隧道拱顶分布式光纤监测装置及其施工工艺与监测方法
【技术领域】
[0001]本发明所述的隧道拱顶分布式光纤监测装置及其施工工艺与监测方法，属于传感器技术领域，特别涉及到一种基于分布式光纤的隧道拱顶实时监测方法的设计。
【背景技术】
[0002]现有隧道检测技术主要采用布里渊散射技术(B0TDR)，其监测的方法集中于结构位移、应变和沉降等方面，主要存在以下的局限性:
[0003](1)多点式易漏检:点式的检测方法布点，最危险的地方可能被漏检，存在盲区；增加监测点数，虽然提高了结果的可靠性，但工作量和设备成本大为增加，考虑经济和效率等因素，实际工程或研究项目中难以无限布设各种检测探头或传感器；
[0004](2)工程环境依赖性大:传统技术监测速度慢、效率低，需要专门的操作人员，而隧道工程条件常常比较复杂，传统电类传感器对湿度、温度、电磁场和其他环境因素敏感。因此，十分需要对环境因素影响小、耐久性和长期稳定性好的远程监测技术；
[0005](3)实时、并行和自动化监测程度不高，缺少长距离技术和大面积监测方法。
[0006]针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的隧道拱顶分布式光纤监测装置及其施工工艺与监测方法，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
【发明内容】
[0007]鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的隧道拱顶分布式光纤监测装置。此装置是基于光时域反射技术(0TDR)的分布式光纤传感系统具有许多重要的优点。0TDR光时域反射仪是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表，它被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。光时域反射仪测试是通过发射光脉冲到光纤内，然后在光时域反射仪端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射、反射。其中一部分的散射和反射就会返回到光时域反射仪中。返回的有用信息由光时域反射仪的探测器来测量，它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。从发射信号到返回信号所用的时间，再确定光在玻璃物质中的速度，就可以计算出距离。这种监测手段可以实现沿传感光纤分布的每一点传感量的测量，具有广阔的应用前景1在0TDR中，一脉冲光沿光纤传输，通过测量其背向瑞利散射就可以确定整个光纤上各点的损耗，传输距离长，抗电磁干扰。
[0008]因此发明提供了一种用于隧道拱顶二衬混凝土脱落监测的方法，其关键是沿隧道走向在拱顶平行粘贴分布式光纤，在车道上方的拱顶均匀分布，再将阻燃玻璃纤维布块块粘贴于拱顶表面光纤外侧，使光纤从每块纤维布块中轴穿过，光纤接入0TDR解调仪，实现拱顶二衬混凝土的脱落实时监测与定位。解决现有技术混凝土脱落定位难、实时监测难、监测覆盖面积窄的问题。
[0009]本发明的技术解决方案是这样实现的:
[0010]本发明所述的隧道拱顶分布式光纤监测装置，其特征在于所述的分布式光纤监测装置包括:光纤、纤维布块、光时域反射仪及聚酰亚胺胶带；光纤通过聚酰亚胺胶带粘贴于隧道拱顶；再将纤维布块用环氧树脂胶粘贴于已粘贴好的光纤及聚酰亚胺胶带外部；每条光纤的一端都与光时域反射仪相连接。
[0011]本发明所述的光纤沿隧道走向平行均布于隧道拱顶。
[0012]本发明所述的光纤根据隧道截面宽度布置多根。
[0013]本发明所述的纤维布块为阻燃玻璃纤维布块，纤维布块的规格为长宽为500-800mm的矩形；相邻的两块纤维布块之间的留有0.5-2cm的空隙。
[0014]本发明所述的光纤位于覆盖其上的纤维布块中轴线位置。
[0015]本发明所述的隧道拱顶分布式光纤监测装置的施工工艺为:
[0016]A、首先在沿隧道拱顶处纵向混凝土表面光纤传感网络设计位置以角磨机、砂纸打磨除去浮灰，沿传感光纤设计位置两侧打磨宽度各5cm，以保证足够环氧树脂胶涂层与混凝土结构的接触面积，保证传感光纤与待测结构间的可靠粘结和变形协调；打磨要求达到细骨料清晰外露，并注意打磨施力均匀，保证粘接面平整无局部小半径凹凸，以防因此引入的系统初始微弯损耗；
[0017]B、以无水乙醇洗净粘贴面，风干，确保粘接表面洁净，以保证粘接质量；严格按比例调制环氧树脂，均匀涂刮厚度为0.2mm底层环氧树脂胶于光纤传感段设计位置粘接面；
[0018]C、敷设光纤于设计位置，此过程中要保证传感段光纤适当紧绷保持顺直，不得出现人为造成初始微弯缺陷；敷设就位后在传感直线段两端以防水胶布临时固定，以防由于环氧树脂初期流动性造成定位偏移；30分钟后底层环氧树脂初达初凝强度，重新调制环氧树脂，涂刮覆盖层环氧树脂至设计涂层厚度。
[0019]D、将聚酰亚胺胶带贴附于光纤上，将光纤固定在拱顶混凝土表面。
[0020]E、24小时后环氧树脂胶达到最终强度，进行纤维布块粘贴，用环氧树脂胶均匀涂抹于矩形纤维布块粘贴面，使光纤位于纤维布块中轴线位置，纤维布块之间留0.5-2cm空隙。
[0021]F、将光纤与光时域反射仪连接，光时域反射仪配备光开关，可以同时监测多条光纤的信号。
[0022]本发明所述的隧道拱顶分布式光纤监测装置的监测方法为:
[0023]a、光时域反射仪向光纤内入射脉冲光；
[0024]b、脉冲光经光纤进入隧道内，一部分散射光和反射光向后传回光时域反射仪中；
[0025]c、光时域反射仪接收到由光纤内回射的反射光，并识别反射光中的损耗信号，事件分析后在显示器上显示；
[0026]d、光时域反射仪分析得出的光纤全线损耗状况，判断隧道拱顶是否有混凝土裂缝，及裂缝处的错动及光纤断裂，同时对其进行定位。
[0027]本发明的优点是显而易见的，主要表现在:
[0028]本发明基于分布式光纤的隧道拱顶实时监测方法具有原理简单、安装方便、对隧道结构无损害、可实现长距离实时在线测量的优点，纤维布的覆盖了保证了拱顶危险区域的全范围监控无盲区，可实现对隧道拱顶二衬混凝土进行在线实时开裂脱落状况监测并能够预警，对于提高公路隧道、地铁、铁路隧道等运营安全性，降低安全隐患和运行风险，提高总体经济效益，将产生积极的意义。该技术还可应用于其它领域，矿洞安全监测、屋盖接缝的监测、外墙面砖脱落监测等。
[0029]本发明具有结构新颖、安装方便、造价低、全方位、无盲区、全时域监测等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
【附图说明】
[0030]本发明共有3幅附图，其中:
[0031]附图1本发明原理图；
[0032]附图2本发明光纤铺设于拱顶结构示意图；
[0033]附图3本发明装于隧道内结构示意图；
[0034]在图中:1、光纤2、纤维布块3、光时域反射仪4、环氧树脂胶5、聚酰亚胺胶带
【具体实施方式】
[0035]本发明的具体实施例