高水頭長隧洞中安全監測儀器的埋設安裝結構及安裝方法與流程
2023-05-16 06:11:56 2
本發明屬於巖土工程安全監測技術領域，具體涉及高水頭長隧洞中安全監測儀器的埋設安裝結構及其安裝方法。
背景技術：
在巖土工程中必須安裝安全監測儀器對現場的各個環節進行監測，以便在出現異常時進行預警從而及時採取對應手段。安全監測儀器如鋼筋計、應變計、滲壓計等一般採用差動電阻式、振弦式等電式傳感器。近年來，隨著長距離輸調水工程的實施以及光纖光柵傳感及解調技術的發展，基於光纖bragg光柵（fiberbragggrating,簡稱fbg）傳感器在引水工程中逐步得到應用，這是由於光纖光柵儀器具有長距離信號傳輸、靈活組網、抗電磁幹擾、絕緣要求低等等優勢。
在隧道施工中安裝監測儀器一直屬於施工中的難點，因為隧道距離長、空間小、施工也較粗放，這就導致隧道施工對安全監測儀器的安裝、保護難度相對其他工程來說要大，甚至根本無法安裝，有時即使安裝到位，但在隧洞澆築過程中，也易對監測儀器造成損壞。而且，隧洞襯砌澆築過程中的數據完全無法採集。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明公開了一種高水頭長隧洞中安全監測儀器的埋設安裝結構及其具體的安裝方法，能夠實現在長隧洞之中對安全監測儀器的快速穩定安裝。
為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
高水頭長隧洞中安全監測儀器的埋設安裝方法，包括如下步驟：
步驟一，開挖清基完成後，開始綁紮鋼筋，在鋼筋綁紮完成前在本倉內同步安裝模板臺車軌道，同時模板臺車在鄰倉混凝土位置裝配完成，在同一隧洞監測斷面鋼筋上沿圓周方向安裝多個光纖光柵監測儀器，在隧洞底部鋼筋上固定易拆除的臨時保護木箱，所述多個光纖光柵監測儀器接出的尾纜自臨時保護木箱開口處引入臨時保護木箱內；
步驟二，監測儀器尾纜進入臨時保護木箱後，將這些尾纜逐個串聯起來，保護木箱開口處與線纜之間的空隙採用膨脹泡沫密封，避免混凝土砂漿進入；
步驟三，將各光纖光柵監測儀器串接後與引到下倉混凝土的臨時光纜連接，採用可攜式光纖光柵解調儀測試是否能正常採集連接的全部監測儀器波長，如有波長重疊，則調整串接方式，直至正常測量；
步驟四，模板臺車沿隧道軸向方向的軌道移入混凝土澆築部位，在各項工作完後，模板臺車展開，在其他異形部位用木模封閉後澆築混凝土，在模板臺車進入倉面後澆築混凝土時，按要求的數據採集頻次測量；
步驟五，混凝土完成初凝後，移走模板臺車，將預埋的保護木箱挖出，連接儀器的引出尾纜直接在監測斷面的仰拱部位逐個採集數據；
步驟六，襯砌施工完成後，拆除臨時保護木箱並將其取出，將光纜熔接保護盒安裝在臨時保護木箱在襯砌內留下的空間，將光纖光柵監測儀器串聯或並聯後熔接到主光纜，調試完成後最後全部用混凝土回填。
進一步的，同一個監測斷面的同一組內的光纖光柵儀器的波長測值不重複。
進一步的，光纖光柵監測儀器設至少1個光柵，當設置2個及以上光柵時，每2個光柵間設緩衝區0.5nm。
進一步的，所述步驟二中串聯數量小於5個傳感器或10個波長。
高水頭長隧洞中安全監測儀器的埋設安裝結構，包括若干隧洞監測斷面埋設安裝單元，所述隧洞監測斷面埋設安裝單元包括臨時保護木箱以及若干埋設在同一隧洞監測斷面圓周上的光纖光柵監測儀器，各光纖光柵監測儀器均連接有尾纜，各光纖光柵儀器彼此串聯或並聯，所述臨時保護木箱為梯形，其頂部具有可打開的蓋板，一側具有隧洞中長渠側面相適應的斜面，箱體上設置有開口，各光纖光柵監測儀器接出的線纜均通過所述開口引入至臨時保護木箱內，所述線纜用於連接臨時光纜或主傳輸光纜。
進一步的，所述線纜外套設有保護管。
進一步的，所述保護管為pe管。
進一步的，所述臨時保護木箱埋設在隧洞底部平臺內，其頂面高度小於或等於平臺頂面高度。
進一步的，所述開口設置在保護盒底面上。
進一步的，同一隧洞斷面埋設安裝單元內各光纖光柵監測儀器通過法蘭串聯用於進行施工期觀測。
與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果：
1.有效保護監測儀器引出尾纜，提高儀器埋設完好率，同時可採集到襯砌澆筑後至模板臺車移走這段時間內的監測數據，提高了監測資料的完整性，準確取得基準值，大大提高了其後數據監測的精確性。
2.同一個監測斷面的光纖光柵儀器的波長測值儘量不重複，提高系統波分復用效率。
附圖說明
圖1為本發明隧洞立體示意圖。
圖2為隧洞監測斷面示意圖。
圖3為臨時保護木箱結構示意圖。
圖4為模板臺車展開狀態下隧洞斷面示意圖。
圖5為光纖光柵傳感器串聯波長分布示意圖，圖中：①:應變波長區；②：緩衝區；③：溫度波長區；④：緩衝區。
附圖標記列表：
1-隧洞，2-臨時光纜，3-監測斷面，4-臨時保護木箱，401-開口，402-斜面，403-蓋板，5-光纖光柵儀器，6-尾纜，7-模板臺車，8-模板臺車支撐，9-混凝土襯砌，10-可攜式光纖光柵解調儀，11-長渠。
具體實施方式
以下將結合具體實施例對本發明提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述具體實施方式僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。
本發明提供的高水頭長隧洞中安全監測儀器的埋設安裝方法，包括如下步驟：
步驟一，開挖清基完成後，開始綁紮鋼筋用於澆築隧洞1，在鋼筋綁紮完成前在本倉內同步安裝模板臺車軌道，同時模板臺車7在鄰倉混凝土位置裝配完成，在同一隧洞監測斷面3鋼筋上沿圓周方向綑紮多個光纖光柵監測儀器5，這些儀器接出的尾纜6外套設pe管（也可採用其他具有一定強度的材料替換pe）作為保護，pe管用塑料扎帶綁紮而不用鉛絲，避免混凝土振搗時鉛絲割斷保護管及儀器引出尾纜，確保尾纜不受損傷。隧洞監測斷面3大部分為扇形，隧洞底部為平臺，平臺中部設置有貫通整個隧洞的長渠11，長渠內用於設置主傳輸光纜，長渠截面為上大下小的梯形。在隧洞底部鋼筋上綑紮臨時保護木箱4。臨時保護木箱截面為梯形，頂部寬30cm，底部寬40cm，高度為25cm，長度為100cm。臨時保護木箱頂部設置有可打開的蓋板403，底部設置有開口401，開口尺寸為20×30cm。上述多個光纖光柵監測儀器5接出的尾纜6沿斷面扇形鋼筋繞行後牽引向斷面底部（如圖2所示），並自開口處引入臨時保護木箱內。臨時保護木箱為木製，在隧洞斷面澆築完成後容易拆除取出。固定後的臨時保護木箱的頂面高度應等於或略小於隧洞底部將要成型的混凝土平臺的頂面高度，方便挖出臨時保護木箱。需要說明的是，本發明所指隧洞監測斷面沿隧洞軸向具有一定長度，通常為1至2m。
串聯的fbg傳感器陣列包含多個傳感光柵，解調儀通過反射光波長「尋址」每一個光柵，因此串聯的光柵波長應該具有唯一性，即傳感器的波長在整個量程內要避免重疊，訂貨時要求同一個監測斷面中同一組內的光纖光柵儀器的波長測值不重複，提高系統波分復用效率。光纖光柵應變計或鋼筋計內一般設2個光柵（應變、溫度光柵各1個），應變、溫度光柵在傳感器量程範圍內波長變化幅度在1～3nm間。當然，也可以根據需要僅設置一個或設置更多數量的光柵。為提高解調儀根據波長尋址的可靠性，在每2個光柵間建議設緩衝區0.5nm，避免相鄰的光柵在傳感器量程範圍內變化時波長重疊，波長分布一般如圖5所示。
步驟二，監測儀器尾纜進入臨時保護木箱後，打開蓋板403，這些監測儀器應分成若干組，同一組中監測儀器的尾纜逐個用法蘭進行串聯從而串聯各個監測儀器，一般串聯數量小於5個傳感器或10個波長，同一組內的光纖光柵儀器的波長測值不重複。各組串聯後的監測儀器尾纜自木箱縫隙或木箱開孔引出木箱外，蓋上蓋板並進行固定，臨時保護木箱箱體縫隙及其開口、開孔與尾纜之間的空隙均採用膨脹泡沫密封，避免混凝土砂漿進入。
步驟三，將各光纖光柵監測儀器分組串接後的尾纜接上臨時光纜2，將臨時光纜引到本倉混凝土之外，臨時光纜與可攜式光纖光柵解調儀10連接，如圖1所示，這樣在混凝土襯砌施工時可以正常進行數據採集。採用可攜式光纖光柵解調儀能夠測試是否能正常採集連接的全部監測儀器波長，如有波長重疊，則調整串接方式，直至正常測量。
經過上述步驟之後，高水頭長隧洞中安全監測儀器的埋設安裝結構已安裝完成。如圖1、圖2所示，該結構包括若干隧洞監測斷面埋設安裝單元，每個斷面埋設安裝單元包括臨時保護木箱4以及多個埋設在同一隧洞監測斷面圓周上的光纖光柵監測儀器5，各光纖光柵監測儀器5均連接有線纜，各光纖光柵監測儀器5彼此串聯或並聯。如圖3所示，臨時保護木箱4為梯形，頂部設置有可打開的蓋板403，其一側具有隧洞中長渠側面11相適應的斜面402，箱體上設置有開口401（開口以設置在底部為佳，但根據需要也可改變開口設置的具體位置），各光纖光柵監測儀器接出的線纜均通過該開口引入至臨時保護木箱內，各光纖光柵監測儀器接出的線纜用於連接臨時光纜或主傳輸光纜。
步驟四，模板臺車沿隧道軸向方向的軌道移入混凝土澆築部位，在各項工作完後，模板臺車展開，如圖4所示形成一個完整的扇形。在其他異形部位用木模封閉後澆築混凝土。在模板臺車進入倉面後澆築混凝土時，應按要求的數據採集頻次利用光纖光柵解調儀進行測量。澆築完成後，斷面埋設安裝單元中的臨時保護木箱以及光纖光柵監測儀器都被埋入混凝土中。
上述澆築混凝土的步驟如下：
採用鋼管泵送方式，從模板臺車的活動窗口將混凝土送入。混凝土採用水平分層、對稱泵送入倉澆築。混凝土模板臺車振搗採用附著式振搗器振搗，進料窗周邊插入式振搗器振搗輔助。混凝土泵送軟管從模板臺車的進料窗口(從最底一級窗口逐漸上移)處注入混凝土。倉內薄層平鋪，兩側邊牆對稱下料，單側一次連續澆築高度不超過1m，防止模板整體變形，認真平倉，防止骨料分離，確保連續澆築，避免出現冷縫。
作為優選，混凝土振搗採用人工振搗棒和平板振搗器相結合的振搗方式，底部第2層窗口以下採用人工振搗，以上部位採用均勻布置的8個平板振搗器振搗。這樣混凝土澆築更為均勻。
步驟五，一般在混凝土澆筑後2-3天，混凝土完成初凝，模板臺車移走，將預埋的保護木箱挖出，露出儀器的引出尾纜就可直接在監測斷面的仰拱部位逐個採集數據。
步驟六，混凝土襯砌9施工完成後，光纖光柵監測儀器需要串聯或並聯後熔接到主光纜，此時可以拆除臨時保護木箱並將其取出，將光纜熔接保護盒安裝在臨時保護木箱在襯砌內留下的空間，原有臨時保護木箱內的線纜置入光纜熔接保護盒內，並根據需要對各線纜進行串聯或並聯，調試完成後最後全部用混凝土回填。
本發明方案所公開的技術手段不僅限於上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特徵任意組合所組成的技術方案。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。