[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

说明书

本发明涉及一种基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测装置、结构及方法。本发明的目的是提供一种基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测装置、结构及方法。本发明的技术方案是：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。本发明适用于隧洞开挖领域。

技术领域

本发明涉及一种基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测装置、结构及方法。适用于隧洞开挖领域。

背景技术

隧洞在公路、水电、铁路、矿山等多个工程领域广泛应用，随着地下空间的进一步拓展，新意法(岩土控制变形分析方法，又称“ADECO-RS”方法)具有安全、可控、机械化程度高的特征，对于复杂环境下的隧洞工程越来越显示出其优势。新意法强调了对隧洞掌子面超前核心土的监测。

在隧洞开挖过程中，掌子面前方超前核心土体已经发生了一定的变形，目前隧洞变形监测主要是对掌子面后洞身的变形特征进行监测，对于掌子面前方超前核心土体的变形情况的监测较少，一般监测掌子面超前核心土的挤出变形，针对掌子面效应(同时监测掌子面超前核心土预收敛变形及洞身收敛变形)监测的装置及方法较少。采用测斜管等方法进行监测，由于测量方向的限制，测斜仪难以在预埋的管道中水平向前推进。对于地质条件较差的隧洞，缺少对掌子面前方超前核心土体的监测，可能存在一定的安全风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于分布式光纤的隧洞掌子面效应监测装置、结构及方法。

本发明所采用的技术方案是：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。

所述监测管采用PVC管。

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，钻孔内插装有所述监测装置中的测杆并灌注浆液。

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法线方向。

所述钻孔具有3个，分别位于隧洞拱顶及洞周对称位置。

所述监测洞段的长度为隧洞洞径的4-5倍。

一种基于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。

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。

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。