盾构隧道分布式沉降光纤监测技术应用研究.pdf
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1、 建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 21 期 2023 年 11 月Vol.54 No.21 Nov.20232613近年来,随着城市规模不断扩大,地铁作为一种高运量、便捷型的交通方式得到空前的发展。盾构法因其对周围环境影响小、机械化程度高等优势在城市中心区的隧道建设中被广泛使用13。但在地铁建设和运营过程中,也会带来包括地铁盾构隧道长期沉降与不均匀沉降等一系列新的工程问题45,地铁盾构隧道尤其是软土地区的盾构隧道,在施工结束后,随着时间的增长,土体仍存在一定的变形,即长期沉降6。另外,城市隧道施工不可避免要穿越邻近既有地铁盾构隧道,极易引起既有地铁
2、隧道的差异沉降、过度沉降,导致轨道脱开、管片开裂等安全问题78。现阶段,盾构隧道沉降监测技术主要有以下几类:(1)精密水准测量技术,该类技术测量精度高,但需人工监测,测量时段受限,监测效率低9;(2)全站仪,其测量精度高,但仪器价格昂贵无法大面积布设;(3)静力水准仪,可实现自动化监测,但水力传输距离有限,无法实现长距离监测,且长期监测存在水头损失;(4)三维激光扫描技术,该方法高效快速,但精度不足,且测量时段受限;(5)电水平尺监测技术,该方法安装简单,数据自动传输,但价格较昂贵,难以大范围布设10。近年来,分布式光纤传感技术以其分布式、长距离、耐久性好、无需供电等特性得到了快速发展,在地下
3、工程结构健康监测中也有较多应用1113。但受限于分布式传感光缆轴向变形敏感的特性,将分布式光纤技术应用于长距离隧道沉降监测的研究较为罕见。针对目前隧道长距离沉降监测中存在的不足,立足于长距离盾构隧道的分布式沉降监测,以盾构隧道分布式沉降光纤监测技术应用研究殷瑞忠1,岳荣花1,徐东风1,祝 运1,贾立翔2,王 宇2(1.南京地铁运营有限责任公司,211121,南京;2.苏州南智传感科技有限公司,215123,江苏苏州)摘要:为解决城市轨道交通盾构隧道施工期及运营期长距离沉降监测的难题,基于布里渊(BOFDA)技术提出了一种长距离分布式沉降监测方法。建立了相应的应变 位移算法,并通过室内试验进行验
4、证。将该方法应用至南京地铁 2 号线工程中,实现了 1 km 长度上的分布式沉降变形监测。结合人工水准测量数据,对光纤监测结果进行验证,研究结果表明:监测段隧道经过注浆修复后,达到了较为显著的稳固效果,3 个月时间内整体变形量在 1 mm 以内,变形规律与修复前基本一致。所提出的分布式光纤沉降监测技术可以实现隧道长距离、精准沉降监测。关键词:轨道交通;盾构隧道;分布式光纤;沉降监测中图分类号:U 456.3 文献标志码:A 文章编号:10004726(2023)21261304application of DistributeD optical fiber monitoring technol
5、ogy for shielD tunnel settlement YIN Rui-zhong1,YuE Rong-hua1,Xu Dong-feng1,Zhu Yun1,JIa Li-xiang2,WaNG Yu2(1.Nanjing Metro Operation Co.,Ltd.,211121,Nanjing,China;2.Suzhou Nanzee Sensing Technology Co.,Ltd.,215123,Suzhou,Jiangsu,China)abstract:In order to solve the problem of longdistance settlemen
6、t monitoring of shield tunnel in urban rail transit during construction and operation,based on the BOFDA technology,a method of long-distance distributed settlement monitoring was proposed in this paper,and the corresponding strain displacement algorithm is established.The method was applied to the
7、construction of Nanjing metro line 2,and the distributed settlement monitoring of 1 km length was realized.Combined with the artificial leveling data,the results of optical fiber monitoring are verified.The monitoring results show that the tunnel in the monitoring section has achieved a significant
8、stable effect after grouting repair.The overall deformation within three months is within 1 mm,and the deformation law is basically the same as that before repair.The distributed optical fiber settlement monitoring technology proposed in this paper can realize long-distance and accurate settlement m
9、onitoring of tunnel.Keywords:rail transit;shield tunnel;distributed optical fiber;settlement monitoring收稿日期:20230925作者简介:殷瑞忠(1969),男,江苏南京人,高级工程师,email:njdt_.建 筑 技 术第 54 卷第 21 期2614南京地铁 2 号线集庆门 云锦路区间 1 km 长度作为应用点,建立了基于分布式应变向沉降转化的算法,实现了长距离隧道沉降的分布式监测。1 工程概况南京地铁 2 号线长期结构监测报告显示集庆门 云锦路区间上行线 K8+825K9+935 和
10、下行线K8+503K9+935 里程段沉降数据异常。(1)上行线:根据 2019 年 6 月 22 日和 2019年 6 月 17 日数据进行对比(历时 5 d),上行线道床沉最大沉降 0.6 mm,加密监测期间阶段沉降 29.5 mm(历时 276 d),沉降区域主要集中在K9+422K9+457 区间。(2)下行线:根据 2019 年 6 月 23 日和 2019年 6 月 13 日数据进行对比(历时 10 d),下行线道床沉最大沉降 1.1 mm,加密监测期间阶段沉降 29.9 mm(历时 270 d),沉降区域主要集中在K8+533K8+763 区间。项 目 确 定 监 测 区 间 为
11、 集 云 区 间,里 程K8+800K9+800,全长约 1 km,隧道顶埋深 4.7 14.7 m,区间隧道为盾构管片结构,隧道内径 5.5 m,隧道外径 6.2 m。该区间隧道坐落层为 2b4 和 3b34 淤泥质粉质粘土层。2 传感原理与光缆布设2.1 布里渊传感原理基于布里渊散射光频域分析的分布式光纤感测技 术(BOFDA,Brillouin Optical Frequency Domain Analysis)14。如图 1 所示,BOFDA 技术采用双端测试方法,两种光(泵浦光和斯托克斯光)从光纤回路的两端射入该系统中。光纤测试段受到温度或应变的变化,两种光均发生变化,再通过复杂运算
12、后可得到光纤中具体空间与频移量的关系。该项技术具有较高的测试精度和空间分辨率,在隧道工程的分布式监测领域具有较好的应用前期。泵浦光传感光纤T/斯托克斯光布里渊背向散射光傅里叶逆变换VNAU/t图 1 BOFDA 传感原理2.2 光缆布设方式监测区间为集庆门大街至云锦路区间,分布式应变传感光缆布设于隧道上行线及下行线隧道侧壁,分为轴向布设和 W 形布设,另布设一道分布式温度传感光缆进行温度补偿。轴向应变光缆相邻固定点间距为 1.2 m,布设范围为:上行线 S1S810(K8+825、K9+798),即 1 环 至 810 环(里 程8 825 m 至 9 798 m),下行线 X1X829(K8
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