[发明专利]一种盾构隧道壁后土体深层沉降的监测系统及方法

权利要求书

1.一种盾构隧道壁后土体深层沉降的监测系统，其特征在于，监测系统包括数据采集装置、数据处理系统；其中数据采集装置包括锚头、LCI位移计、PVC管、第一光纤光缆、滤网、套环、第一微型注浆管、第二微型注浆管，其中LCI位移计置于PVC管内，其上端与锚头刚接，下端经第一光纤光缆与数据处理系统连接，锚头伸入PVC管且插入原位土体内，套环套于PVC管上，且其中间镶嵌有滤网，第一微型注浆管、第二微型注浆管捆绑并置于PVC管内；其中，滤网使用聚氨酯材料制作，滤网的孔径大小根据浆液设定，遵循阻挡大部分浆液通过原则，且滤网上允许锚头与微型注浆管悬挂固定；第一微型注浆管位于滤网上方，注浆孔方向朝上，第二微型注浆管固定在滤网上，注浆口方向朝下。

2.根据权利要求1所述的盾构隧道壁后土体深层沉降的监测系统，其中，LCI位移计包括LCI光纤传感器及3D打印的柱形体，LCI光纤传感器布置在柱形体中轴线处。

3.根据权利要求2所述的盾构隧道壁后土体深层沉降的监测系统，其中，数据处理系统包括：宽带光源、第二光纤光缆、第三光纤光缆、第一耦合器、第二耦合器、光学移动扫描平台、末端切平的光纤、信号采集和处理系统，其中LCI位移计中的LCI光纤传感器的信号臂经第一光纤光缆与宽带光源连接，LCI光纤传感器的参考臂经第三光纤光缆与信号采集和处理系统连接，LCI光纤传感器的信号臂上设置有第一耦合器，LCI光纤传感器的参考臂上设置有第二耦合器，第一耦合器与第二耦合器之间经第二光纤光缆连接，第二耦合器与末端切平的光纤连接，且LCI光纤传感器的参考臂与光学移动扫描平台上的反光镜相配合；宽带光源发出的光沿着第一光纤光缆经过第一耦合器后到达LCI光纤传感器，光入射到LCI光纤传感器后反射，经过第一耦合器后到达第二耦合器，然后分成两路，这两路光分别被末端切平的光纤以及光学移动平台上的反光镜反射，两路反射回的光在第二耦合器汇合并发生干涉，产生的低相干干涉信号由信号采集和处理系统接收。

4.根据权利要求3所述的盾构隧道壁后土体深层沉降的监测系统，其中，第一光纤光缆、第二光纤光缆、第三光纤光缆均采用铠装光纤光缆，铠装光纤光缆由内部的裸光纤及外层包裹的PVC紧包层构成。

5.一种盾构隧道壁后土体深层沉降的监测方法，采用如权利要求1-4任一项所述的盾构隧道壁后土体深层沉降的监测系统，其特征在于，方法包括：

步骤1：安装数据采集装置；

步骤2：对数据采集装置进行固定；

步骤3：采集沉降监测数据及数据处理，具体包括：

步骤301：将第一光纤光缆与数据处理系统进行连接，构成土体深层沉降的监测系统；

步骤302：对低相干干涉光纤传感器进行信号测量，对LCI位移传感器进行扫描，等待此时干涉信号光谱以及光程差解调结果趋于稳定；

步骤303：进行监测并对数据进行记录并计算隧道上方土体的深层沉降量。

6.根据权利要求5所述的盾构隧道壁后土体深层沉降的监测方法，其中，步骤1具体包括：

步骤101：使用微型钻机对隧道预留注浆孔进行钻孔到指定位置；

步骤102：采用3D打印技术打印LCI位移计并检验位移计监测的可用性，将PVC管、套环、滤网、第一微型注浆管、第二微型注浆管、LCI位移计按照预定位置组合在一起；

步骤103：将步骤102中组合体插入到孔洞中，将滤网在套环的包裹下呈水平状态，LCI位移计位置固定且呈垂直向下状态。

7.根据权利要求6所述的盾构隧道壁后土体深层沉降的监测方法，其中，步骤2具体包括：

步骤201：对方向朝上的第一微型注浆管进行注浆，使得滤网上方快速形成一个注浆块并将锚头固定住，进而将LCI位移计的一端固定住；

步骤202：等待上方注浆块初凝，同时将第一光纤光缆预留到孔外并加以保护；

步骤203：对方向朝下的第二微型注浆管进行注浆，通过注浆使LCI位移计与周围土体紧密连接，协同运动，监测土体沉降位移，接着将孔洞注满，直到不能注入为止，其中注浆过程中边注浆边拔出PVC管，并控制拔管速度，保证不塌孔。

8.根据权利要求7所述的盾构隧道壁后土体深层沉降的监测方法，其中，第一微型注浆管使用速凝浆液，其包括水泥浆液和量为2％～3％水玻璃，第二微型注浆管使用与土体强度相近的防水浆液，由膨润土、水泥和水组成，且膨润土、水泥和水的质量比为(6～7):(2～3):(12～16)。