岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (9): 3148-3158.doi: 10.16285/j.rsm.2019.1929

• 测试技术 • 上一篇    下一篇

基于分布式光纤应变传感技术的隧道 沉降监测研究

侯公羽1, 2，李子祥1，胡 涛1，周天赐1，肖海林1， 王凯迪1，胡锦欣1，朱 景1   

  1. 1. 中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京 100083；2. 新疆工程学院 采矿工程系，新疆 乌鲁木齐 830091
  • 收稿日期:2019-11-12 修回日期:2020-03-23 出版日期:2020-09-11 发布日期:2020-10-22
  • 通讯作者: 李子祥，男，1995年生，博士研究生，主要从事岩石力学及隧道健康监测等方面的研究工作。E-mail: lzx4269016@163.com E-mail:hgyht@126.com
  • 作者简介:侯公羽，男，1965生，博士，教授，博士生导师，主要从事岩土工程、岩石力学方面的教学与研究工作
  • 基金资助:
    中央在京高校重大成果转化项目（No.ZDZH20141141301）；国家自然科学基金委员会与神华集团有限责任公司联合资助重点项目（No.U1261212，No.U1361210）

Study of tunnel settlement monitoring based on distributed optic fiber strain sensing technology

HOU Gong-yu1, 2, LI Zi-xiang1, HU Tao1, ZHOU Tian-ci1, XIAO Hai-lin1, WANG Kai-di1, HU Jin-xin1, ZHU Jing1   

  1. 1. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing 100083, China; 2. School of Mining Engineering, Xinjiang Institute of Engineering, Urumchi, Xinjiang 830091, China
  • Received:2019-11-12 Revised:2020-03-23 Online:2020-09-11 Published:2020-10-22
  • Supported by:
    This work was supported by Major Achievement Transformation Project of the Central University in Beijing(ZDZH20141141301) and the National Natural Science Fund Committee and Shenhua Group Co., Ltd. Jointly Funded Key Projects(U1261212, U1361210).

PDF (Chinese)

385

摘要： 隧道沉降是评估隧道结构安全性和稳定性的重要指标，通过分布式光纤监测技术，可以获得被测部位的应变分布情况，但不能直观地反映出隧道各个部位的沉降量大小。提出了基于分布式光纤应变的隧道沉降反演模型，将光纤应变曲线和隧道沉降曲线联系起来，并通过理论推导、数值模拟、室内试验，验证了模型的可行性。通过北京轨道交通新机场线07标暗挖区间分布式光纤监测项目，对隧道临时支护的破除阶段进行了监测，获得了不同工况下隧道拱顶处的应变曲线，并借助提出的隧道沉降反演模型，对隧道拱顶沉降进行了计算，计算结果和现场实测结果能够较好的吻合，其误差可以满足工程需要。研究结果可以为分布式光纤传感技术应用于隧道沉降监测提供理论与试验基础。

关键词: 分布式光纤, 监测技术, 应变传感, 沉降监测

Abstract: Tunnel settlement is an important index to evaluate the safety and stability of tunnel structure. Distributed optical fiber monitoring technology can obtain the strain distribution of the measured parts of the structure, but it cannot directly reflect the settlement of each part of the tunnel. In this paper, a tunnel settlement inversion model based on distributed optical fiber strain is proposed to link the optical fiber strain curve with the tunnel settlement curve. The feasibility of the model is verified by theoretical derivation, numerical simulation and laboratory tests. Through the distributed optical fiber monitoring project of the 07 bid of the new airport line of the new Beijing rail transit line, the strain curves of the tunnel vault are obtained under different working conditions during the period of dismantling temporary shoring of the tunnel. The settlement of the vault of the tunnel is calculated based on the optical fiber strain curve with the help of the tunnel settlement inversion model. The calculated results are in good agreement with the measured results of the construction monitoring center, and the error is within the acceptable range. The research results can provide theoretical and experimental bases for the application of distributed optical fiber sensing technology in tunnel settlement monitoring.

Key words: distributed optical fiber, monitoring technology, strain sensing, settlement monitoring

中图分类号: 

  • TU433
[1] 侯公羽, 李子祥, 胡涛, 周天赐, 肖海林, . 植入式光纤传感器在隧道结构中的边界效应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2839-2850.
[2] 侯公羽, 胡涛, 李子祥, 谢冰冰, 肖海林, 周天赐, . 基于分布式光纤技术的采动影响下覆岩 变形演化规律试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 970-979.
[3] 白晓宇，张明义，匡 政，王永洪，闫 楠，朱 磊，. 光纤光栅传感技术在GFRP抗浮锚杆现场拉拔试验中的应用[J]. , 2018, 39(10): 3891-3899.
[4] 侯公羽，谢冰冰，江玉生，殷姝雅，韩育琛,. 用于巷道沉降变形监测的光纤锯齿状布设技术与原理[J]. , 2017, 38(S1): 96-102.
[5] 苗鹏勇，王宝军，施 斌，张其琪. 特征点压缩算法在分布式光纤桩基检测中的应用[J]. , 2017, 38(3): 911-917.
[6] 孙熙震，李杨杨，江 宁，沈宝堂. 类岩石材料三维裂纹传播规律试验研究[J]. , 2016, 37(4): 965-972.
[7] 罗 勇 ，李春峰 ，邢皓枫，. 基于分布式光纤测试技术的大直径嵌岩桩承载性能研究[J]. , 2014, 35(5): 1406-1412.
[8] 张宁宁 ，陈志坚 ，陈元俊 ，边 磊 . PSI和CRI联合算法用于苏通大桥基础沉降监测[J]. , 2012, 33(7): 2167-2173.
[9] 葛 捷. 分布式布里渊光纤传感技术在海堤沉降监测中的应用[J]. , 2009, 30(6): 1856-1860.
[10] 肖衡林，张晋锋，何 俊. 基于分布式光纤传感技术的流速测量方法研究[J]. , 2009, 30(11): 3543-3547.
[11] 肖衡林，蔡德所,. 基于温度测量的分布式光纤渗漏监测技术机理探讨[J]. , 2008, 29(S1): 550-554.
[12] 肖衡林 ，鲍 华 ，王翠英 ，蔡德所 . 基于分布式光纤传感技术的渗流监测理论研究[J]. , 2008, 29(10): 2794-2798.
[13] 胡明鉴，汪 稔，黄明奎，于基宁，付 伟. 基于载荷试验的青藏铁路试验路堤沉降监测设备可靠性验证[J]. , 2006, 27(7): 1209-1213.
[14] 徐金芝. 小型差动变压器的研制及应用[J]. , 1982, 3(1): 139-146.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平，侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐速超，冯夏庭，陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[3] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[4] 陶干强，杨仕教，任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
[5] 陈 阵，陶龙光，李 涛，李海斌，王综勇. 支护结构作用的箱基沉降计算新方法[J]. , 2009, 30(10): 2978 -2984 .
[6] 刘振平，贺怀建，李 强，朱发华. 基于Python的三维建模可视化系统的研究[J]. , 2009, 30(10): 3037 -3042 .
[7] 王 刚，蒋宇静，王渭明，李廷春. 新型数控岩石节理剪切渗流试验台的设计与应用[J]. , 2009, 30(10): 3200 -3209 .
[8] 朱珍德，李道伟，蒋志坚，刘金辉，杨永杰. 温度循环作用下深埋隧洞围岩细观结构的定量描述[J]. , 2009, 30(11): 3237 -3241 .
[9] 刘红岩，王贵和. 节理岩体冲击破坏的数值流形方法模拟[J]. , 2009, 30(11): 3523 -3527 .
[10] 谭贤君，陈卫忠，杨建平，杨春和. 盐岩储气库温度-渗流-应力-损伤耦合模型研究[J]. , 2009, 30(12): 3633 -3641 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发