[发明专利]一种隧道管棚变形监测方法

权利要求书

1.一种隧道管棚变形监测方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)分布式光纤应变传感器的布设：首先预制圆柱体形状的钢筋笼，并将钢筋笼横置，取其与水平面垂直的轴截面，该轴截面与圆柱体侧面产生两条交线，将一条分布式光纤传感回路布设在这两条交线上，具体为：分布式光纤传感回路沿一条交线延伸并在圆柱体的底面处弯折再沿另一条交线反向延伸，分布式光纤传感回路的两端分别与数据采集仪连接；将钢筋笼推送至待测钢管内，使钢筋笼的中心轴与钢管的中心轴重合，向钢管内注入水泥浆形成一个共同受力的变形体；

(2)数据的采集：在待测钢管中选取n个测量截面，测量截面的间距为Δx_i，通过数据采集仪实时监测每个截面在竖向荷载的作用下所产生的纵向形变，并将其传输至监测主机；

(3)变形计算及稳定性判断：监测主机利用布里渊调解技术原理和材料力学理论，计算待测钢管各截面的纵向应变差并求得待测钢管每个截面上的挠度w_i，并分析隧道管棚支护结构的稳定性；

待测钢管在截面i上的挠度w_i

其中，Δx_i为测量截面的间距；Δε_εi为位于不同交线上的传感光纤之间的真实应变差；l为位于不同交线上的传感光纤之间的间距；θ_i为测量截面i的转角；

当计算得到的钢管挠度最大值时，隧道管棚稳定，时，隧道管棚即将失稳，其中L为待测钢管的长度。

2.根据权利要求1所述的隧道管棚变形监测方法，其特征在于，步骤(3)稳定性判断还包括弯矩M_i的计算：

待测钢管在截面i上的弯矩M_i为

其中，EI_z为待测钢管的弯曲刚度；Δθ_i为待测钢管在截面i-1与截面i的相对转角；Δx_i为测量截面的间距；Δε_εi为位于不同交线上的传感光纤之间的真实应变差；l为位于不同交线上的传感光纤之间的间距；

计算得到的弯矩值0.9M_i,max小于管棚弯矩承载力设计值时，隧道管棚稳定。

3.根据权利要求1或2所述的隧道管棚变形监测方法，其特征在于，在向钢管内注入水泥浆前后均使用布里渊光时域分析进行分布式光纤的通光性检测。

4.根据权利要求1或2所述的隧道管棚变形监测方法，其特征在于，所述钢筋笼尺寸根据管棚钢管的尺寸来确定，钢筋笼直径不能大于钢管直径。

5.根据权利要求1或2所述的隧道管棚变形监测方法，其特征在于，所述水泥浆中浆液的水灰重量比为1：1，注浆压力0.5～3.0MPa。

6.根据权利要求1或2所述的隧道管棚变形监测方法，其特征在于，所述分布式光纤传感回路的布设，采用环氧树脂胶将分布式光纤传感回路粘贴在钢筋笼上。

7.根据权利要求1或2所述的隧道管棚变形监测方法，其特征在于，所述钢筋笼下方焊接带有推送滚轮的钢筋支架，使钢筋笼稳定地推进至待测钢管中，并保证分布式光纤传感回路所形成的平面与待测钢管的中性面垂直。

8.根据权利要求1或2所述的隧道管棚变形监测方法，其特征在于，所述测量截面间距Δx_i不得大于10cm。

9.根据权利要求1或2所述的隧道管棚变形监测方法，其特征在于，所述数据采集仪设置在隧道入口处，数据采集仪的一端通过传输光缆与分布式光纤传感回路连接，另一端通过传输光缆或无线传输设备与监测主机相连接，并将监测到的纵向形变数据传输至监测主机。

10.根据权利要求9所述的隧道管棚变形监测方法，其特征在于，所述数据采集仪包括BOTDA模块、控制模块和电池模块。