光缆31在喷射混凝土步骤过程中，受到来自混凝土的损伤。

需要进行说明的是，光缆初始布线步骤中，光缆端部可先由其中一个导向管60穿入至最靠近掌子面的钢拱架10处(形成自由段)，再调转方向(形成转向段)，随后由另一个导向管60穿出(形成监测段)。穿出导向管60的光缆31要预留一定的长度，方便光缆31从二衬中穿出，连接分布式光缆31解调仪。

还需要进行说明的是，关于导向管60可通过扎带或铁丝绑扎在钢筋网片20上，而且与辅助套管40对应的导向管60需要在辅助套管40安装后，可通过胶带与辅助套管40进行对接，以避免喷射混凝土步骤时砂浆的进入。

本实施例中，关于光缆31与钢筋网片20的固定，需要在导向管60处逐渐向掌子面方向依次进行绑扎，绑扎过程中需要对光缆31提供一个预应力，关于光缆31的绑扎可采用扎带。

在一些实施例中，上述导向管60可以采用如图2所示结构。参见图2，导向管60为橡胶材质，该种材质可保证对光缆31的保护，同时便于塑形，便于光缆31的导向，以保证光缆31通过钢筋网片20穿入至钢筋网片20和隧道内壁之间。

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

Claims (10)

1.隧道初支用分布式监测光缆布设方法，其特征在于，包括如下步骤：

隧道支护结构搭建，在开挖的隧道中连续设置多个钢拱架，且围绕各所述钢拱架所形成的外缘面安装钢筋网片；各所述钢拱架和所述钢筋网片形成支护结构；

放置光缆线轴，将光缆线轴设置在完成初支施工的隧道中；

光缆初始布线，将所述光缆线轴上的光缆拉出，使光缆端部固定在完成初支施工的隧道中；随后拉动光缆，且由所述钢筋网片背面通过所述支护结构，使光缆形成监测段、自由段及转向段；将所述监测段绑扎在所述钢筋网片上；设置辅助套管，且使所述辅助套管套设在所述自由段上；在所述支护结构靠近掌子面的一端设置防护套管，且使所述防护套管套设在所述转向段上；

喷射混凝土，向所述支护结构上喷射混凝土；

光缆循环布线，随着后一段隧道的开挖，重复所述隧道支护结构搭建步骤；取下所述防护套管，通过所述转向段拉动所述自由段及所述光缆线轴中的光缆，使光缆通过新搭建的所述支护结构，形成新的监测段、自由段及转向段；随后将新形成的所述监测段绑扎在所述钢筋网片上，将新的所述辅助套管套设在新形成的所述自由段上，再将取下的所述防护套管套设在新形成的所述转向段上；随后重复所述喷射混凝土步骤。

2.如权利要求1所述的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，其特征在于，每个所述辅助套管上设有贯通所述辅助套管管腔的第一长条豁口。

3.如权利要求2所述的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，其特征在于，所述辅助套管为PVC材质。

4.如权利要求2所述的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，其特征在于，每个所述辅助套管套设在光缆上后再与所述钢筋网片相连，每个所述辅助套管对光缆进行套设后，通过胶带对所述第一长条豁口进行封堵；相邻的两个所述辅助套管通过带有开口的接头进行对接。

5.如权利要求1所述的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，其特征在于，所述防护套管为U型管，所述U型管上设有贯通所述U型管管腔的第二长条豁口，所述第二长条豁口位于所述U型管的凹侧。

6.如权利要求5所述的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，其特征在于，所述U型管为橡胶材质。

7.如权利要求5所述的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，其特征在于，所述防护套管设在光缆上后，所述防护套管的一端套设在对应的所述辅助套管端部上。

8.如权利要求7所述的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，其特征在于，所述防护套管的两端均与所述钢筋网片绑扎固定。

9.如权利要求1-8任一项所述的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，其特征在于，所述光缆初始布线步骤中还采用导向管，所述导向管设有两个，两个所述导向管并排设置，每个所述导向管的一端均伸入至所述钢筋网片的背面；

其中，在所述光缆初始布线步骤中，光缆端部由其中一个所述导向管穿入至所述钢筋网片的背面，换向后再由另一个所述导向管穿出。

10.如权利要求9所述的隧道初支用分布式监测光缆布设方法，其特征在于，所述导向管为橡胶材质。