行業(yè)資訊丨分布式光纖傳感器對滑坡易發(fā)區(qū)隧道的長期監(jiān)測
(本圖文資料源自“光纖傳感Focus”)
近年來,分布式光纖傳感器由于其對大型結(jié)構(gòu)連續(xù)健康監(jiān)測能力而受到了廣泛的關(guān)注和研究。
針對邊坡位移監(jiān)測的需求,意大利坎帕尼亞大學的研究團隊通過基于受激布里淵散射(SBS)的分布式光纖傳感技術(shù)對意大利南部一個受滑坡活躍影響的200米長的鐵路隧道進行了為期三年的傳感監(jiān)測。利用單模光纖的簡單粘貼來監(jiān)測沿隧道兩壁的應變分布,證明了該技術(shù)有助于檢測局部裂縫,確定其在隧道壁上的位置并跟蹤其多年來的演變,在隧道滑坡監(jiān)測領(lǐng)域有重大的潛在價值。

滑坡堆積和監(jiān)測隧道的平面圖
除了抗電磁干擾、高靈敏度、小尺寸、結(jié)構(gòu)可嵌入性、多路復用和遠程詢問能力等光纖傳感器普遍具備的優(yōu)勢外,分布式光纖傳感器還提供了允許利用電信級光纖作為傳感元件的能力,且無需任何附加設備就能以高空間分辨率獲得長距離傳感。基于受激布里淵散射的分布式光纖傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)1米空間分辨率的應變分布測量,靈敏度為±10 με,測量范圍可達幾十公里。
近年來,分布式光纖傳感器被廣泛應用于監(jiān)測鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土隧道或磚石結(jié)構(gòu)隧道和拱頂?shù)耐两Y(jié)構(gòu)相互作用。特別是在隧道中,它們已被用于分析縱向和橫向襯砌變形的長期發(fā)展,支持對開挖引起的地表沉降、土壓力引起的結(jié)構(gòu)變形、與鄰近土方工程和其他地下結(jié)構(gòu)的相互作用、結(jié)構(gòu)退化的解釋。對于邊坡位移監(jiān)測,分布式光纖傳感器已經(jīng)成功地用于嵌入可變形的基礎設施元件,如瀝青路面或底土。與其他現(xiàn)有技術(shù)相比,光纖系統(tǒng)具備空間連續(xù)性測量能力,并支持位移分布的三維重建。此外,由于單次測量幾乎是瞬時的,因此可以輕松實現(xiàn)連續(xù)采集,并且由于光纖傳感器的可變形性,可以長時間進行測量。
通過對意大利南部一個正在發(fā)生滑坡的鐵路隧道進行了為期三年的監(jiān)測,該監(jiān)控系統(tǒng)已被證明在探測和精確定位隧道出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)異常方面具有重大作用,并且當達到確定的閾值時可以用作遠程預警系統(tǒng)來控制整個結(jié)構(gòu)。其潛在能力在滑坡評估行業(yè)中具有廣泛的應用前景。
該監(jiān)測過程如下:
受監(jiān)控的隧道長200米,由八個連續(xù)的扇形區(qū)組成,這些扇形區(qū)由節(jié)距不規(guī)則的節(jié)理隔開。利用傳統(tǒng)的單模光纖作為傳感元件并沿隧道的兩壁手工粘合。

光纖膠合細節(jié)
安裝后,于2016年6月9日獲得了沿光纖布里淵頻移的“零”測量值作為參考基準,并從每次連續(xù)測量中減去該測量值。作為原始測量的示例,圖4中顯示了參考數(shù)據(jù)以及2016年11月21日的測量數(shù)據(jù)。需要注意的是,輪廓線的中心部分對應的是運行在隧道外并連接下行和上行光纖的區(qū)域。在該區(qū)域,BFS受到環(huán)境溫度的強烈影響。通過補償溫度影響,以便從曲線中分離出應變變化。

原始測量結(jié)果
下圖為整個監(jiān)測活動的結(jié)果,應變曲線顯示出一些不規(guī)則性,這主要歸因于光纖粘合過程中引起的應變。除此之外,應變曲線還顯示出許多峰。隧道中的幾次檢查表明,這些峰(圖5中字母所示)對應于四種不同的現(xiàn)象。其中,字母C,P和S分別對應于裂縫,隧道壁上小塊的局部膨脹以及由于水的滲透而導致的鹽沉淀物堆積現(xiàn)象。字母J則對應于節(jié)點的變形峰和隧道扇形的相對位移。

光纖沿上坡(a)和下坡(b)隧道墻指示節(jié)理位置的應變測量結(jié)果
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