[发明专利]基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测装置、结构及方法

权利要求书

1.一种基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测装置，其特征在于：包括测杆和脉冲光及数据采集装置；所述测杆具有监测管，该监测管上下表面对称固定有BOTDR分布式光纤，监测管上下的分布式光纤相互平行且均平行监测管轴向，该监测管上下的两所述BOTDR分布式光纤均连接脉冲光及数据采集装置。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测装置，其特征在于：所述监测管采用PVC管。

3.一种基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测结构，其特征在于：所述掌子面前方设为监测洞段，掌子面上往监测洞段钻设有若干钻孔，钻孔内插装有权利要求1或2所述监测装置中的测杆并灌注浆液固定。

4.根据权利要求3所述的基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测结构，其特征在于：位于所述钻孔内的测杆上的两BOTDR分布式光纤连线为安装位置隧洞轴线方向。

5.根据权利要求3或4所述的基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测结构，其特征在于：所述钻孔具有3个，分别位于隧洞拱顶及洞周对称位置。

6.根据权利要求3所述的基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测结构，其特征在于：所述监测洞段的长度为隧洞洞径的4-5倍。

7.一种基于权利要求3～6所述监测结构的监测方法，其特征在于：

获取测杆的初始应变数据；

掌子面向前推进时，持续监测测杆的应变数据，了解隧洞掌子面前后的变形特征，即距离掌子面不同位置的收敛及预收敛变形情况，分析隧洞的掌子面效应；

根据隧洞掌子面效应监测数据，分析掌子面超前核心土的稳定特征及隧洞洞身稳定特征；若隧洞洞身及超前核心土体变形较大或存在明显的不收敛特征，则必须加强支护或减小开挖进尺。

8.根据权利要求7所述的监测方法，其特征在于：所述隧洞的变形特征根据下式计算：

式中，y为隧洞变形；ε₁为测杆上表面应变；ε₂为测杆下表面应变；d为两分布式光纤之间的间距，即测杆中PVC管的直径；dx为分布式光纤采样间隔。

9.根据权利要求8所述的监测方法，其特征在于：所述分布式光纤采样间隔置可根据精度需要设置为0.05m、0.1m、0.2m、0.5m、1m。