基于分布式光纤感测技术的超深地下连续墙接缝渗漏监测系统

基于分布式光纤感测技术的超深地下连续墙接缝渗漏监测系统

王春许

合肥市轨道交通集团有限公司

【摘 要】地下连续墙作为城市轨道交通工程中地铁车站最常用的一种围护结构形式，具有施工噪音低、墙体刚度大、工效高、经济效益高等优点，但因现阶段施工工艺的局限性，其需进行分幅施工，接缝处为渗水频发区；在基坑开挖期间接缝渗漏水为重大风险源，如何提前监测到开挖作业面处地下连续墙接缝是否存在缺陷尤为重要，本文就一种新型基于光纤感测技术的监测方法应用进行分析及总结。

【关键词】 地下连续墙；接缝渗漏水；分布式光纤；感测技术

1、概述

随着城市的发展,城市轨道交通车站工程施工的基坑挖掘深度因使用性能不断加深,被广泛用于地下车站围护结构的地下连续墙也随之加深，超深地下连续墙地质情况相对复杂，施工难度大，地下连续墙接缝处理质量难以保证。现阶段地铁车站在基坑土方开挖期间地下连续墙渗漏水现象较为普遍，但随着基坑开挖深度加深，基坑内外水压差增大，若不能及时对地下连续墙接缝渗漏水进行处理，将会出现涌泥涌砂现象，极大地增加了基坑开挖风险。

传统的监测方法中使用最为广泛的是采用水准仪、全站仪进行地面水平位移、地面沉降监测；采用埋设测斜管的方式，人工获取地连墙体的水平位移；采用轴力计进行混凝土支撑、钢支撑的轴力的监测。这些方法虽然可以满足监测精度的需要，但是普遍存在智能化程度不高、耗费人力成本大等缺点。相比普通基坑，超深大基坑具有很强的区域性、综合性及较强的时空效应，同时施工周期较长，常常经历多次降雨、周边堆载、振动等许多不利条件，安全的随机性较大，事故发生往往具有突发性，因此对其变形监测提出更高的要求，而常规的监测手段很难完全满足这些要求。

2、基于分布式光纤感测技术的地下连续墙接缝监测系统简介

图1 光缆在不同介质下的升温差异图

利用分布式光纤测温技术，在地连墙接缝位置布设可加热的分布式温度感测光缆，通过给光缆加热，制造与周边环境的温度差异，实现缺陷与渗漏检测。

导致地连墙存在安全稳定性问题或发生灾难性破坏的原因多且复杂，其中渗透变形与渗漏破坏占较大比重。因地连墙大多具有长距离线性分布的工程特点，传统的地连墙安全监测技术存在测点少、点状分布、成本高等原理性缺陷，无法全面满足地连墙渗漏监测的技术需要，容易发生危险区域的漏测问题，存在安全隐患。因地连墙渗流不可避免，其渗漏监测的关键在于能够及时、准确地探测出墙内渗漏位置、流量大小以及渗漏范围。

传统渗流监测主要借助于测压管、渗压计等技术手段，分别通过渗透压力和渗流量来监测其渗流异常情况。因地连墙内温度场在渗流场作用下表现为周期性平稳分布，地连墙渗流异常将引起温度场的局部异常，通过监测渗流作用下墙内温度场的分布及变化过程或异常现象，可以判断出墙内的渗流异常情况即渗漏发生。

基于分布式光纤温度传感技术的渗漏监测系统随着分布式光纤测温技术的日益完善，逐渐应用于地连墙渗漏监测。地连墙中预先埋设分布式测温光纤，渗流异常或渗漏发生时，渗流场变化必然引起温度场的异常变化，利用分布式测温光纤测得温度场异常区域，可以精确定位地连墙渗漏地点或区段。

该系统旨在地铁车站基坑开挖期间能对土方未开挖至地下连续墙接缝渗漏水处提前预报，施工单位能提前对接缝渗漏点进行处理，降低基坑开挖风险。

光纤监测技术主要有以下优点：

 （1）分布式监测，可实现结构的每一点变形监测，不漏检漏监，提高监测的有效性；

 （2）实施简单，集成性高。传感器仅为一条光缆，现场操作简单。

 （3）性价比高，无需传感器，无需现场供电长期稳定性高。

 （4）预埋光纤耐腐蚀，抗干扰，能贯穿整个基坑土方开挖施工过程。

 （5）长距离监测，可将整个基坑变形监测进行集成，大大提高监测效率。

3、分布式光纤感测系统实施

图2 光纤监测系统基坑布设示意图

实施步骤：

(1) 地下连续墙钢筋笼加工期间将将钢绞线光缆沿钢筋笼主筋进行绑扎（顶部采取保护措施避免桩头凿除过程中损坏），下放至槽段内；

(2) 冠梁支撑施做过程中，将预埋光缆预留至冠梁上部，并采取保护措施。

（3）基坑开挖前及过程中，利用分布式光纤测温技术，通过感测渗漏引起的局部温差原理，对墙体发生渗漏进行探测。

（4）对发现地连墙接缝存在混凝土浇筑缺陷部位及时采取止水加固措施，避免在基坑开挖期间产生安全风险。

注意事项：①光缆埋设过程中应绑扎在地下连续墙钢筋笼雄端，避免地下连续墙成槽刷壁过程中对其造成损坏；②施做冠梁及第一道混凝土支撑过程中，应加强对预埋光纤的保护；③基坑土方开挖作业前对地连墙接缝光纤应进行多次测量，综合分析测量数据，避免人为操作误差；④在基坑土方开挖作业期间应结合传统监测技术，再次按计划进行地下连续墙接缝缺陷监测。

4、地下连续墙接缝缺陷处理

根据地下连续墙接缝缺陷对基坑开挖作业安全风险的影响大小采取适宜的处理措施进行处置，以下对常见的缺陷处理措施进行简要介绍：

（1）坑外注浆止水加固，采用高压旋喷桩或袖阀管在坑外对地下连续墙接缝处进行注浆处理，根据具体水文地质条件进行浆液配比。

（2）导流堵漏，基坑土方开挖期间发现地连墙接缝渗漏水流较小情况下可用快干水泥将接缝进行封堵，在封堵水泥中预埋导流管，待封堵水泥强度达到要求时，将导流管扎结。

（3）坑内注浆止水加固，在基坑内部对接缝缺陷处进行针眼注浆，注浆材料多采用环氧树脂或聚氨酯，利用注浆材料发泡进行接缝渗漏水封堵。

5、结论：

城市轨道交通建设中地下连续墙接缝缺陷一直以来都是困扰施工技术人员的重要问题，能否采取有效地监测手段对缺陷进行监测并采取有效的处理措施对基坑土方开挖风险有着重要意义，地下连续墙在手工过程中受环境因素、水文地质条件、施工工艺的影响较大，本文介绍了一种新型基于分布式光纤感测技术的监测技术，结合传统监测手段，能有效地进行地下连续墙接缝缺陷监测，极大的降低了基坑土方开挖期间的风险。

参考文献：

[1] 丁勇, 施斌, 崔何亮, 等. 光纤传感网络在边坡稳定监测中的应用研究[J]. 岩土工程学报, 2005, 27(3): 338-342.

[2] 隋海波, 施斌, 张丹, 等. 边坡工程分布式光纤监测技术研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2008 .