塞8以及環(huán)氧樹脂膠9,基準(zhǔn)點(diǎn)1布設(shè)在距隧道軸線 水平距離3~5倍洞徑的位置;監(jiān)測(cè)點(diǎn)3以隧道軸線為軸呈對(duì)稱狀等間距分布;套管6下方設(shè) 置有固定支架5及混凝土底座4;空心圓管7固定在套管6內(nèi)部，空心圓管7的內(nèi)壁上設(shè)置有3 個(gè)凹槽10(第一凹槽、第二凹槽以及第三凹槽），第一凹槽與第二個(gè)凹槽、第三凹槽之間的夾 角分別為180°、90°，每個(gè)凹槽10內(nèi)布設(shè)1根分布式光纖2;空心圓管7兩端設(shè)置有止膠塞8;空 心圓管7內(nèi)部注入環(huán)氧樹脂膠9,將分布式光纖2與空心圓管7粘結(jié)為一體。
[0025] 分布式光纖2為緊包護(hù)套應(yīng)變感測(cè)光纜，其纖芯外側(cè)用聚氨酯彈性材料封裝保護(hù)， 該光纜直徑為2mm，重量為2kg/km。
[0026] 混凝土底座4縱向截面為梯形，上底邊長(zhǎng)為40cm，下底邊長(zhǎng)為20cm，高度為50cm，其 埋置深度不小于1.5m。
[0027] 空心圓管7長(zhǎng)度為10cm，外徑為6cm，內(nèi)徑為5cm，其內(nèi)側(cè)設(shè)置有3個(gè)凹槽10,凹槽10 橫截面尺寸為3mmX 3mm;在凹槽10中布設(shè)分布式光纖2時(shí)，應(yīng)保證1號(hào)光纖11、2號(hào)光纖12的 連線與3號(hào)光纖13垂直。
[0028]本實(shí)用新型的施工方式是：
[0029] (a)在距隧道軸線水平距離3~5倍洞徑的地表處開挖基坑，澆筑混凝土底座4,并 安裝固定支架5，隨后在固定支架5上部焊接套管6;
[0030] (b)將空心圓管7固定在套管6內(nèi)部，應(yīng)保證空心圓管7與套管6粘結(jié)牢固；
[0031 ] (c)將3根分布式光纖2分別嵌入空心圓管7內(nèi)的3個(gè)凹槽10中，在空心圓管7兩端安 裝止膠塞8,并向空心圓管7內(nèi)部注入環(huán)氧樹脂膠9,基準(zhǔn)點(diǎn)1布設(shè)完成；
[0032] (d)根據(jù)步驟(a)~（c)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)3,使得監(jiān)測(cè)點(diǎn)3以隧道軸線為軸呈對(duì)稱狀等間 距分布。
[0033] 如圖4所示，當(dāng)某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨地層產(chǎn)生下沉?xí)r，3根光纖監(jiān)測(cè)到的應(yīng)變值分別為￡1 (X)、ε2(χ)、ε3(χ)，由于光纖應(yīng)變值ε(χ)為軸向應(yīng)變?chǔ)?(χ)與彎曲應(yīng)變e b(x)之和，即：
[0034] e(x) = ea(x)+eb(x) (1)
[0035] 根據(jù)幾何關(guān)系可得：
[0036] ￡b(x) =-Rcos(9)/p(x) (2)
[0037] 其中x為光纖上某一點(diǎn)至基準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離;R為空心圓管外徑，Θ為1、2號(hào)光纖連 線與水平方向之間的夾角，p(x)為光纖彎曲的曲率半徑。
[0038] 由于ε(Χ)&ε3(Χ)為軸呈余弦波動(dòng)，且1、2號(hào)光纖呈對(duì)稱狀分布，因此可得：
[0041]由于3號(hào)光纖與1、2號(hào)光纖連線垂直，則：
[0039]
[0040]
[0042]
(5)
[0043] 根據(jù)式(5)可知ε?(Χ)、ε3(Χ)為互余關(guān)系，則夾角Θ為：
[0044]
(66)
[0045] 某監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移Δ Η為：
[0046]
(7)
[0047]式中，L為某監(jiān)測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)間的水平距離；因此，將式(2)、式(6)代入式(7)中即 可得出某監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地表沉降量。
[0048]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照最佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本 實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范 圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于分布式光纖傳感的隧道地表沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:所述基于分布式 光纖傳感的隧道地表沉降監(jiān)測(cè)裝置包括分布式光纖、設(shè)置在距隧道軸線水平距離3~5倍隧 道洞徑的基準(zhǔn)點(diǎn)以及以隧道軸線為軸呈對(duì)稱狀等間距分布的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn);所述基準(zhǔn)點(diǎn)以及 監(jiān)測(cè)點(diǎn)均設(shè)置有安裝基座，所述分布式光纖設(shè)置在基準(zhǔn)點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安裝基座中并將基 準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)相連通。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分布式光纖傳感的隧道地表沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于： 所述安裝基座包括混凝土底座、固定支架、套管以及空心圓管;所述套管套裝在空心圓管外 部;所述套管的管壁通過固定支架與混凝土底座相連;所述空心圓管的內(nèi)壁開設(shè)有第一凹 槽、第二凹槽以及第三凹槽；所述第一凹槽與第二凹槽以及第三凹槽之間的夾角分別是 180°以及90° ;所述第一凹槽、第二凹槽以及第三凹槽中均布設(shè)有一根分布式光纖。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于分布式光纖傳感的隧道地表沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于： 所述安裝基座還包括填充在空心圓管中的環(huán)氧樹脂膠以及設(shè)置在空心圓管兩端部的止膠 塞。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于分布式光纖傳感的隧道地表沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于： 所述混凝土底座的縱向截面呈梯形，所述混凝土底座的上底邊長(zhǎng)不大于40cm，所述混凝土 底座的下底邊長(zhǎng)不大于20cm，所述混凝土底座的高度不大于50cm，所述混凝土底座的埋置 深度不小于1.5m。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于分布式光纖傳感的隧道地表沉降監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于： 所述空心圓管的長(zhǎng)度不大于l〇cm，所述空心圓管的外徑不大于6cm，所述空心圓管的內(nèi)徑不 大于5cm，所述空心圓管內(nèi)壁上開設(shè)的第一凹槽、第二凹槽以及第三凹槽的橫截面尺寸均為 3mmX 3mm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的基于分布式光纖傳感的隧道地表沉降監(jiān)測(cè)裝 置，其特征在于:所述分布式光纖是緊包護(hù)套應(yīng)變感測(cè)光纜，所述分布式光纖的纖芯外側(cè)封 裝有聚氨酯彈性材料保護(hù)層，所述分布式光纖的直徑是2mm，重量是2kg/km。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于分布式光纖傳感的隧道地表沉降監(jiān)測(cè)裝置，基于分布式光纖傳感的隧道地表沉降監(jiān)測(cè)裝置包括分布式光纖、設(shè)置在距隧道軸線水平距離3～5倍隧道洞徑的基準(zhǔn)點(diǎn)以及以隧道軸線為軸呈對(duì)稱狀等間距分布的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；基準(zhǔn)點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)均設(shè)置有安裝基座，分布式光纖設(shè)置在基準(zhǔn)點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安裝基座中并將基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)相連通。本實(shí)用新型提供一種可操作性強(qiáng)以及成本較低的基于分布式光纖傳感的隧道地表沉降監(jiān)測(cè)裝置。
【IPC分類】G01C5/00, G01D5/353
【公開號(hào)】CN205175392
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520892811
【發(fā)明人】薛曉輝, 張軍, 宿鐘鳴, 姚廣, 孫志杰
【申請(qǐng)人】山西省交通科學(xué)研究院, 山西交科公路勘察設(shè)計(jì)院
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年11月10日