[发明专利]基于光纤光栅的路基沉降变形监测系统及其安装方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅的路基沉降变形监测系统，包括光纤光栅解调仪、与解调仪连接的电源装置和接收设备，还包括与解调仪连接的光纤光栅沉降计、与沉降计顶部连接的支撑装置，以及与沉降计底部连接的沉降装置；沉降装置通过支撑装置固定在铺垫层上，沉降计与沉降装置同步向下沉降变形，解调仪对沉降装置的下沉引起沉降计内光纤光栅波长的变形进行分析后，将波长信号传输给接收设备。系统安装时，将支撑装置与沉降计顶部固定；沉降底座与沉降计底部固定，底座的下沉带动沉降计底部拉伸，从而实现光纤光栅对变形的监测。与现有技术相比，本发明与软基土体一起协同变形并且精确监测位移变化，具有抗电磁干扰、灵敏度高等优点。

技术领域

本发明涉及公路路基沉降变形监测系统，尤其涉及基于光纤光栅的路基沉降变形监测系统及其安装方法。

背景技术

近年来，随着高速公路建设迅速发展，对高速公路的舒适性、安全性和耐久性要求日益提高，因此对其下部软基处理方面提出了更为严格的要求，而沉降监测是评价软基处理方式是否可靠的关键一环；软基沉降监测对预防高填土路基的边坡失稳、差异沉降、桥头跳车等高速公路建设和运营中常见的问题至关重要。

传统的沉降监测系统多采用埋设沉降板的方式进行，存在工作量大、需要人员配合、易受天气因素影响,以及监测精度低等缺点，不能全面获取高速公路路基沉降的变形特征。而光纤光栅作为一种新型的材料，具有耐腐蚀性及高精度等特点，现已广泛应用于土木工程、水利交通、地质工程和航天等各个工程领域；然而光纤光栅比较适合小应变的位移检测，而高速公路沉降是大变形，并且光纤光栅材料在高速公路路基填筑期容易受到施工机具的破坏，因此如何将光纤光栅技术合理的应用到高速公路软基沉降监测中，使其能够与软基土体一起协同变形并且精确监测位移变化成为一个亟需解决的技术难题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于光纤光栅的路基沉降变形监测系统及其安装方法，使光纤光栅技术与软基土体一起协同变形并且精确监测位移变化。

技术方案：监测系统，包括光纤光栅解调仪、与光纤光栅解调仪相连接的电源装置和接收设备，还包括与光纤光栅解调仪连接的光纤光栅沉降计、与光纤光栅沉降计顶部固定连接的支撑装置，以及与光纤光栅沉降计底部固定连接的沉降装置；沉降装置通过支撑装置固定在地面铺垫层上，光纤光栅沉降计与沉降装置同步向下沉降变形，光纤光栅解调仪对沉降装置的下沉引起沉降计内光纤光栅波长的变形进行分析后，将波长信号传输给接收设备。

光纤光栅沉降计还包括顶部不动段、底部拉伸段和光纤光栅引线；顶部不动段与支撑装置通过固定夹具连接固定，底部拉伸段下端与沉降装置固定连接，光纤光栅引线与温度补偿传感器连接。

底部拉伸段包括通过圆盘固定在底座上的底部拉伸杆和拉伸杆保护管，底部拉伸杆内含金属丝，金属丝周围含有柔性填充物，金属丝随着沉降装置的下沉而拉伸，进而带动顶部不动段内光纤光栅的变形。

支撑装置包括钢筋，以及降低钢筋在软基底部下沉量的支撑底板，钢筋竖直固定在支撑底板上。

沉降装置包括底座、接管和管箍，底座通过钢筋固定在铺垫层上，若干个接管依次穿过钢筋后，接管与接管之间采用管箍连接。

固定夹具包括两个紧固件，紧固件将钢筋顶部与光纤光栅沉降计顶部连接固定。

采用基于光纤光栅技术的路基沉降变形监测系统的安装方法，包括以下步骤：

(1)分别在高速公路路基左、中、右位置打孔，打孔深度为达到路基底部基岩处，将钢筋(11)插入孔洞底部并在周围进行喷浆锚固作为不动点；

(2)对整平后的原地面向下开挖，对开挖后的坑底进行整平，铺撒细沙作为铺垫层(5)，将沉降板底座(21)穿过钢筋(11)，置于坑底铺垫层(5)上；