一种基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法技术

本发明专利技术公开一种基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法，包括以下步骤：S1、将管节环清洁后做好光缆布设指示线，涂刷环氧树脂胶水；S2、向布设光缆，用滚轮按压密实光缆；S3、在光缆上部再次涂刷一层环氧树脂胶水，再用布基胶带临时固定光缆，环氧胶水固化；S4、将光缆与数据采集设备连接，通过测量光纤中的背向自然布里渊散射光的频率漂移量及反射波长漂移量，计算光纤的应变量，进而测得到管节内壁混凝土应力变化。本发明专利技术通过在设管节的三个断面设置环形玻璃纤维复合基光缆，通过数据采集设备测量光纤中的背向自然布里渊散射光的频率漂移量及反射波长漂移量，进而计算光纤的应变量用于表征混凝土应力变化。应变量用于表征混凝土应力变化。应变量用于表征混凝土应力变化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法


[0001]本专利技术涉及顶管应力监测领域，具体的是一种基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法。

技术介绍

[0002]顶管技术作为一项非开挖技术，具有施工速度快、自动化程度高、节省人力资源、与环境协调相处等优势，已经越来越多地运用到地下隧道建设过程中。为了实现长距离顶管，应尽可能减小并克服管道与周围土或者围岩之间的摩擦力，常见的措施包括施做中继间减小顶进距离、增大顶力以及管道周围注射润滑材料等。然而，在复杂地质条件下，长距离顶管还是经常会碰到顶进受阻的情况，及时脱困才能保证工程顺利。
[0003]目前，通常在在管道内部周边布设监测仪器是能获得管道在施加顶力条件下应力变化，据此，可以判断顶力传递距离，找出消耗顶力较大的管道，以便采取针对性措施脱困，以使顶管施工顺利进行。但是现有技术缺少对管节内壁的混凝土应力检测，当管节内部受阻时无法准确判断受阻位置，从而无法及时处理，严重影响顶管工程的施工进度。

技术实现思路

[0004]为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法，通过在设管节的三个断面设置环形玻璃纤维复合基光缆，通过数据采集设备测量光纤中的背向自然布里渊散射光的频率漂移量及反射波长漂移量，进而计算光纤的应变量用于表征混凝土应力变化。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将管节环向布设光缆位置结构体表面清洁干净，去除杂质后在结构体表面做好光缆布设指示线，在布设指示线按照一定宽度涂刷一层环氧树脂胶水；
[0008]S2、在涂抹胶水上沿着一个方向布设光缆，采用滚轮按压密实光缆，使光缆与胶水充分接触；
[0009]S3、待光缆布设完成后，再在光缆上部再次涂刷一层环氧树脂胶水，再次用滚轮按压密实然后采用布基胶带临时固定光缆，防止光缆脱落，待环氧胶水固化24h左右即可牢固的固定在结构体表面并和结构体实现良好的耦合；
[0010]S4、将光缆与数据采集设备连接，通过测量光纤中的背向自然布里渊散射光的频率漂移量及反射波长漂移量，计算光纤的应变量，进而测得到管节内壁混凝土应力变化。
[0011]优选地，光缆为玻璃纤维复合基光缆，光缆内嵌入0.9mm高传递紧包护套应变感测光缆。
[0012]优选地，步骤S1中布设光缆位置分别在设管节的三个断面，光缆沿管节内壁环向设置。
[0013]优选地，数据采集设备为分布式光纤应变解调仪或柜式模块化光纤光栅设备。
[0014]优选地，数据采集设备为分布式光纤应变解调仪，则光纤的应变量根据下式计算：
[0015][0016]式(Ⅰ)中：v
B
(ε)是应变为ε时的布里渊频率的漂移量；
[0017]v
B
(0)是应变为0时的布里渊频率的漂移量；
[0018]为比例系数；
[0019]ε为光纤的应变量。
[0020]优选地，数据采集设备为柜式模块化光纤光栅设备，则光纤的应变量根据下式计算：
[0021]Δλ
B
＝α
ε
ε+α
T
ΔT
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅱ)；
[0022]式(Ⅱ)中：Δλ
B
为反射波长漂移量；
[0023]a
ε
为光纤光栅应变灵敏系数；
[0024]a
T
为光纤光栅的温度灵敏度系数；
[0025]ΔT为温度变化值
[0026]ε为光纤的应变量。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术通过在设管节的三个断面设置环形玻璃纤维复合基光缆，通过数据采集设备测量光纤中的背向自然布里渊散射光的频率漂移量及反射波长漂移量，进而计算光纤的应变量用于表征混凝土应力变化。其中分布式玻璃纤维复合基光缆具有一定的宽度，可以获得更多的接触面积以提升耦合性和变形传递性，同时具有重量轻、质软，布设简单且不易脱落，使传感器工作更加可靠，光缆上下全部采用高强度的工程织布保护，提高了传感光纤的成活率。本专利技术采用分布式应变测试，可以测试传感光缆沿线的每一点的应变，对监测体全程控制，不会漏检、漏监，且监测距离长、范围大，系统成本低，易于集成，测试精度高，定位精准。
附图说明
[0029]图1为本专利技术光缆布设位置示意图A；
[0030]图2为本专利技术光缆布设位置示意图B；
[0031]图3为本专利技术实施例1光纤应变计算原理示意图；
[0032]图4为本专利技术实施例2基于FBG传感系统原理图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不
是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0035]实施例1
[0036]如图1-2所示，一种基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法，包括以下步骤：
[0037]S1、将管节的三个断面环向布设光缆位置结构体表面清洁干净，去除杂质后在结构体表面做好光缆布设指示线，在布设指示线按照一定宽度涂刷一层环氧树脂胶水；
[0038]S2、在涂抹胶水上沿着一个方向布设0.9mm玻璃纤维复合基光缆，采用滚轮按压密实光缆，使光缆与胶水充分接触；
[0039]S3、待光缆布设完成后，再在光缆上部再次涂刷一层环氧树脂胶水，再次用滚轮按压密实然后采用布基胶带临时固定光缆，防止光缆脱落，待环氧胶水固化24h左右即可牢固的固定在结构体表面并和结构体实现良好的耦合；
[0040]S4、将光缆与分布式光纤应变解调仪连接，通过测量光纤中的背向自然布里渊散射光的频率漂移量，计算光纤的应变量，进而测得到管节内壁混凝土应力变化。
[0041]为了得到光纤沿线的应变分布分布式光纤应变解调仪需要得到光纤沿线的布里渊散射光谱，也就是要得到光纤沿线的θ
B
分布。泵浦光以一定的频率自光纤的一端入射，入射的脉冲光与光纤中的声学声子发生相互作用后产生布里渊散射，其中的背向布里渊散射光沿光纤原路返回到脉冲光的入射端，进入BOFDA的受光部和信号处理单元，经过一系列复杂的信号处理可以得到光纤沿线的布里渊背散光的功率分布。发生散射的位置至脉冲光的入射端，即至BOFD本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将管节环向布设光缆位置结构体表面清洁干净，去除杂质后在结构体表面做好光缆布设指示线，在布设指示线按照一定宽度涂刷一层环氧树脂胶水；S2、在涂抹胶水上沿着一个方向布设光缆，采用滚轮按压密实光缆，使光缆与胶水充分接触；S3、待光缆布设完成后，再在光缆上部再次涂刷一层环氧树脂胶水，再次用滚轮按压密实然后采用布基胶带临时固定光缆，防止光缆脱落，待环氧胶水固化24h左右即可牢固的固定在结构体表面并和结构体实现良好的耦合；S4、将光缆与数据采集设备连接，通过测量光纤中的背向自然布里渊散射光的频率漂移量及反射波长漂移量，计算光纤的应变量，进而测得到管节内壁混凝土应力变化。2.根据权利要求1所述的基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法，其特征在于，所述光缆为玻璃纤维复合基光缆，所述光缆内嵌入0.9mm高传递紧包护套应变感测光缆。3.根据权利要求1所述的基于光纤传感的顶管管节内壁混凝土应力监测方法，其特征在于，所述步骤S1中布设光缆位置分别在设管节的三个断面，所述光缆沿管节内壁环向设置。4.根据权利要求1所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉敏，程桦，曹广勇，陈平，
申请(专利权)人：安徽建筑大学中铁四局集团第四工程有限公司，
类型：发明
国别省市：