分布式光纤传感技术与工程应用研究(25)
虽然隧道结构健康监测的这种不连续性给监测工作造成了天然的障碍，但由于隧道失稳是影响隧道结构健康的最大隐患，因此不论是在施工期间还是运营期间，都是以围岩或支护结构的变形（包括位移、应变和应力）为监测的主要方向，根据监测对象的变形程度，并结合隧道具体情况，寻找隧道支护系统中可能存在的损伤或退化。这也正是目前隧道结构健康监测的主要研究发展方向。
5.2.2国外采用光纤传感技术进行隧道监测的工程实例
国内外工程结构监测领域主要的光纤传感器主要包括光纤Bragg光栅传感器(FBG)、Brilliouin光时域反射计(BOTDR)、Fabry-Pérot空腔传感器(FPI)及SOFO点式光纤传感器等。FPI和SOFO分辨率高，但受信号传输和解调技术的限制，布点数量有限，还不能从根本上突破点式测量的局限，比较适用于结构重点部位的监测。分布式可对结构进行大范围监测，测得应变是所在位置后面一定距离（空间分辨率）的平均应变值。
Inaudi[129]介绍了SOFO光纤传感器应用在隧道收敛量测和混凝土结构变形量测的基本原理和实际应用（SOFO一词取自法语surveillance d’Ouvragepar Fibres Optiques，英文解释是structural monitoring by optical fibers）。如图5.2所示，SOFO被植入隧道支护系统内部，通过测量AB两端点之间的位移，来进行隧道收敛量测，同时也可以用于混凝土衬砌厚度的量测。
图5.2. SOFO布设示意图
(a)单点设备，用于测量AB两点的相位对移；
(b)多点设备，用于1、2、3等点之间的相对位移。
瑞士Mt.Terri隧道是一条在建隧道，在它的不远处有另外一条已建成隧道，为了监测修建隧道时土石的受压情况，在Mt.Terri隧道安装了9个彼此间距不等的光纤伸长计，安装位置为从已存的隧道在通向新隧道的小孔洞中。测量结果表明，距离隧道钻孔机（即新隧道位置）较近的光纤伸长计有较大的应变，伸长计的变形量与距新隧道垂直距离的远近呈指数下降趋势。
在瑞士Luzzone堤坝隧道的开挖过程中，为了监测各洞室在开挖前后的变形，采用了两套多点SOFO伸长计，按照水平和垂直方向安装在岩石进行位移量测，见图5.3。根据开挖后的围岩变形量测结果，施工人员得以了解围岩变形的真实情况，以此进行衬砌厚度的优化。
图5.3. 在隧道内安装SOFO光纤传感器
瑞士N5隧道是一条明挖法隧道，由于墙脚和墙面的厚度不均匀，两者的差异收缩将可能降低隧道的挠度和张力。为了监测各断面的膨胀收缩，SOFO传感器被安装在钢筋上，随同混凝土浇筑在隧道结构内，此后数月的监测结果显示，横断面上各不同区域间的混凝土收缩形式存在差异，环境条件如湿度和温度的变化也有一定影响。
SOFO传感器的成功应用表明，监控量测技术、尤其是支护系统变形量测技术的发展已经为隧道结构健康监测提供了可能，以监测支护系统损伤和退化为目的的隧道结构健康监测，正逐渐成为一个贯穿于隧道施工和运营两大阶段的长期监测系统。
5.2.3 国内采用光纤传感技术进行隧道监测的工程实例[107]
在国内分布式光纤传感技术对隧道工程的监测领域中，2002年南京大学的施斌、张丹、丁勇、徐洪钟、崔何亮南京市建设委员会的徐学军以及南京市城建隧道有限责任公司的王镝、王霆采用布里渊散射光时域反射监测技术对南京市鼓楼隧道进行健康诊断。鼓楼隧道位于南京市鼓楼广场地下为连接中央路和中山路的地下干道是鼓楼广场交通改造工程，该工程1994年10月15日开工1996年2月15日隧道全线通车现已运行6年多本次研究取鼓楼西隧道全长750m为试验段采用BOTDR分布式光纤应变监测技术对隧道的整体沉降裂缝的发生和发展进行远程分布式监测探索该技术应用于隧道变形监测的方法和检测方案分析隧道内环境因素如温差和振动等对监测结果的影响和验证监测系统的灵敏性并根据隧道的变形监测结果给出鼓楼隧道的健康诊断。最后对隧道的变形监测结果进行了分析给出了鼓楼隧道的健康诊断研究成果表明该技术应用在隧道安全监测和健康诊断中是十分可行的也是十分有效[114]。