隧道围岩变形分布式光纤超前监测方法

摘要

本发明提出一种隧道围岩变形分布式光纤监测方法。所述方法涉及的监测装置，由分布式光纤测管、光纤传感线路、布里渊背向散射光数据采集设备、数据处理与分析软件构成；通过将传感光纤对称布设于PP-R管的外表面，制作成分布式光纤测管，通过测管可得到测管沿线土体的位移；将分布式光纤测管埋入隧道上覆围岩的钻孔之中，并通过注入耦合剂形成土-管协调变形的测管将跟随围岩同步位移而发生变形，通过测量测管的变形，实现对围岩变形或位移的监测。本发明方法具有分布式、自动化数据采集、实时超前监测等特点，适用于隧道洞室、煤矿巷道等岩土工程领域围岩二维变形或位移的监测。

主权项

一种隧道围岩变形分布式光纤超前监测方法，其特征是：所述方法涉及的监测装置，由分布式光纤测管、光纤传感线路、布里渊背向散射光数据采集设备、数据处理与分析软件构成；通过将四条传感光纤十字形对称布设于PP‑R管的外表面，制作成分布式光纤测管，通过测管可得到测管沿线土体的位移；将分布式光纤测管埋入隧道上覆围岩的钻孔之中，在测管与钻孔之间的空隙中注入耦合剂使测管与围岩变形协调；测管底端置于隧道开挖影响范围之外，作为测管二维位移计算的基点；当隧道围岩产生变形，分布式光纤测管将随隧道围岩产生同步变形，测管上呈十字形对称分布的四条传感光纤随着测管的变形产生相应的应变，将测管上呈十字形对称布设的传感光纤的应变分布进行配准、做差、积分运算后就得到光纤测管横向的二维变形分布；分布式光纤传感技术将测管上下方向上的两条传感光纤串接、左右方向上的两条传感光纤串接，分别构成一条传感线路，以便于同步监测和数据处理，配准是将传感光纤的应变分布正射投影到测管上、下、左、右四条测线的初始位置即基准线上，即将每条光纤上应变点的位置与测管表面上、下、左、右四条测线上相应点的初始位置一一对应；做差是指将测管上同一横截面上、下两条测线或者左、右两条测线的应变值相减，分别得到沿测管竖向和水平向的二维差值应变分布；通过对差值应变分布沿测管长度进行两次计分运算得到测管上任意点相对于基点的位移；由上、下测线的差值应变分布可以计算得到测管的竖向位移，由左、右测线的差值应变分布可以计算得到测管的水平位移，从而得到测管的二维位移分布；为加快数据处理的速度，测管二维位移由数据处理与分析软件计算，依次进行配准、做差、积分运算；将隧道围岩中各个光纤测管上的传感光纤串接，由BOTDR布里渊光时域反射计同步测量光纤的应变分布，构成分布式光纤监测网，实现对隧道围岩二维位移的实时、分布式监测。