[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

说明书

本申请的目的是提供一种盾构隧道壁后土体深层沉降的监测系统及方法，监测系统包括数据采集装置、数据处理系统；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。本方案突破了现有盾构隧道管片密封情况下无法钻孔测量的困境；同时还具有光纤传感技术的精度高、抗电磁干扰强、适合隧道长期监测的优点，完全可以实现自动化监控的要求，可应用到工程实际情况之中。

技术领域

本申请涉及隧道工程监测技术领域，尤其涉及一种基于低相干干涉(Low-coherence Interferometry,LCI)技术的盾构隧道壁后土体深层沉降的监测系统及方法。

背景技术

3D打印技术作为快速成形技术(Rapid prototyping)的一种新兴技术，在近几年发展迅速，其基本思路为：基于数字模型文件，运用可粘合材料，通过分层加工并逐层叠加成型的方式来得到三维实体。

随着盾构隧道施工逐渐成为地铁、水下等交通隧道的主要施工形式，近年来，随着地下盾构隧道的大规模建设，其建设和运营期间引起的灾害问题已成为关注的热点，譬如混凝土劣化、衬砌受力不均受损、背后空洞等灾害问题，其中很多灾害问题的产生都与土体的变形沉降有关。

传统位移计虽然有价格便宜，便于操作等优点，但是其尺寸较大，测量精确度低，不能实时测量的缺点使它在很多场景下不能使用。

多点位移计测量洞室围岩内部变形是目前较为普遍的测量手段，如专利号CN103290827A提供的一种多点位移计安装埋注浆方法所示，这种方法需要钻取较大孔洞，但是盾构隧道管片是密封体，无法自由开孔。

光纤传感器作为一项新兴监测技术，在盾构隧道病害监测中的应用也越来越多，具有监测精度高、抗电磁干扰强等优点，具有良好的发展前景。

因此，针对隧道上方土体监测这一实际场景，开发一种符合实际工程情况，高精度的监测方法是非常必要的。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种盾构隧道壁后土体深层沉降的监测系统及方法。

根据本申请的一个方面，提供了一种盾构隧道壁后土体深层沉降的监测系统，该系统包括：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。

进一步的，滤网使用新型聚氨酯材料制作，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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；