[发明专利]盾构隧道管片壁后同步注浆多参量实时监测方法与系统

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程监测技术领域，涉及一种基于光纤光栅传感与光纤通讯的盾构隧道管片壁后同步注浆施工过程质量控制的多参量实时监测方法与系统。 

背景技术

盾构隧道管片壁后注浆是将适量的具有一定早期强度及最终强度的注浆材料，在隧道衬砌管片拼装后，按一定的注浆压力和注浆量，填入盾尾空隙内，待其固结硬化后充填壁后空隙，提供一定承载力并稳定管片衬砌的方法。它是盾构施工中一道非常重要的工序，能够主动降低地层沉降对周围环境不利影响，同时也是确保隧道结构安全健康运营所必不可少的步骤。由于壁后注浆施工过程中经常出现堵管导致注浆不满、流动性较大浆液的流失严重、注浆压力过大造成管片错台甚至导致管片开裂等问题， 因此壁后同步注浆的实时监测是一项确保注浆质量的重要工作。光纤光栅传感器作为一种新型的传感器，具有轻巧易用、耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度高、信号传输方便、可级联复用，以及具有波长编码绝对值测量，可实现分布式监测等优点，本发明基于光纤光栅传感与光纤通讯技术，实现了盾构隧道管片壁后同步注浆施工过程中对环境作用及管片响应进行远程实时多参量监测的一种方法与系统，可达到对注浆过程与注浆质量进行有效控制的目的。 

发明内容

本发明的目的在于，针对既有的隧道管片壁后注浆施工中所存在的问题，提出一种基于光纤光栅传感器和光纤通讯的盾构隧道管片壁后同步注浆施工多参量监测的方法和系统，以实现对注浆过程和注浆质量有效的控制。 

本发明的目的是这样实现的：基于光纤光栅传感与光纤通信的盾构隧道管片壁后同步注浆多参量实时监测方法与系统，包括以下实施步骤： 

1）在预制管片混凝土浇筑前，将温度计，混凝土应变计、钢筋计、土压计、渗压计等光纤光栅传感器预埋就位；

2）预制管片安装就位后，在预制管片藏线盒内将光纤光栅传感器的尾纤引出接入光纤光栅信号解调仪；

3）光纤光栅解调仪采到的数据通过局域网与控制计算机连接，通过分析传感器光纤光栅传感器反射光波长的漂移量，获得盾构隧道施工时预制管片在壁后注浆施工过程中注浆侧土压力、水压力、温度、混凝土应变与钢筋应变多个参量。

当光栅周围的温度、应变、应力或其它待测物理量发生变化时，将导致光栅周期或纤芯折射率的变化，从而产生光栅反射信号的波长位移，通过监测物理量变化前后光栅反射光波长位移的情况，即可获知待测物理量的变化情况。 

布设的光纤光栅传感器永久地保存在盾构隧道结构体中；用作长期实时监测。 

基于光纤光栅传感与光纤通信的盾构隧道管片壁后同步注浆多参量实时监测系统，包括安装在预制管片混凝土浇筑控制点的温度计，混凝土应变计、钢筋计、土压计、渗压计等光纤光栅传感器，用于接收光纤光栅信号的解调仪；解调仪连接控制计算机用于分析光纤光栅传感器反射光波长的漂移量，获得盾构隧道施工时预制管片在壁后注浆施工过程中注浆侧土压力、水压力、温度、混凝土应变与钢筋应变多个参量数值。控制计算机获取环境水、土压力与管片受力与变形，得到的数据文件由网络接口导入计算机，通过专用软件对这些数据进行计算和分析，从而对注浆进程与注浆量进行控制。 

预先在隧道混凝土预制管片内埋设光纤光栅及其它种类的传感器，通过探测出光栅栅距的变化所产生光栅反射光波长漂移量，并将其转换为隧道断面管片在注浆施工中管片温度、钢筋应变、混凝土应变的实时变化量以及管片注浆测的孔隙水压力和土压力的实时变化量，并根据这些参数对注浆过程与注浆质量进行同步控制。钢筋应变、混凝土应变、管片注浆测的孔隙水压力和土压力均由光纤光栅传感器传感获得，光纤光栅传感器光栅周期或纤芯折射率的变化产生光栅反射光波长位移的情况，将其转换为隧道断面管片在注浆施工中各监测量（包括管片温度、钢筋应变、混凝土应变）的变化量。 

具体而言：根据施工要求，在盾构隧道所处的推进断面上，将预先埋设传感器的混凝土管片安装就位后进行壁后注浆，随着注浆工序的进行，管片上控制位置上光纤光栅会发生相应的栅距变化，利用光纤光栅解调设备同步的接收各测点光纤光栅信息，通过接收到的光栅周期或纤芯折射率的变化产生光栅反射光波长位移的情况，将其转换为隧道断面管片在注浆施工中各监测量（包括土压力、孔隙水压力、管片温度、钢筋应变、混凝土应变）的变化量。