一种基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置及方法，涉及隧道渗水监测领域，装置包括：隧道渗水监测传感器、光纤解调仪、无线传输设备和服务器；隧道渗水监测传感器布设在隧道衬砌表面；隧道渗水监测传感器包括遇水膨胀橡胶和分布式布里渊光纤；分布式布里渊光纤与光纤解调仪连接；光纤解调仪用于采集分布式布里渊光纤中的布里渊散射光频移量和布里渊光纤温度，根据布里渊散射光频移量和布里渊光纤温度确定分布式布里渊光纤的应变量；无线传输设备将分布式布里渊光纤的应变量传输至所述服务器；服务器根据分布式布里渊光纤的应变量确定渗水类型。本发明专利技术提高了隧道中对渗水病害监测的准确性。害监测的准确性。害监测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及隧道渗水监测领域，特别是涉及一种基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置及方法。

技术介绍

[0002]隧道作为一种埋藏在围岩中的条状地下基础设施，修建后将会成为所穿越区域地下水的汇聚通道。当隧道位于或靠近含水地层时，将面临地下水的渗透作用。如果隧道衬砌防水设施或者排水设施不完善，地下水将会沿着衬砌施工缝、裂缝等透水区域侵入隧道内部，将会发生隧道渗水病害。渗水是最常见的隧道病害之一，绝大部分的隧道都存在不同程度的渗漏问题。渗水病害会加速隧道衬砌材质劣化，隧道衬砌在发生渗水病害后会加速碳化，衬砌混凝土强度会降低；特别是当隧道渗漏的水为强酸性时，隧道衬砌混凝土将出现严重劣化的问题。在温度较低的地区，渗水隧道衬砌背后的地下水可能冻结，进而导致隧道衬砌受到冻胀影响而产生隧道冻害。此外，隧道渗水对隧道结构的稳定性，隧道洞内设施、运营隧道行车安全等均会产生不良影响。
[0003]目前多采用以定期检测技术为主的手段防控隧道渗水病害。较为典型的技术如探地雷达技术、高清摄像技术以及三维激光扫描技术。探地雷达技术通过电磁波在材料间传播时介电常数的差异来反映隧道深部的状况，通过分辨反射波的属性，通过解译雷达信号数据可以对隧道背后的围岩内的含水情况进行检测与识别。探地雷达的检测与识别精度需要依赖材料间导电性差异，这大大限制了探地雷达的使用。此外，目前探地雷达的数据解译还需依靠人工主观判断。高清摄像技术是对隧道衬砌临空侧进行拍摄，然后对收集到的图像数据进行分析处理，进而对隧道衬砌临空侧渗水情况进行识别判断。高清摄像技术识别病害时需要高质量的图像，该技术对摄像相机、隧道光源以及衬砌表面的清洁度要求很高，若收集到的图像数据的质量低，将会导致识别不准确的问题。三维激光扫描技术是基于激光测距原理，对隧道衬砌整体的坐标进行测量与收集，得出整个隧道的坐标数据，进而描绘出隧道的原型，再根据重建的隧道三维图像进行检测。三维激光扫描技术后期处理数据量大且复杂，而且目前还依赖于扫描站进行检测，需要不断搬运，导致速度较慢，从而导致检测效率低。以上检测技术主要是在隧道运营期间定期巡检隧道病害，无法对隧道进行长期的监测，进而导致无法对隧道健康状况进行实时预报。同时，上述检测技术可以检测到隧道衬砌临空侧的渗水情况，并不能明确隧道衬砌背后围岩侧的渗水情况。因此，无法根据上述检测技术的检测结果对隧道渗水病害进行有效的防止。
[0004]隧道监测技术是将传感器布设在隧道中，对隧道的变形或受力等状况进行长期监测，进而根据监测结果对隧道病害进行判断。隧道监测技术可以对隧道病害进行长期监测，实时反映隧道的健康状况。光纤传感器具有精度高、抗腐蚀性能好、抗电磁干扰能力强、防水性能好、信号安全度高、能够实现分布式测量网络等特点，已广泛应用于隧道的结构健康监测领域。但目前已开发的光纤传感监测技术均是针对隧道衬砌的受力状况进行监测，而隧道渗水并不会导致隧道衬砌的受力状况发生变化，因此无法直接采用光纤传感技术对隧
道渗水病害进行监测。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置及方法，能够采用光纤传感技术对隧道渗水病害进行监测，提高监测的准确性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置，包括：隧道渗水监测传感器、光纤解调仪、无线传输设备和服务器；
[0008]所述隧道渗水监测传感器布设在隧道衬砌表面；所述隧道渗水监测传感器包括遇水膨胀橡胶和分布式布里渊光纤；所述遇水膨胀橡胶包覆在所述分布式布里渊光纤的表面；所述分布式布里渊光纤与所述光纤解调仪连接；
[0009]所述光纤解调仪用于向所述分布式布里渊光纤的一端射入泵浦光，向所述分布式布里渊光纤的另一端射入探测光，使所述分布式布里渊光纤的内部产生布里渊散射光，并采集所述分布式布里渊光纤中的布里渊散射光频移量和布里渊光纤温度，根据所述布里渊散射光频移量和所述布里渊光纤温度确定所述分布式布里渊光纤的应变量；
[0010]所述无线传输设备与所述光纤解调仪连接；所述无线传输设备用于将所述分布式布里渊光纤的应变量传输至所述服务器；
[0011]所述服务器用于根据所述分布式布里渊光纤的应变量确定渗水类型。
[0012]可选地，所述遇水膨胀橡胶和所述分布式布里渊光纤之间设置有粘结层。
[0013]可选地，所述粘结层为环氧树脂胶水黏贴。
[0014]可选地，所述分布式布里渊光纤与所述光纤解调仪通过光缆连接。
[0015]可选地，所述无线传输设备设置于隧道的外部。
[0016]可选地，还包括频率控制器；所述频率控制器与所述无线传输设备连接；所述频率控制器用于设置数据传输的频率。
[0017]可选地，所述光纤解调仪为分布式布里渊光纤温度/应变解调仪。
[0018]一种基于布里渊光纤的隧道渗水监测方法，所述基于布里渊光纤的隧道渗水监测方法应用于上述的基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置，所述基于布里渊光纤的隧道渗水监测方法包括：
[0019]获取布里渊散射光初始频移量和布里渊光纤初始温度；
[0020]采集分布式布里渊光纤发生应变后的布里渊散射光频移量和布里渊光纤温度；
[0021]根据所述布里渊散射光初始频移量、所述光纤初始温度、所述布里渊散射光频移量和所述光纤温度，利用公式v
B
(ε,ΔT)＝v
B
(ε0,T0)+C1ε+C2ΔT，计算分布式布里渊光纤的应变量；其中，v
B
(ε,ΔT)为分布式布里渊光纤发生应变或温度变化后测量的布里渊散射光频移量；ε为分布式布里渊光纤的应变量；ΔT为温度变化量，ΔT＝T
‑
T0，T为分布式布里渊光纤发生应变后的布里渊光纤温度；v
B
(ε0,T0)为初始条件下测量的布里渊散射光初始频移量；ε0为分布式布里渊光纤的初始应变量；T0为分布式布里渊光纤初始温度；C1为应变频率系数；C2为温度频率系数；
[0022]根据所述分布式布里渊光纤的应变量确定渗水类型。
[0023]可选地，所述根据所述布里渊光纤的应变量确定渗水类型，具体包括：
[0024]当所述分布式布里渊光纤的应变量小于第一设定范围时，确定所述渗水类型为浸润；
[0025]当所述分布式布里渊光纤的应变量属于第一设定范围时，确定所述渗水类型为滴漏；
[0026]当所述分布式布里渊光纤的应变量大于第一设定范围，并属于第二设定范围时，确定所述渗水类型为涌流；
[0027]当所述分布式布里渊光纤的应变量大于第二设定范围时，确定所述渗水类型为喷射。
[0028]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0029]本专利技术提供的一种基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置，包括：隧道渗水监测传感器、光纤解调仪、无线传输设备和服务器；所述隧道渗水监测传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置，其特征在于，包括：隧道渗水监测传感器、光纤解调仪、无线传输设备和服务器；所述隧道渗水监测传感器布设在隧道衬砌表面；所述隧道渗水监测传感器包括遇水膨胀橡胶和分布式布里渊光纤；所述遇水膨胀橡胶包覆在所述分布式布里渊光纤的表面；所述分布式布里渊光纤与所述光纤解调仪连接；所述光纤解调仪用于向所述分布式布里渊光纤的一端射入泵浦光，向所述分布式布里渊光纤的另一端射入探测光，使所述分布式布里渊光纤的内部产生布里渊散射光，并采集所述分布式布里渊光纤中的布里渊散射光频移量和布里渊光纤温度，根据所述布里渊散射光频移量和所述布里渊光纤温度确定所述分布式布里渊光纤的应变量；所述无线传输设备与所述光纤解调仪连接；所述无线传输设备用于将所述分布式布里渊光纤的应变量传输至所述服务器；所述服务器用于根据所述分布式布里渊光纤的应变量确定渗水类型。2.根据权利要求1所述的基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置，其特征在于，所述遇水膨胀橡胶和所述分布式布里渊光纤之间设置有粘结层。3.根据权利要求2所述的基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置，其特征在于，所述粘结层为环氧树脂胶水黏贴。4.根据权利要求1所述的基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置，其特征在于，所述分布式布里渊光纤与所述光纤解调仪通过光缆连接。5.根据权利要求1所述的基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置，其特征在于，所述无线传输设备设置于隧道的外部。6.根据权利要求1所述的基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置，其特征在于，还包括频率控制器；所述频率控制器与所述无线传输设备连接；所述频率控制器用于设置数据传输的频率。7.根据权利要求1所述的基于布里渊光纤的隧道渗水监测装置，其特征在于，所述光纤解调仪为分布式布里渊光纤温度/应变解调仪。8.一种基于布里渊光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锦辉，郭东，欧进萍，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：