一种高速铁路隧道下穿铁路长管棚及其应力测试方法与流程

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种高速铁路隧道下穿铁路长管棚及其应力测试方法。

背景技术：

管棚主要用于对于围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道工程中，如软弱、沙砾地层和软岩、岩堆、破碎带地段，管棚通常可分为长管棚和短管棚，现有的管棚通常通常采用电测元件对其应力进行监测，但传统的电测元件寿命短、测量易受环境影响、易受电磁干扰等缺陷，不能够准确的对应力数据进行反馈，不适合长久的发展和使用，为此我们提出一种高速铁路隧道下穿铁路长管棚及其应力测试方法。

技术实现要素：

本发明提供一种高速铁路隧道下穿铁路长管棚及其应力测试方法，将光纤光栅附着在试验构件上，同时进行保护封装，使两者能共同变形，反射光的波长对温度、应力和应变非常敏感，当构件受到压力时，光纤光栅与构件一起发生应变，导致光纤光栅反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量来实现对温度、应力和应变的感测。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高速铁路隧道下穿铁路长管棚，包括管体，平行于所述管体轴向外圆面开设有至少一条的安装槽，且该安装槽不与管体端部贯通，所述安装槽内腔布置有用于管体应力检测的光纤光栅，所述安装槽端部开设有用于光纤光栅穿过的贯穿槽，所述安装槽内腔填充有用于密封安装槽的填充物料。

进一步的，所述安装槽布置为两条，且两条安装槽沿管体横切面对称布置。

进一步的，所述安装槽端部布置有用于光纤光栅端部加装保护套的加宽段，所述加宽段为安装槽总长度的10%～15%，且安装槽中部宽度为加宽段宽度的70%～80%，所述安装槽深度为管体管壁厚度的20%～30%。

进一步的，所述安装槽的加宽段长度为30cm、中部宽度为3mm、加宽段宽度为4mm、槽深为3mm。

进一步的，所述填充物料为环氧树脂，且填充物料填充的深度与安装槽的槽深相同。

一种高速铁路隧道下穿铁路长管棚的应力测试方法，包括如下步骤：

1）沿管体绘制定位线，沿此定位线开设安装槽并对安装槽进行打磨；

2）将光路通畅的光纤光栅布置于安装槽内，并使其端部穿过贯穿槽，利用胶体对布置在安装槽内的光纤光栅固定；

3）使用填充物料对安装槽填封，并利用光路测试仪对光纤光栅进行检测，如果不通畅取出填充物料重复步骤2）；

4）利用焊接仪器将外部线路和光线光栅焊接，利用光路测试仪对外部线路进行检测，如果不通畅截断焊接处并重新焊接，如果通畅对焊接处做保护处理；

5）依次将管体钻入掌子面内，并再次测试外部线路是否通畅，如果不通畅将外部线路截断重复步骤4），如果重复步骤4）仍不通畅，将管体取出重复步骤2）、3）、4）、5）直至光路通畅；

6）将通畅后的外部线路接入光栅数据采集仪器，实时对光路进行监测。

由以上技术方案可知，本发明具有如下有益效果：将光纤光栅固定在安装槽内并进行保护封装，使光纤光栅和管体能共同变形，光纤光栅的波长对温度、应力和应变非常敏感，当管体受到压力时，光纤光栅与管体一起发生应变，光纤光栅的伸长或缩短导致其反射光的峰值波长漂移，通过对波长漂移量的度量来实现对温度、应力和应变的感测，并且采用两条光纤光栅可以避免单条光纤损坏影响正常的使用，光纤光栅的安装较为简单，封装材料较为稳定，对光纤光栅的保护效果较好，可以避免测试线由于扰动造成数据采集失真，进而延长检测元件的使用寿命及使用效果。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为图1中光纤光栅局部放大示意图；

图3为图1的a-a段安装槽的深度及宽度放大图；

图4为图1的b-b段安装槽的深度及宽度放大图。

图中：1、管体，2、安装槽，3、光纤光栅，4、贯穿槽，5、填充物料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种高速铁路隧道下穿铁路长管棚及其应力测试方法优选实施方式作详细的说明。

如图1和图2所示，一种高速铁路隧道下穿铁路长管棚，包括管体1，其管体布置于棚架上，平行于管体1轴向外圆面开设有至少一条的安装槽2，且该安装槽不与管体端部贯通，安装槽2内腔布置有用于管体应力检测的光纤光栅3，安装槽2端部开设有用于光纤光栅穿过的贯穿槽4，安装槽2内腔填充有用于密封安装槽的填充物料5；

长管棚的应力测试方法，包括如下步骤：

1）沿管体绘制定位线，沿此定位线开设安装槽并对安装槽进行打磨；

2）将光路通畅的光纤光栅布置于安装槽内，并使其端部穿过贯穿槽，利用胶体对布置在安装槽内的光纤光栅固定，在将光纤光栅放入安装槽之前进行第一次光路检查，避免装入损坏的光纤光栅，影响后期的使用；

3）使用填充物料对安装槽填封，其填充物料可以选择为环氧树脂，并利用光路测试仪对光纤光栅进行第二次检测，如果不通畅取出填充物料重复步骤2），光路通畅进入下一步骤处理；利用环氧树脂作为填充物料，在环氧树脂受挤压或管体应力发生变化时，可以及时对光纤光栅进行反馈，进而方便后期的监测；

4）利用焊接仪器将外部线路和光线光栅焊接，利用光路测试仪对外部线路进行第一次检测，如果不通畅截断焊接处并重新焊接，如果通畅对焊接处做保护处理，利用固定件对焊接处固定，避免后期的松动脱落；

5）依次将管体钻入掌子面内，并第二次测试外部线路是否通畅，如果不通畅将外部线路截断重复步骤4），如果重复步骤4）仍不通畅，将管体取出重复步骤2）、3）、4）、5）直至光路通畅；

6）将通畅后的外部线路接入光栅数据采集仪器，实时对光路进行监测，利用光纤光栅便携式a03采集仪，对光栅数据进行采集对比，进而准确的了解管体的温度、应力和应变，可广泛应用于隧道开挖掌子面前方超前预报和结构健康监测；

并且安装槽2布置为两条，且两条安装槽沿管体横切面对称布置，对称布置的安装槽方便后期装入至少两条光纤光缆，在任意一条损坏时，可由另一条进行工作采集，降低后期的维护力度，同时利用对称布置的光纤光缆可以对管体不同的位置进行应力数据采集；

如图3和4所示，安装槽2端部布置有用于光纤光栅端部加装保护套的加宽段，加宽段为安装槽总长度的10%～15%，且安装槽中部宽度为加宽段宽度的70%～80%，在对测试光纤端部进行保护的同时，避免在物料填充或焊接过程中导致光纤光栅在贯穿槽处磨损导致损坏，同时适用于不同的测试电缆，另外管棚端部在施工中由于接管扰动次数多，加宽后保护胶包裹测试线更充分，避免测试线由于扰动造成数据采集失真，安装槽2深度为管体1管壁厚度的20%～30%，具体的，安装槽2的加宽段长度为30cm、中部宽度为3mm、加宽段宽度为4mm、槽深为3mm，在不影响管体强度的前提进行开槽处理，方便光纤光缆的埋入；

填充物料5为环氧树脂，且填充物料填充的深度与安装槽的槽深相同，环氧树脂的稳定性较好，不易腐蚀损坏，可以延长对光纤光栅的保护，同时环氧树脂与安装槽的深度一致，避免后期管体打入过程中环氧树脂带动光纤光栅偏移，影响光纤光栅的正常数据采集。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。