[发明专利]一种隧道管棚变形监测方法

说明书

本发明涉及一种隧道管棚变形监测方法，包括：(1)分布式光纤应变传感器的布设：在钢筋笼上下两端粘贴分布式光纤应变传感器，将钢筋笼推送至待测钢管中，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，测量截面间距为Δx_i，通过数据采集仪实时监测各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和材料力学理论，计算各截面的纵向应变差并求得待测钢管的挠度w_i。本发明监测方法快捷简单，监测数据精度高且温度自补偿，监测设备与数据采集仪连接，通过数据采集仪传输至监测主机，可实现管棚变形的实时在线监测。

技术领域

本发明涉及一种隧道施工下管棚支护变形的监测方法，具体涉及隧道管棚的弯矩、挠度和应力变化的量测方法。

背景技术

随着城市化的进程日益加快，导致许多城市市区交运量加速增长，也使城市交通压力日趋增大。相对于日趋饱和的地上空间，地下空间的开发利用成为解决交通拥堵问题的有效途径，其中城市隧道的修建也成为了地下空间开发的重要手段。浅埋暗挖法对周边环境影响小、经济实用，被广泛应用于隧道施工。由于在浅埋暗挖法施工过程中，围岩条件通常较差，施工风险性较大。为提高围岩强度与抑制围岩变形，工程较多采用管棚超前支护的方法加固围岩结构。但管棚在稳定围岩结构的同时，自身也会产生一定的变形，因此实时监测管棚变形与内力变化可大大提高隧道施工的安全性。目前管棚变形监测一般采用测斜仪测量其挠度变化，但当管棚变形加剧时，其测斜导管弯曲度变大会导致测斜仪无法通过导管而使监测中断；当测斜导管内腔进有泥沙时，会使测斜仪的读数产生较大误差，这些问题都降低了测斜仪的可靠性，从而导致对管棚稳定性的判断不准确。而分布式光纤传感技术，具有耐久性好、抗电磁干扰、耐腐蚀等特点且其实现了连续分布式监测，而其最大的优点在于可以准确地测出光纤延线上的应变、温度、振动和损伤等多种信息，被广泛用于桥梁、大坝、高楼、隧道等结构的健康检测，但其对于隧道管棚变形方面的监测尚未开始，对于稳定性的判定方法也无相关研究。

发明内容

为提高隧道施工的安全性，本发明特提出一种准确、可靠、方便、又可以连续开展的监测隧道施工下管棚支护变形的方法。

一种隧道管棚变形监测方法，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。