CN219829965U - 基于分布式光纤的盾构管片变形、渗漏在线监测装置 - Google Patents

Abstract

基于分布式光纤的盾构管片变形、渗漏在线监测装置，包括应变传感光纤、温度传感光纤、定点装置、水平固定夹具、弧形固定夹具和光纤解调仪；定点装置为套设在应变传感光纤外的管状结构；应变传感光纤的一部分通过水平固定夹具经定点装置水平的固定在盾构管片上，所述温度传感光纤并行的与应变传感光纤的水平部分固定在一起；应变传感光纤的另一部分反向弯折后，沿应变传感光纤水平部分延伸方向呈V型波浪状布设，弧形固定夹具通过定点装置固定于V型顶点处；应变传感光纤、温度传感光纤从盾构管片延伸出的部分连接至光纤解调仪；该监测装置具有测量精度高，安装操作方便的优点，可实现实时监测盾构管片在线变形和渗漏。

Description

基于分布式光纤的盾构管片变形、渗漏在线监测装置

技术领域

本实用新型属于盾构管片在线变形和渗漏监测技术领域；具体涉及基于分布式光纤的盾构管片变形、渗漏在线监测装置。

背景技术

近年来，随着我国长距离输水工程的蓬勃发展，输水隧道所承担的内水压力也越来越高，面对高内水压力，一种以管片作外衬、预应力钢筋混凝土作内衬的双层衬砌结构得到了广泛应用。

管片作为隧道的支护结构，承担着保障输水隧洞安全运营的重任。输水隧洞管片变形程度较大时，可能会造成地下水渗漏、管片螺栓受剪压破坏等病害，严重威胁输水隧洞正常运营，因此对管片接缝变形和渗漏长期有效监测具有十分重要的意义。输水隧洞管片接缝变形通常是一个缓慢的过程，这就要求监测工作长期、稳定进行。目前，关于输水隧洞管片接缝变形和渗漏只是在一些断面安装监测仪器，无法进行分布式，连续监测。

分布式光纤传感技术具有分布式、适应性强、耐久性长和测量快捷等特点，其测量范围广，且便于铺设安装，将其植入监测对象中具有很好的适应性；传感光纤本身既是传感元件又是信号传输介质，可实现对监测对象的远程分布式监测。将分布式传感光纤直接粘贴或固定在输水隧洞管片表面，当输水隧洞管片发生变形时，安装在输水隧洞管片表面的光纤随管片同步发生变形，产生应力发生变化，通过计算就可以得出输水隧洞管片接缝变形；当输水隧洞发生渗漏时，温度发生变化，通过测量温度变化发现渗漏区域。因此采用分布式光纤监测输水隧洞管片接缝变形和渗漏的监测方法可解决输水隧洞管片接缝变形、渗漏分布式、高精度测量难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对输水隧洞管片表面接缝变形、渗漏监测难题，提供一种基于分布式光纤的盾构管片变形、渗漏在线监测装置。该装置结构简单，成本低，适应于任何输水隧洞管片表面接缝变形和渗漏测量，特别是高长距离输水隧洞，且可以实现自动化，分布式测量。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于分布式光纤的盾构管片变形、渗漏在线监测装置，包括应变传感光纤、温度传感光纤、定点装置、水平固定夹具、弧形固定夹具和光纤解调仪；

所述定点装置为套设在应变传感光纤外的管状结构，在应变传感光纤上需固定水平固定夹具或弧形固定夹具的部位套设定点装置；

所述应变传感光纤的一部分通过水平固定夹具经定点装置水平的固定在盾构管片上，所述温度传感光纤并行的与应变传感光纤的水平部分固定在一起；

所述应变传感光纤的另一部分反向弯折后，沿应变传感光纤水平部分延伸方向呈V型波浪状布设，所述弧形固定夹具通过定点装置固定于V型顶点处；

所述应变传感光纤、温度传感光纤从盾构管片延伸出的部分连接至光纤解调仪。

本实用新型的装置，应变传感光纤定点装置安装分为水平向和V型向，水平向是监测输水隧洞管片水平接缝的变形，V型向是监测输水隧洞管片垂直向的变形；水平固定夹具能够使定点装置和输水隧洞管片表面紧密结合，使传感光纤定点装置随着输水隧洞管片表面的变形拉伸或收缩而不产生滑移，弧形固定夹具在V型顶点处固定定点装置，使应变传感光纤有足够的弯曲半径，使用定点装置可使得应变传感光纤只在有定点装置的位置受力，其他地方不受力。此外，由于管片隧洞均是公里级，应变传感光纤使用V形波浪状布设可以降低成本。

作为一种优选的实施方式，所述应变传感光纤为紧套应变传感光纤。应变传感光纤用于测量受力状态，“紧套”光纤可以随被测物协同变形，便于测量受力状态。

作为一种优选的实施方式，所述温度传感光纤为松套带铠装的温度传感光纤，温度传感光纤不能受力影响，只能受温度影响，选用“松套带铠装”温度光纤可以满足这一要求。

进一步的，所述温度传感光纤为2芯结构，温度传感光纤一端的2芯熔为一体，另一端连至光纤解调仪。尾端温度传感光纤2芯熔接后可形成一个回路，在另一端通过连接光缆接入光纤解调仪，通过温度光纤长度便可以区分出能够反映管片温度的测量区段，并得到光纤测量温度数据，通过测量布设在盾构管片温度传感光纤温度变化，可发现盾构管片渗漏区域。

作为一种优选的实施方式，所述水平固定夹具为中间带直线型凹槽的矩形片；所述弧形固定夹具为中间带弧线型凹槽的弧形片；

所述定点装置管状结构的表面设有环形凸起，所述环形凸起与所述凹槽嵌合。环形凸起的数目可以为1个或多个，凹槽的数目与环形凸起的数目对应，使用嵌合结构后可利用铆钉将定点装置锁死。

作为一种优选的实施方式，所述水平固定夹具、弧形固定夹具通过铆钉固定在管片表面。

作为一种优选的实施方式，所述在线监测装置还包括U型槽，所述U型槽沿光纤延伸方向固定于管片表面，所述应变传感光纤、温度传感光纤、定点装置、水平固定夹具、弧形固定夹具置于U型槽内。U型槽可用于保护光纤不被破坏。

进一步的，所述U型槽为热镀锌钢材质。

进一步的，U型槽用铆钉固定在管片表面。

作为一种优选的实施方式，所述定点装置由ABS材料制成。

作为一种优选的实施方式，所述定点装置为经弹簧秤拉紧后具备预拉力的结构，这样在安装时能够锁死且不损坏应变传感光纤，使应变传感光纤随着输水隧洞管片表面的变形拉伸或收缩而不产生滑移，且便于应变传感光纤监测管片表面接缝的拉伸或收缩。

本实用新型具有以下有益效果：

1. 该装置通过光纤传感技术监测输水隧洞盾构管片表面接缝变形和渗漏，具有分布式、适应性强、耐久性长和测量快捷等优势，该监测装置结构简单，易于加工，变形协调能力强，安装操作方便，安装测量成本低，可实现实时、连续分布式的监测输水隧洞管片表面接缝变形和渗漏的监测，且测量精度满足工程实际测量需要。

2. 该装置采用应变传感光纤固定在输水隧洞管片表面，根据测得应变传感光纤的应变差值，基于应变差值得到输水隧洞管片表面接缝变形大小，可以实现实时、分布式输水隧洞管片表面接缝变形监测，温度光纤测量温度变化，可以实时监测管片的渗漏区域。

3. 该装置中应变传感光纤和温度传感光纤本身既是传感元件又是信号传输介质，可实现对监测对象的远程分布式监测。

附图说明

图1是本实用新型基于分布式光纤的盾构管片变形、渗漏在线监测装置结构示意图；

图2是本实用新型的水平固定夹具结构示意图；

图3是本实用新型的弧形固定夹具结构示意图；

图4是本实用新型的应变传感光纤定点装置结构示意图。

图中：1、应变传感光纤，2、温度传感光纤，3、水平固定夹具，4、弧形固定夹具，5、U型槽，6、盾构管片，7、定点装置，8、光纤解调仪，9、观测室。

实施方式

基于分布式光纤的盾构管片变形、渗漏在线监测装置，是用于监测盾构管片接缝在线变形和渗漏情况。为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施案例，对本实用新型方法作进一步详细说明。此处所描述的具体实施案例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的基于分布式光纤的盾构管片变形、渗漏在线监测装置结构如图1~4所示。包括应变传感光纤1，温度传感光纤2，水平固定夹具3，弧形固定夹具4，U型槽5，盾构管片6，定点装置7，光纤解调仪8。

定点装置7为套设在应变传感光纤1外的管状结构，由ABS材料制成，定点装置7经弹簧秤拉紧后产生预拉力。在应变传感光纤1上需固定水平固定夹具3或弧形固定夹具4的部位套设定点装置7。

应变传感光纤1的一部分通过水平固定夹具3经定点装置7水平的固定在盾构管片6上，温度传感光纤2并行的与应变传感光纤1的水平部分固定在一起。

应变传感光纤1的另一部分反向弯折后，沿应变传感光纤1水平部分延伸方向呈V型波浪状布设，弧形固定夹具4通过定点装置7固定于V型顶点处。

U型槽5沿光纤延伸方向固定于管片表面，应变传感光纤1、温度传感光纤2、定点装置7、水平固定夹具3、弧形固定夹具4置于U型槽5内。U型槽5为热镀锌钢U型槽，并用铆钉固定在管片表面。

水平固定夹具3为中间带直线型凹槽的矩形片；弧形固定夹具4为中间带弧线型凹槽的弧形片；定点装置7管状结构的表面设有环形凸起，所述环形凸起与所述凹槽嵌合。水平固定夹具3、弧形固定夹具4通过铆钉固定在管片表面。

应变传感光纤1、温度传感光纤2从盾构管片6延伸出的部分连接至光纤解调仪8，光纤解调仪8安装于观测室9内。

本实施例中，应变传感光纤为紧套应变传感光纤，温度传感光纤为松套带铠装的2芯温度传感光纤，温度传感光纤一端的2芯熔为一体（图1左侧），另一端连至光纤解调仪8。

一个示例的安装方式如下：

盾构管片6施工完成后，在需要安装的应变传感光纤1和温度传感光纤2的盾构管片6表面画线标记，标记应变传感光纤1和温度传感光纤2布置的路线。首先水平安装应变传感光纤1和温度传感光纤2，每次安装确定第一个应变传感光纤定点装置7位置，在应变传感光纤定点装置7位置用应变传感光纤水平固定夹具3固定应变传感光纤1，利用铆钉固定水平固定夹具3，再在一定长度尾部固定应变传感光纤水平固定夹具3，再逐个固定中间应变传感光纤定点装置7，应变传感光纤定点装置7正好在盾构管片6接缝处时，应设置一节冗余。应变传感光纤1安装时用弹簧秤拉紧应变传感光纤定点装置7，使应变传感光纤1安装完成后有一定的预拉力，这样应变传感光纤1就可以监测盾构管片6表面接缝的拉伸或收缩。

沿安装位置温度传感光纤2与水平向应变传感光纤1同步引线，共同采用U型槽5保护， U型槽5用铆钉固定在管片表面。安装到尾部后，温度传感光纤2里面的两根芯线熔接成一个回路；应变传感光纤1向盾构管片6下方与盾构管片6接缝的下方位置，采用弧形固定夹具4在V型方向固定应变传感光纤定点装置，使应变传感光纤有足够的弯曲半径；应变传感光纤1沿盾构管片6回程方向V字型布设，在相邻的盾构管片6跨缝位置用弧形固定夹具4固定，一直安装布设到起点位置。安装完成后用热镀锌钢U型槽5保护，热镀锌钢U型槽5用铆钉固定在管片表面。应变传感光纤1全部安装完成后采用合理保护措施引至观测室9。

将应变传感光纤1和温度传感光纤2通过连接光缆接入观测室9内的光纤解调仪8，采用现有先进的分布式光纤传感技术，通过应变光纤长度区分出能够反映盾构管片6接缝变形的测量区段，并得到应变光纤测量数据；光纤解调仪8对应变传感光纤1的应变进行实时测量，测量应变光纤应变数据后即可计算得到盾构管片6接缝变形；光纤解调仪8对温度传感光纤2进行实时测量，测量温度光纤数据后即可计算得到盾构管片6的温度变化，能够监测盾构管片6的渗漏区域。

Claims (10)

1.一种基于分布式光纤的盾构管片变形、渗漏在线监测装置，其特征在于，包括应变传感光纤（1）、温度传感光纤（2）、定点装置（7）、水平固定夹具（3）、弧形固定夹具（4）和光纤解调仪（8）；

所述定点装置（7）为套设在应变传感光纤（1）外的管状结构，在应变传感光纤（1）上需固定水平固定夹具（3）或弧形固定夹具（4）的部位套设定点装置（7）；

所述应变传感光纤（1）的一部分通过水平固定夹具（3）经定点装置（7）水平的固定在盾构管片（6）上，所述温度传感光纤（2）并行的与应变传感光纤（1）的水平部分固定在一起；

所述应变传感光纤（1）的另一部分反向弯折后，沿应变传感光纤（1）水平部分延伸方向呈V型波浪状布设，所述弧形固定夹具（4）通过定点装置（7）固定于V型顶点处；

所述应变传感光纤（1）、温度传感光纤（2）从盾构管片（6）延伸出的部分连接至光纤解调仪（8）。

2.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，所述应变传感光纤为紧套应变传感光纤。

3.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，所述温度传感光纤为松套带铠装的温度传感光纤。

4.根据权利要求3所述的在线监测装置，其特征在于，所述温度传感光纤为2芯结构，温度传感光纤一端的2芯熔为一体，另一端连至光纤解调仪（8）。

5.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，所述水平固定夹具（3）为中间带直线型凹槽的矩形片；所述弧形固定夹具（4）为中间带弧线型凹槽的弧形片；

所述定点装置（7）管状结构的表面设有环形凸起，所述环形凸起与所述凹槽嵌合。

6.根据权利要求5所述的在线监测装置，其特征在于，所述水平固定夹具（3）、弧形固定夹具（4）通过铆钉固定在管片表面。

7.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，还包括U型槽（5），所述U型槽（5）沿光纤延伸方向固定于管片表面，所述应变传感光纤（1）、温度传感光纤（2）、定点装置（7）、水平固定夹具（3）、弧形固定夹具（4）置于U型槽（5）内。

8.根据权利要求7所述的在线监测装置，其特征在于，所述U型槽（5）为热镀锌钢材质。

9.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征在于，所述定点装置（7）由ABS材料制成。

10.根据权利要求1或9所述的在线监测装置，其特征在于，所述定点装置（7）为经弹簧秤拉紧后具备预拉力的结构。