用于隧道位移监测的菱形布设新方法

摘要

提出了一种基于弱光栅传感器特性的监测方法，用于长期监测运营期盾构地铁隧道中存在的不均匀沉降和管片水平错动位移。将缆状弱光栅传感器经过预拉伸后，呈菱形固定在盾构隧道的壁面，通过监测弱光栅传感器的形变量，可以判别隧道结构变形的不同模式并计算出隧道变形量，满足工程所需的实时性和精度要求。依据相似比原则，设计制造了1∶5的隧道位移模型，模拟隧道管片的局部伸缩、沉降、水平位移，将光栅传感器固定在壁面上，开展了弱光栅监测灵敏度试验、不同菱形布设角度下弱光栅监测结果对比试验和竖直沉降与水平位移试验，对比监测结果与实际位移量。研究结果表明：(1)在相同沉降情况下，弱光栅菱形布设时的光栅应变量要大于直线型布设时光栅的应变量，菱形布设方法对沉降量的变化敏感度优于传统直线型布设；(2)10°～20°为弱光栅菱形布设较优的倾斜角度区间，监测结果误差较低；(3)以光缆布设倾角为15°的试验数据为基础，建立了弱光栅波长变化与管片位移的反演方程。

关键词

盾构管片 / 位移变形 / 弱光栅传感器 / 菱形布设 / 地铁 / 运营期

基金资助

山东省重大科技创新工程(2019JZZY020314); 湖北省技术创新专项基金项目：(2022BEC040); 中铁第四勘察设计院集团有限公司科研计划重点课题(2020K173); 山东省无机功能材料与智能制造创新创业共同体协同创新基金(WJGTT-XT5)