建 筑 技 术 开 发 Building Technology Development 工程技 术 Engineering and Fechnology 第45卷 第 14期 20I 8 7 J J
基 于 光 纤 传 感 技 术 的 岩 溶 隧 道 围 岩 变 形
动 态 监 测 研 究 与 应 用
杨 文 奇
(中铁 十四 局集 团第二 工程 有 限公 司 ， 山东秦安 271000)
[摘 要 ]岩溶隧道围岩变形监测在时空、环境 、施工等影响因子耦合作用下，若沿袭传统监测方法往往不能达到监测效果。
故以马口排隧道为项目依托 ，采用理论分析与现场监测相结合的技术方案，~~--5口排隧道围岩变形情况进行了动态监测，并对 监测数据进行深入研究，以为类似工程提供借鉴
[关键词 ]光纤传感 ：岩溶隧道 ：嘲岩变形 ：动态监测
[中图分类号 ]U455 4 [文献标志码 ]A [文章编号 ]1001—523X (201 8)14 0085 02
Research and Application of Surrounding Rock Deform ation Dynam ic M onitoring
of K arst Tunnel Based on O ptical Fiber Sensing Technology
Yang Wen—qi
l Abstract J The monitoring of surrounding rock defonnation of karst tunnels can not achieve the monitoring effect if the traditional
monitoring methods follow the couplmg effect oftime and space，environment and construction This paper analyzes the deforu~afion of、
the surrounding rock of the Maokou tunnel by means of the technical scheme combined with the theoretical analysis and the on．．the．．spot
monitoring，and makes an in—depth study on the monitoring data ． In order to provide a reference f0r similar projects 【Keywords J optical fiber sensing：karst tunnel：surrounding rock deformation：dynamic monitoring
随荷隧道 1：捏建设规模的扩久， 岩溶区修建隧道的工
程也逐渐增 多。 岩溶区地质情况复杂 多变，大型溶洞、裂
隙等 良地质众多，在隧道掘进过 t 罔岩稳定性被破坏
而产，1i塌力的现象屡屡发生，对 I：撑进度、 作肯人身安全
等经济放蕊f【]计会效益影响较大，冈此颈对同岩变形进行动
态 洲，以确保施lr安全。
近 来，众多学背对光纤传感技_术的成用及隧道围岩变形
情况进行 J 研究，但主要从理论层皿进行研究，而 I 程应用情
况尚处于探索阶段 有的学者将 FBG返川到边坡及水利工程
方丽，似岩溶隧道地顾情况更为复杂，研究结论 能较好的
_7{}川 ；彳『的 进行审内模 试验肢卡炎拟研究，但模型小能
较 体现岩溶隧道复杂地质情 ， fIl拟参数也产乍较人变化。
敞以 I 1排隧道为例，运用光纤传感技术对隧道典型剖
面 岩的变形进行动态舱测，结 合 洲结果对岩溶隧道 围岩
稳定忖：进 判定，根据围岩变形速『Il= _jll寸问关系判断嘲岩稳
定 嫂，朴{据位移与时间关系判定 松动 ，以为类似隧
道支护措施和施 方法等的选择提供借 干i】参考依据。
l 光纤传感技术基本原理
1．1 数据传输原理
堪f兕纤传感技术对隧道围岩变J 进行动态监测，其数
传递原 为 ：光纤传感器收集⋯崭变形数据，通过 GPRS
技术实现数据到 瓯联嘲固定 IP服务器的传递，之后传递剑中
Lb：k~L处 端埘数据进行护理、分析 ( 1)。 1 2 数据处理原理
光线 光纤f}1传播主要存在瑞利 Rayleigh、喇曼 Raman、
伽．q： 渊 Bri／Iouin等3种敞射类 。结合3种散射类 ，选用不
发，1 弹lf叶 散射的瑞利波为信息传递光溉。
瑞利波的漂移垦表达式为 ：
v(s) 1 (0) _dr(c) ￡ (1) Q￡
收稿日期 ：201 8 03 03
基金项目：旧家自然科学基金 (41372289)
作者简介：杨文奇 (1983一)，男，安徽阜阳人，工程师，专要研究
方向为隧道与地下工程施工。
日GK FIt( R 1__ ＼
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罔l 数据传输原理示意 (计算机截 )
式中 ： ( )为瑞利波漂移量 ；v(o)为初始漂移量 ；( f 【l，
为比例系数 ：s为)匕纤轴向』、 变。
对光纤变 化前后 的漂移量进行换算，得}f{光纤J、 f
再结合光线发 与 收的时间 ，按照式 (2)进行汁讳 1
光线各点的变化 离 ：
Z=Vgr／f2n1 (2)
式中 ：Z为距离变化母 ； 为光纤应变值 ：t为光
与叫收的时『f1】筹 ； 为在光纤中设置的临测点数量。
最后计 得到光纤各点的位移变形量 ，
2 围岩稳定的判据
隧道 岩变形足同岩心力发生变化时整体结构失稳，州 电
围岩产生位移。故位移町用来反映闹岩稳定性。以实删fIIJ_ l极
限值的对比作为 岩稳定性的判断准则。若实测值小 极
值，围岩处 j 稳定状态 ；若 测值等于极限值，刚柑处 川
方的临界状态 ；若实测值人于极限值，同岩失稳， { 塌
3 工程概况
3 1 隧道概况
马 口排隧道位于构造溶蚀低山地貌 元区。隧道 越Il J
体呈南北向延伸，地表植被发 ，山体两侧自然斜坡总体’
东陡西缓，tl J
基于光纤传感技术的岩溶隧道围岩变形动态监测研究与应用（论文）.pdf
