Page 32 - 网络电信2019年3月刊下

基于分布式光纤感测技术的苏州盾构隧道管片

变形监测分析

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朱宁 王兴 2
1. 苏州轨道交通集团有限公司 2. 苏州南智传感有限公司
摘要：随着我国城市化进程的加快，地铁盾构隧道以其经济优势以及对城市地面交通影响小等特点，成为
了解决城市道路拥堵的一个重要途径。然而，随着服役时间的增加隧道本身会出现各种不同程度的变形破坏
问题，需要及时全面监测诊断及维护。文章阐述了分布式光纤感测技术的监测优势，详细介绍了分布式光纤
感测技术在盾构隧道监测中的监测内容、监测方案。以苏州地铁2号线盾构隧道管片变形监测为例，监测结果
表明：在盾构管片变形最大的施工期，盾构隧道的变形问题更多的集中在管片接缝处，管片本身的变形远小
于管片接缝处变形，应变异常区域往往提示管片伸缩缝变形过大或渗漏水处。光纤传感技术在隧道监测中具
有广泛的应用前景。
关键词：分布式光纤感测技术；盾构隧道；地铁；管片变形监测

引言 李丽芳等（2004）在汕梅高速公路隧道中应用光纤分布式温度
城市地下铁路（地铁）是城市轨道交通的重要组成部分。 监测火灾自动报警系统—DTS系统，实现隧道运营期的温度监测
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盾构隧道作为城市地铁轨道、机电设备和列车运行的主要结构 和火灾报警 ；魏刚等（2006）在厦门翔安海底隧道采用了光
载体，已经在上海、南京、广州、深圳、武汉等各地得到了广 纤光栅传感技术作为施工监测监控的测试元件，并计划在隧道
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泛应用 。然而，随着服役时间的增加，隧道本身会出现各种 建成后组建长期监测系统 。
不同程度的变形破坏问题，需要及时全面监测、诊断及维护 综上，分布式光纤监测技术可突破传统点式传感技术的局
[2] 。 限，实现地铁盾构隧道长距离的分布式监测，获取隧道的整体
目前在地铁隧道结构健康监测中的传感元件主要是电阻 变形状况，从而为隧道结构健康诊断和维护提供科学依据。本
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式、刚弦式及电感式等点式传感器 。这些点式传感器普遍存 文以苏州地铁2号线盾构隧道监测为例，详细介绍分布式光纤感
在监测点少，存在漏检漏监情况、布设困难，容易受到周围电 测技术在盾构隧道监测中的监测内容、监测方案、监测结果等
磁场和使用环境因素影响，从而导致数据失真等缺点。传统的 应用。
监测技术与观测方法已无法满足现代地铁隧道监测的要求，因
此亟需研发先进的监测技术与方法以满足盾构隧道结构健康监 一、盾构隧道光纤监测
测。 1、盾构隧道光纤监测技术
光纤感测技术是20世纪80年代伴随着光导纤维及光纤通信 （1）光纤布拉格光栅技术
技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体，光纤为媒介， 光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，缩称FBG）是一
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感知和传输外界信号（被测量）的新型传感技术 。 种在感测光纤上刻制而成的波长选择反射器。在FBG中，反射光
该技术以其分布式、耐久性好、长距离、耐腐蚀等优点， 的中心波长由下面的布拉格条件来确定：
在岩土体变形监测中得到了大力发展。光纤感测技术应用于盾 λ B =2n eff Λ （1）
构隧道结构健康监测还处于起步阶段，目前尚未形成一个完整 式中，λ B 为反射光的中心波长，n eff 为栅区纤芯的有效折
的盾构隧道结构健康光纤监测技术体系，但已有不少学者开展 射率，Λ为光栅栅距。只有满足布拉格条件的光才能被光栅反
[8]
了相关的研究工作，施斌等2002在南京市鼓楼隧道和玄武湖隧 射。应变和温度是两个能直接引起λ B 产生漂移的物理量 ，在
道采用了布里渊散射光(BOTDR)的分布式光纤感测监测技术，对 光纤弹性范围内，反射波长的变化与应变的变化线性相关，即
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隧道的整体沉降、裂缝的发生和发展进行远程分布式监测 ； 根据波长的变化就能得到应变的变化量。

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