分布式光纤传感技术与工程应用研究(27)
2、 监测设计
在设计监测线路时，我们将拱顶、左侧拱和右侧拱作为了监测的重点，并以此为依据设计了4条线路，见图5.5：
1号线，沿隧道轴线连续布设在K84+339至K84+531左侧拱的墙面上。
2号线，沿隧道轴线连续布设在K84+339至K84+531右侧拱的墙面上。
3号线，环绕拱顶连续布设，从K84+339至K84+531每隔24m即有一个绕拱。
4号线，沿隧道轴线连续布设在K84+339至K84+531拱顶的墙面上。
图5.5光纤布设施工草图
按照设计方案，所有4条监测线路一律在K84+531处汇总，与一根四芯光缆相接，引入隧道出口端的控制室内。为了防止由于光纤局部断裂所造成的信号损失，特别在K84+350处另接一条光缆，与4条监测线路相接，引入控制室内，形成回路。这样，即使在某条线路中出现了一个断点，也可以通过两头监测的方法得到完整的监测数据。
但是，这种回路设计只适合于单一断点的情况，如果在一条监测线路中出现两个或两个以上的断点，就会在断点之间的区域形成信号缺失。为了解决这个问题，在监测线路上每隔20m留出一个2.3m冗余段，光纤松弛盘绕在墙面上，不受墙面变形的影响，这样即使出现了多个断点，也可以将断点两头相邻的冗余段剪开对接，重新铺设两个冗余段之间的20m区间，以减少由于断点而造成的信号损失。
另外，由于光纤不受墙面变形的影响，因此它只对温度敏感，可以作为温度传感器使用，用以监测隧道内的温度变化。
3、 监测方案
光纤传感线路的现场铺设工作始于2003年11月底，至2004年2月光缆接入监测中心后全部完成。2004年3月16日，进行了第一次24h连续观测，并以此次数据的平均值作为基准值，为后期的监测数据提供对比依据。在其后的半年多时间里，一共进行了8次定期监测，分别是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。这其中7、8、9三个月是当地的雨季，有可能引发隧道所在山体滑坡，对隧道结构造成破坏，因此这三个月的监测频率略大于其他时期。
4、 数据处理
(1)、数据采集、过滤和投影
用BOTDR仪器现场采集的数据，是以其特有的STR方式存储在仪器内的硬盘当中，只有通过特定的阅读软件才可以在BOTDR或计算机上阅读监测数据，这样就对后期的数据处理造成了困难。为了方便用户对数据进行后期处理，BOTDR仪器提供了纯文本格式的数据输出格式，用户可以通过局域网将仪器内部的数据文件导入计算机，并以纯文本格式存放。
在获得了纯文本格式的监测数据后，下一步的工作是将光纤的应变数据转化成隧道结构的应变，这要借助于定位信息对两者关系的解释。在云南白泥井3号隧道的监测项目中已经运用了数据处理程序，用以将光纤的应变值投影到隧道结构上。该程序不仅可以自动识别定位信息，从而完成应变值投影的工作，还可以将多组数据进行拼合，组成一条完整的监测线路，这对像1号线这样两头监测、有多组数据的线路尤其适用。另外，由于每期中对各条监测线路都是连续进行三次测量，因而程序自动将多次测量的结果取平均值，以减少测量误差。
(2)、基准值
光纤应变数据要成为隧道结构的应变，仅仅经过定位信息的投影是不够的，因为这些应变数据还不能表示结构的变形，只是光纤的应变状态的一种反映，而光纤的应变状态实际上包括了两个部分，一是光纤在安装时的初始应变，二是受结构变形作用而产生的相对应变。光纤的初始应变状态受施工条件所限，不可能做到与结构的应变状态相一致，因此BOTDR应变测量实际上是一种相对测量，只要将光纤的初始应变扣除，就可以获得光纤受结构变形作用而产生的相对应变，从而得出结构自光纤安装后的相对变形。