基于蒸发增强型DTS技术的管道常温液体渗漏监测试验研究

管道渗漏的实时监测和渗漏点的精准定位对保障排水管道安全运行具有重要作用。为了弥补常规管道渗漏监测方法存在的不足,基于分布式温度感测技术,在蒸发式湿度测量原理的基础上提出了一种蒸发增强型分布式温度传感(EEDTS)监测法。通过室内试验研究了EEDTS光缆对管道常温液体渗漏监测的可行性,并探究了风速和湿度对监测结果的影响。试验结果表明:采用EEDTS法监测管道渗漏具有良好的可行性,当环境湿度为38%RH~73.9%RH时,实测温差为2.46~5.13℃,且风速大的环境形成的温差会更大,更有利于管道渗漏的识别。该方法简单易行,具有体积小、抗电磁干扰、分布式、实时监测等优点,为管道常温液体渗漏的监测提供了新的思路。

一种新型光纤光栅应变计的温度补偿方法研究

目的:为了降低光纤光栅应变传感器的温度影响程度,提高监测盾构隧道结构应变的准确性,需对该类传感器的温度补偿方法进行优化。方法:介绍了一种常用光纤光栅应变传感器的结构及工作原理,采用铝合金和铜2种已知热膨胀系数的材料作为传感器附着基底,开展了自由及约束状态下光纤光栅应变传感器的温度循环试验,基于测试结果,提出了在2种状态下的温度补偿方式,并对补偿后的可靠性进行了分析。将该类传感器应用于宁波轨道交通1号线天童庄出入段盾构隧道的管片应变监测,获取了温度影响下应变传感器的测试结果。结果及结论:相关试验及应用表明:在自由状态下应变计的温度系数近似等于光栅本身光学效应的温度系数加上温补光栅附着金属的膨胀系数。在约束下,应变光栅的温度系数近似等于光栅本身光学效应的温度系数加上待测基材的膨胀系数,该温度补偿方法能有效减少光纤光栅应变计进行温度补偿的误差,实际应用中得到了可靠的监测效果。

弱光栅技术在隧洞深层围岩变形监测中的应用

隧洞深层围岩变形监测对确保隧洞工程安全具有十分重要的意义,但传统监测技术难以满足目前隧洞监测的要求。弱光栅传感技术具有高密度、高精度和耐腐蚀性等特点,为隧洞监测领域提供了新的思路和技术手段。本文以平阳县南湖分洪隧洞工程为例,基于弱光栅技术设计了隧洞深层围岩变形监测方案,实现了对隧洞钻爆开挖期和开挖后期的深层围岩变形的原位实时监测。研究结果表明:本文研发的弱光栅感测光缆装置可以有效监测隧洞深层围岩变形;变形主要发生在浅部围岩,随着围岩深度增加变形程度减小;隧洞的钻爆开挖施工影响围岩变形,横向范围可以达到160m,纵向深度范围可以达到25m,且以围岩收敛变形为主;开挖后期围岩变形较小,保持基本稳定状态。研究结果可为同类隧洞工程变形监测与评价提供相应参考。

基于光纤光栅的水闸基坑支护结构变形自动化监测与分析

基坑的支护结构变形决定着基坑工程的安全性。针对目前临河基坑支护结构监测技术与分析的不足,将光纤监测技术应用于临河基坑工程。以绍兴某水闸的基坑工程为例,将光纤传感光缆和传感器分别安装在围护桩和支撑结构上,进而实现在开挖过程中远程自动化获取支护结构的精细化变形信息。监测结果表明:光纤监测技术能够及时准确获取支护结构的变形信息。通过分析支护结构监测结果与地下水位变化情况,得出基坑外部的地下水位快速下降是导致围护桩变形的主要原因。

盾构隧道分布式沉降光纤监测技术应用研究

为解决城市轨道交通盾构隧道施工期及运营期长距离沉降监测的难题,基于布里渊(BOFDA)技术提出了一种长距离分布式沉降监测方法。建立了相应的应变–位移算法,并通过室内试验进行验证。将该方法应用至南京地铁2号线工程中,实现了1 km长度上的分布式沉降变形监测。结合人工水准测量数据,对光纤监测结果进行验证,研究结果表明:监测段隧道经过注浆修复后,达到了较为显著的稳固效果,3个月时间内整体变形量在±1 mm以内,变形规律与修复前基本一致。所提出的分布式光纤沉降监测技术可以实现隧道长距离、精准沉降监测。

土工离心机光纤光栅测试系统及其模型试验研究

光纤光栅传感技术(Fiber Bragg Grating,简称FBG)具有准分布、测量精度高、抗电磁干扰强和实时监测等优点,其传感器可根据监测对象要求小型化。介绍了一套土工离心机光纤光栅测试系统,包括系统的软硬件构成,FBG解调仪,FBG传感器小型化,锚杆、桩基、测斜管以及挡土墙感测模型的制作工艺等。通过一组土工离心机边坡模型试验,验证了该系统应用于土工离心机模型多参量监测的可行性,显示出该系统具有结构简单,测量内容多,测试精度高,量程大,抗电磁干扰强,系统工作稳定,配套光纤光栅传感器重量轻、体积小、可准分布布设、形成整体监测网络等优点,为土工离心机试验监测提供了一种新的手段。

基于弱光栅技术的钢管桩静载荷试验

弱反射布拉格光栅感测技术是密集准分布式应变感测技术的一种,并将其应用在海上钢管桩的竖向静载荷试验中。从弱光栅感测技术原理展开,说明弱光栅独特的测试与监测优势。在工程实例中进行竖向静载荷试验,对比利用弱光栅光纤感测技术与分布式光纤感测技术所获竖向静载试验应变数据,试验结果表明在不同荷载下二者所获得的应变相对误差大部分低于50με,在同一荷载下二者所获得的平均误差值不大于30με。通过误差分析来体现弱光栅在静载荷试验中的准确性。由此进一步通过弱光栅计算桩身轴力和侧摩阻力测试结果来反映桩身内力的分布变化规律以及桩身承载特性,即在最大荷载的作用下桩端阻力所承受的荷载不足总荷载的十分之一且侧摩阻力的峰值约在埋深为96.5~108.5m之间。以此说明弱光栅在海上钢管桩实际项目中监测应用的可行性。

基于BOFDA的感测光纤温度系数影响因素研究

在使用感测光纤对被测物应变进行监测时,由于光纤中的布里渊散射光对温度和应变同时敏感,所以当温度影响需要剔除时,通过探究光纤温度系数影响因素来进行合理的温度补偿就显得尤为重要。基于布里渊光频域分析技术(BOFDA),针对8种不同光纤的护套、涂覆层、附着基质等因素,研究了分布式光纤的温度系数影响因素。结果表明,涂覆层对光纤温度系数的影响可忽略不计,护套热膨胀会带动裸纤的变形使其温度系数增大,Hytrel、聚氨酯两种护套材料会在45℃软化失去对裸纤的影响;光纤附着基质为非金属材料时,光纤温度系数由裸纤、护套、基质三者共同决定;当基质为金属材料时,光纤温度系数仅由裸纤和基质决定;据此提出了一种对感测光纤整体进行温度补偿的新思路,即当温度变化ΔT时,可用温度系数来表示实际计算时需要剔除的布里渊频移量。

基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统

光纤监测技术具有分布式、精度高等特点,在地面沉降监测中具有独特优势。但受限于监测成本较高与监测环境复杂,目前地面沉降光纤监测多通过人工采集数据,限制了在特殊环境变化情况下地面沉降的实时信息获取。文章在地面沉降钻孔全断面光纤监测技术的基础上,设计并建立了基于弱光栅技术的地面沉降自动化监测系统。该监测系统利用弱反射光栅、时分复用、物联网和数据库等技术,通过4G无线通信手段实现了地面沉降在线自动化监测和远程数据实时采集,并通过客户端系统软件实现数据的存储、查询和分析。将其应用到衡水地区地面沉降监测中,结果表明:钻孔内土层压缩变形主要发生在以黏性土为主的隔水层(Ad2、Ad3、Ad4);受季节性地下水开采的影响,钻孔100~400 m深度范围内砂土含水层存在波动变化,在监测期内,冬季略回弹,随后春季地下水开采量增大,地下水位下降,土层呈现压缩趋势。监测结果验证了该系统的可行性与准确性,使得整个地面沉降监测流程趋于自动化、规范化和低成本化,具有广泛的应用前景。

光纤感测技术在轨道交通运营线路中的应用

为解决城市轨道交通工程在施工和后期运营过程中隧道差异沉降、结构变形、基坑渗水与失稳及周边建筑物变形等安全问题。依托宁波市轨道交通运1号运营线,采用分布式光纤传感技术实现长距离隧道的管片变形和差异沉降监测,利用布拉格光纤光栅技术实现了隧道断面和结构变形自动化监测,结果显示监测段隧道变形较小,较为稳定。项目的成功实施,证明了光纤传感技术在轨道交通工程结构监测中的有效性,具有广泛的应用和推广价值。

分布式光纤技术在隧道变形监测中的应用

目前,隧道的安全服役离不开安全监测和预警,分布式光纤技术为隧道的安全运营提供一种全新的技术保障手段。为解决隧道的差异性沉降监测难题,从实验室内光纤轴向拉伸监测变形和Z字形布线方式监测差异沉降的原理及其在某隧道内的应用效果2个方面,阐述分布式光纤监测技术在隧道工程中的应用。无论室内的等级光纤拉伸和还是Z字形布线方式,位移和应变的对应关系都呈现出良好的线性比例关系,为工程实际应用提供理论依据。从工程监测结果来看,分布式定点应变感测光缆能实现对管片接缝变形的准确定位和毫米级接缝宽度感知,Z字形光缆布设方式也能对隧道内管片差异沉降实现精准感知,充分体现分布式光纤监测技术在隧道结构健康监测中的鲜明优势。

基于弱光栅技术的基坑围护结构变形自动化监测研究

地连墙的失稳和破坏会造成重大的经济损失和人员伤亡,因此对地连墙的变形监测尤为重要。然而,传统监测技术难以高效准确地获取地连墙分布式位移数据。针对目前地连墙深部位移监测技术的不足,本文提出了一种基于弱光栅技术的基坑围护结构变形监测方法,并将其应用到深圳某基坑工程中,对开挖过程中地连墙的变形情况实时监测,结果表明:本文提出的监测技术可实时获取地连墙的应变、弯矩、位移等变形信息,精准地确定地连墙的状态,为保障基坑工程安全顺利的施工提供一种可靠的技术手段。

基于BOFDA的地下连续墙变形监测技术研究

为解决传统的位移监测技术多为点式,易出现漏检等问题,基于布里渊光频域分析(BOFDA)技术,进行地下连续墙变形现场监测的方法与技术研究,给出依据分布式光纤监测的应变数据换算地下连续墙变形的计算方法,并采用传感光缆直埋入地连墙的布设方式对墙体进行分布式、精细化的监测。将该技术和施工方法应用于软土地区某基坑工程进行验证,结果表明:BOFDA技术能够很好地反映墙体变形的发展过程,开挖深度大,地连墙最大应变位置发生下移,应变数据经过计算后将得到地连墙分布式的位移数据。

基于光纤感测技术的盐城陈家港地面沉降精细化过程研究

大量开采地下水引发的地面沉降破坏建筑物和生产设施,对人类生活、生产经济产生了巨大的影响。结合准分布式和全分布式光纤监测技术,对盐城市陈家港一个350 m深钻孔进行了两年半的监测,分析了该区域地下含水层水位变动情况及受水位变动影响的地下土层变形特征。监测结果表明:陈家港地层应变变化较为明显的是地表至地下25 m范围内,其余深度土层变形较为稳定;该地地下水呈季节性波动循环,土层变形总体呈现出压缩回弹的循环波动变形;深部含水层变形主要受水位变化影响,浅部含水层变形还受其他因素控制。光纤监测技术为研究地面沉降提供了更精细化的监测手段,对重点层位的控制与治理具有重要意义。

分布式温度感测技术在金坛地区地层导热性能评价中的应用

为了确定常州市金坛地区地下热物性系数,为浅层地热能的开发提供理论依据,基于线热源理论将分布式温度感测技术(distributed temperature sensing,DTS)与现场热响应技术(thermal response test,TRT)相结合,利用分布式热响应试验(distributed thermal response test,DTRT)及主动加热光纤的热响应试验(active heating optical fiber thermal response test,ATRT),对该地区不同深度地层的导热系数进行了监测计算和分析评价,并比较了不同技术的监测结果。试验结果表明:基于DTS技术的DTRT相比于传统TRT,可以实现各土层导热系数的分布式测试;ATRT计算得出的各层导热系数分布趋势与DTRT趋势大体相同,证明了将ATRT应用到导热系数的测试中的可行性。并且,相比TRT和DTRT,ATRT耗时更短耗能更低的优势,这也使得ATRT技术在地温场监测中具有较大的潜力。

基于弱光栅技术的大断面输水隧洞深层围岩变形监测

隧洞深层围岩变形的准确监测能够提高隧洞的施工效率和安全性。利用弱光栅技术对平阳县某输水隧洞深层围岩变形进行监测。监测结果显示:隧洞围岩应变变化较小,围岩稳定性总体上较好,同时弱光纤光栅感测光缆监测结果与传统监测结果基本一致,符合事实情况。监测方案和监测结果可为类似工程提供参考。

海上钢管桩运营期分布式光纤自动化监测系统研究

近年来,海上风电发展势头迅猛,大直径钢管桩基础作为海上风机最主要的基础形式,其长期运营安全尤为重要。本文介绍了一套基于密集分布式光纤技术的海上钢管桩自动化监测系统,结合技术类型、传感光缆、解调设备,论述了围绕该系统的自动化监测内容及实现方式。将系统应用于实际风电钢管桩工程,实现了桩基础应变分布、竖向应力分布、水平应力及挠度分布的在线监测,获得了海上钢管桩基础运营期间的应力与变形状态,测试时间段内,管桩最大弯曲应变115με,最大水平位移46 mm,评价处于安全状态。该系统的应用也为海上桩基础分布式、自动化监测提供了一种新的技术手段。

基于DTS的地下连续墙接头处渗漏预测

地下连续墙作为深基坑的支护墙体,具有良好的强度和安全稳定性。但墙体的不完整性会引起渗漏问题的发生,严重影响墙体的功能。针对地下连续墙的渗漏问题,设计模型试验探索了不同加压功率、不同加压时长下不同含泥量混凝土的温升稳定情况,通过温升曲线中的异常点,可分析墙体的完整性及发生墙体渗漏情况,提出了基于分布式光纤温度感测(Distributed Temperature Sensing,DTS)技术的地下连续墙混凝土浇筑完整性检测方法及对地下连续墙接头处渗漏的预测方法。以昆明地铁四号线的深基坑地下连续墙项目为例,介绍了利用DTS监测地下连续墙渗漏的感测光缆及其布设方法,对比检测结果及现场实际渗漏情况,验证了这一方法的可行性和有效性。

基于FBG智能锚杆的大断面输水隧洞结构健康监测研究

光纤光栅技术(FBG)由于其体积小、结构简单和抗干扰能力强等优点在隧道等恶劣环境中被广泛应用,将光纤布拉格光栅技术与支护锚杆相结合,提出基于FBG的智能锚杆监测手段,介绍智能锚杆的测试原理、制作过程,通过室内试验对智能锚杆测点波长变化量与锚杆受力大小的关系进行标定,结果表明其具有较高的线性拟合度。进一步将FBG智能锚杆应用于平阳大断面输水隧洞围岩变形监测中,并结合FBG应变计获取的钢拱架应变数据对锚杆支护效果进行评价。监测结果表明智能锚杆能够实现较为准确的围岩应力测量,在钻爆隧洞施工阶段,锚杆从表面沿深度方向所受压力逐渐减小,由于锚杆的支护作用,降低了钢拱架的受力强度。

基于DTS的地下连续墙浇筑完整性检测技术研究

地下连续墙浇筑质量的检测是保证基坑开挖安全进行的关键。传统的墙体完整性检测方法均存在一定局限性。因此,本文基于分布式光纤温度感测技术(Distributed Temperature Sensing,DTS),将DTS测温光缆呈U型布设于地连墙中,通过检测混凝土产生水化热的升温过程来反映墙体浇筑的均匀性,进而对墙体的完整性进行定性判断。结合昆明市轨道交通4号线工程项目,对基坑开挖前的地连墙进行温度检测,并详细分析检测结果,定性判断出N-121墙体浇筑完整性较差,N-23墙体浇筑完整性较好。在基坑开挖过程中发现N-121墙体发生地下水渗漏现象,而N-23墙体无异常现象,证明了DTS用于地连墙浇筑质量检测是可行和有效的,利用该方法可为地连墙完整判断提供指导。