基于分布式光纤传感技术的基坑监测

基于分布式光纤传感技术的基坑监测

李榕峰

烟台市规划设计研究院有限公司 山东省烟台市  264000

摘 要：随着我国社会经济的快速发展，工业化和城市化建设也不断加快进程，促使基坑建设工程数量日益增加，以往的监测基坑工程技术监测结果与实际相差较大，不能科学准确的基坑开挖工程反映出来。分布式光纤传感技术与其相比具有较大的优势，例如适用性强、分布式测量、装配便捷以及稳定性好等，能够有效对基坑工程安全进行监测。文章以分布式光纤传感技术原理入手，对分布式光纤传感技术运用以及基坑工程分布式监测的有效措施进行探究。

关键词：分布式光纤；传感技术；基坑工程；监测

1 分布式光纤传感技术原理

分布式光纤传感技术是根据布里渊散射光频域技术（Brillouin Optical Frequency Domain Analysis）的一种与传统不同的监测技术，该技术的产生推动着全球传感技术的阶段性发展。其科学研究了探头的泵浦光传递以及难易程度，达到以检测点位置为基础的传递函数目标，具有两个光纤里的声波以及往反方向传递的光波共同影响，背向散射光将会产生偏移现象，这一现象产生的主要原因是由于光线传感器周围温度差异和变化。借助光信号的相对位置与变动程度相对比，进而BOFDA分析器能够对复数传递函数展开计算。同时，复数传递函数利用逆快速傅里叶转化方式进行变换。如果靠近光纤线路上的随便一个位置产生轻微温度变化或者是轴向应变变化时，都会造成布里渊偏移对应的变化，准备测试物体的温度变更量以及应变变更量与布里渊检测器之间具有紧密相连的线性联系。因此 ，运用BOFDA装置检测口测试出的布里渊偏移量能够推测出准备测试物体的温度数值以及应变数值。由于探测光线和泵浦光线在不同的两侧射进过程中会出现反射现象，在双方中会产生一定程度的频率差，这个频率差就被称作布里渊偏移。所以，BOFDA与产生变化的位置的间距W可以根据下方公式W＝(1)计算出来。泵浦光线与探测光线在不同频率下发出的信号程度数值可以通过检测仪明确掌握。检测仪传输出来的讯号运送到具有光基带运送作用的网络分析器中。在网路分析仪在通过快速傅里叶逆变化转变下的输出讯号运送到BOFDA装置中。W＝(1)公式中，W是BOFDA分析仪终端到产生变换位置的距离(m)；n是光纤所具有的折射率；c是真空环境中的光速(m/s)；T是发射出去的脉冲光线和吸收到的散射光线之间的时间间隙(s)。

2 分布式光纤传感技术运用

水利枢纽、地下轨道、江河堤坝、大型桥梁以及高架桥等构筑物都属于大型建设项目，由于受到自然原因或者是其他外部因素等各种要素的影响下，容易促使构筑物促使变形现象，其中具有以下两种主要的呈现样式：一是构筑物大面积或是整体发生规则以及不规则变形，这类变形在其初期不容易被发现，比如部分构筑物发现下沉变形；二是小范围变形，一般都是构筑物上出现一些不规则的裂缝，裂缝间距几厘米至数微米都有，其中变化数量的等级不会很高，通常是发生在构筑物的应力中心区域。对于这些大型建设项目的变形特征，通过科学利用BOFDA的分布式光纤传感技术，可以有效提高这些大型建设项目监测变形状况的效能，所以在监测部分大型建设项目的变形过程中运用和分析分布式光纤传感技术具有关键作用。

3 基坑工程分布式监测的有效措施

3.1 地下管道周围监测

在挖掘基坑的施工过程中，需要将一定范围内的地下线路的变形量合理地管控在准许量内，避免由于线路挤压变形导致其渗漏。科学运用分布式光纤传感技术能够有效监测地下线路的渗漏与变形问题，对地下线路的变形与移动状况实时掌握与监督，进而对挖掘基坑的施工提供有效的指引作用，有利于推动性价比高且安全系数强的线路保障计划的形成。此外，需要在管道表层安装一条光纤光缆，如果管道出现挤压变形情况时，光纤光缆里的应变传感光纤会根据管道实时出现弯曲变形现象，但是传感光纤温度不会根据弯曲变形状况而发生改变，继续对应变传感光纤进行补充温度，有助于完成监测管道散布以及应变情况的工作。同时，通过分布式光纤传感技术掌握的管道沿路每个点的应变数值，借助积分运算，能够掌握管道每个点的下降数值

除此之外，针对供热管道以及天然气管道等，应当在管道底部增加一根温度传感光缆，发挥对管道附近温度的监管与测量作用，进而做好实时监测管道是否渗漏工作。其中的主要规律是:当管道处于安全正常运转过程中，沿路每个点的温度场散布都是正常稳定的；而管道产生渗漏故障时，管道内部的运送载体容易促使管道附近部分温度也出现不良现象。例如供热管道发生渗漏现象，会促使管道内部温度逐渐增加；天然气管道发生渗漏现象，其中的气体扩张会促使降低温度。所以，如果某一时段管道发生渗漏，管道渗漏处周围容易促使其温度场发生变化，有效利用分布式光纤温度传感仪能够及时监测到管道内温度场的变化，进而促使探究管道渗漏处位置准确性的提升。

3.2  围护范围内力监测

部分支撑部件与围护装置是通过运用钢筋混凝土材料加工制作而成的，例如地下连续墙、四周梁以及围檩等都能够将传感光纤分散设置在部件里面或者外面对部件的散布状况与应变程度展开科学的分布式监测，同时仔细运算获得部件轴向力与内力的散布以及变换准确的状况。

传感光纤在地面以下的连续墙、围檩以及四周梁等钢筋混凝土材料制作而成的部件里面的分布设置方式主要是:传感光纤通过钢筋混凝土部件外围，与两侧钢筋相平行进而展开分布设置，借助粘合剂对其表面展开粘合。在传感光纤粘合过程中，应当增设少许预应力，促使部分初期应变出现，有助于末期应变端进行方向定位；将摆放在PVC管中的自由光纤分布设置在传感光纤中间，防止其受到构造挤压变形的不良影响，以及将其用在应变力计量与温度传感结果的低温补偿中。针对使用钢管和H类别钢等基坑内部支撑施工，预应力钢支撑所具备的轴内力监测具有关键作用。利用将传感光纤贴合在支撑部件表层上的方法，同时通过规定标准的钢构造弹性模量，能够科学监测支撑构造的散布与应力状况，以及运算获得其支撑散布与轴内力状况，从而展开支撑受力原理的探究与解析。

通过BOTDR分布式光纤传感技术的有效运用能够获得从支撑轴与部件往整体的散布以及应变，能够科学规避放射状传感器补点由于其任意性导致其部分产生未检测漏洞，提升工程效率与质量。通过运用分布式光纤传感技术监测获得其散布以及应变状况，进而运算得以掌握地面以下连续墙、四周梁等的散布以及内矩力具体状况。与此同时，由于对地面以下连续墙的温度展开分布式监测，能够快速掌握温度监测范围内的水流情况，进而有利于为分析地面以下连续墙有无出现泄露现象提出关键的参照根据。

4 结束语

分布式光纤传感技术对于基坑建设工程而言具有重要作用，同时分布式光纤传感技术还具有装配便捷、分布式监测以及耐用性强等独特优势。作为基坑工程监测的新型手段得到广泛运用，在地铁建设施工过程中可以得到及时、有效以及科学的监测信息，为地铁建设施工提供保障。同时，在基坑建设工程中运用BOTDR技术是实时、安全以及高效的，推动基坑监测体系的发展。

参考文献：

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