分布式光纤传感技术与工程应用研究(26)
同样在隧道监测工程领域中，浙江大学结构工程研究所的毛江鸿,何勇,金伟良，浙江黄衢南高速公路有限公司张桂生将预埋分布式光纤传感器应用于某在建公路隧道,以对其进行运营阶段整体变形监测。根据地质勘察报告,该隧道Ⅴ级围岩长度为148m,地处雨水丰富的浙江省境内,对其进行整体应变监测是保证隧道健康营运的重要手段。为实现隧道整体变形的全面监测,在拱顶、拱腰及拱脚共5个位置铺设沿隧道全长的光纤传感器。同时沿拱圈全断面铺设光纤传感器,间距依据不同围岩类型选择,Ⅴ级围岩间距5m,Ⅳ级围岩间距10m,Ⅲ级围岩间距20m。该隧道长度达790m,温度的分布沿隧道长度不同,为得到结构精确的应变信息,必须考虑应变测量中的温度补偿问题。通过在应变传感光纤相同位置铺设微管,于其内部气吹松弛状态下的温度传感光纤,作为BOTDA技术的温度补偿光纤。隧道微管布置实景如图8所示,图中标记处为预埋微管。光纤传感器敷设完成后通过通信光缆接入中央控制室的BOTDA,由开发的监测系统可对运营隧道进行实时健康监测。对隧道异常的变形、温度变化给出预警,并通过远程控制通知管理部门,同时依据长期的监测数据对隧道健康状况进行分析诊断[122]。
2004年南京理工大学的丁勇、南京大学的施斌以及云南航天新技术工程有限公司的孙宇、赵永贵等采用BOTDR分布式应变测量技术对云南嵩待公路白泥井3号隧道的拱圈截面变形进行了分布式应变监测，该工程将在下一节作详细介绍[107]。
一、 布式光纤传感技术在云南嵩待公路白泥井3号隧道的工程实例分析[107]
1、工程项目背景
云南嵩待公路白泥井3号隧道位于功山至待补二级公路10合同腰店子段K83+580∼K84+555之间，该路段地处云贵高原东部西段，小江断裂带的东支南延区，总体地势东高西低，海拔2590～2730米，相对高差达140米，属高中山陡坡地形，构造剥蚀地貌。区内山脉多呈北东－南西向，与构造线基本一致。总体坡面倾向西北，沿坡面凹凸不平，平均横坡约22度，局部大于30度。隧道属构造侵蚀中高山地貌区，进口K83+580~K83＋625段地层为二叠系栖霞组灰岩白云岩，K83+625～出口K84＋555为寒武系筇竹寺组页岩夹泥质粉砂岩，两者的接触关系为断层接触，接触带较破碎，易产生坍塌，总体上，隧道区位于卡竹向斜的北西翼，地层为单斜构造，构造相对简单。受区域构造影响，隧道区次级构造发育，岩层产状变化较大，节理裂隙发育[120]。
隧道出口端K84+500∼K84+555段位于一古滑坡体上，在对古滑坡处理后进行出口端正洞的开挖过程中基础出现下沉，下沉达40∼60cm，拱顶变形，侧壁位移，初衬被破坏，严重影响了隧道的质量和施工安全。图5.4（a）是该隧道建成通车前一个月出口端的实景照片，此时隧道结构主体已经完工，临近通车，但从照片上看，洞口上方明显有一处较大面积的滑坡，对滑坡的放大照片图5.（b）则显示该处滑坡曾经被锚杆加固处理过，但在巨大的滑坡作用力下，由锚杆和地梁组成的加固工程遭到了相当程度的破坏。
图5.4 隧道出口端拍摄实景
为确保隧道的运营安全，南京大学光电传感工程监测中心（原南京大学地球环境计算工程研究所）受云南航天新技术工程有限公司的委托，对该隧道开展了基于BOTDR的分布式光纤应变监测工作。项目从2003年11月4日现场考察，11月28日正式进场，12月8日完成全部光纤铺设工作后即进行了第1期监测，2004年3月16日进行了24小时连续观测（第2期），并以此作为基准值，分别于4月15日、5月27日、7月1日、7月22日、8月4日、9月2日、9月26日、10月20日进行了3.10期的定期监测。