一种基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测方法与流程

1.本发明涉及工程结构检测技术领域，更确切地说，它涉及一种基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测方法。

背景技术：

2.在水利工程中为了输水或泄洪，常穿山开挖建成封闭式的输水道，称为水工隧洞。按其担负任务的不同，可分为放水隧洞和泄水隧洞。放水隧洞用来从水库中放出用于灌溉、发电和给水等所需的水量；泄水隧洞用于配合溢洪道泄放部分洪水、泄放水电站尾水、为检修枢纽建筑物或因战备等需要而放空水库以及排沙等。按照隧洞内水流状态，又可分为有压隧洞和无压隧洞，从水库引水发电的隧洞一般是有压的，灌溉渠道上的输水隧洞常是无压的。水工隧洞的断面也分为多种类别，对于有压隧洞多采用圆形断面；当水压力不大时多采用便于施工的直墙圆拱断面(城门洞型断面)；当地质条件较差、底部受力过大时采用带有仰拱的马蹄形断面；为了行人车辆通行采用矩形断面或类似矩形断面；有些采用盾构施工方式的则采用椭圆形断面。
3.在水工隧洞施工过程中，为了使衬砌与围岩紧密结合、改善传力条件和减少渗漏，则需要进行回填灌浆，即将水泥浆体加压灌注到衬砌与围岩之间的空隙中。灌浆前，一般先用压缩空气吹扫管孔并用水冲洗。灌浆顺序是自下而上进行，并利用上孔排气，在轴线方向要间隔循环进行，拱顶部位设检查短管，当管内有浆液流出时，即表明空隙已被浆液充满。但是，如果排气孔设置不当或者工人施工不规范，便极易在隧道的顶部产生回填灌浆缺陷，这会影响衬砌与围岩之间的联合作用，削弱隧洞的承载能力。所以，在水工隧洞回填灌浆之后，需要及时将缺陷精准检测出来，并采用二次注浆的方式进行修复。
4.现有的水工隧洞回填灌浆质量检测方法主要有人工敲击法、钻芯取样法、探地雷达法和超声波检测法等。人工敲击法主要依靠检测者的经验，个人主观意识强，检测精度低；钻芯取样法是局部采样检测方法，不能反应整个隧洞的回填灌浆质量，并且会对结构造成损伤；探地雷达法和超声波检测法虽是无损检测方法，但都是点时测量的方式，需要在结构上布设大量的测点，检测效率低、精度差，容易出现灌浆缺陷的漏检。

技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测方法。
6.第一方面，提供了一种基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测方法，包括：
7.步骤1、将加热丝螺旋缠绕在分布式光纤传感器的外侧，使用胶水将二者进行固定；
8.步骤2、制作传感器固定装置，在传感器固定装置的上部刻制螺纹，下部焊接内径略大于分布式光纤传感器和加热丝的圆环；
9.步骤3、使用冲击钻在围岩顶部按照一定间隔钻出与传感器固定装置上螺纹尺寸匹配的孔洞，将传感器固定装置安装于孔洞中；
10.步骤4、将分布式光纤传感器和加热丝依次穿过所有的传感器固定装置的圆环中，拉伸分布式光纤传感器的两侧使其保持基本平直；
11.步骤5、将水泥浆体灌注到混凝土衬砌和围岩之间的缝隙中，完成水工隧洞的回填灌浆施工；
12.步骤6、待水泥浆体固化之后，将分布式光纤传感器两端与数据采集仪器电连接，将加热丝两端与调压装置电连接，准备进行水工隧洞回填灌浆质量的检测；
13.步骤7、将调压装置通电，使加热丝向周围均匀释放热量，同时数据采集仪器连续采集分布式光纤传感器所测量的围岩顶部的实时分布式温度数据；
14.步骤8、一段时间后，停止加热丝的加热和分布式光纤传感器的数据采集；
15.步骤9、根据分布式光纤传感器所测量的分布式温度数据，绘制围岩顶部的温度分布曲线，若温度分布曲线全段基本保持水平，则该段水工隧洞的回填灌浆质量良好，若温度分布曲线上某一位置出现温度异常区域，则该位置存在灌浆缺陷。
16.作为优选，所述分布式光纤传感器是温度传感器，所述分布式光纤传感器带有金属铠装保护。
17.作为优选，所述数据采集仪器包括适用于单模和多模传感光纤的基于布里渊散射、拉曼散射和瑞利散射的各种分布式光纤数据采集仪器。
18.第二方面，提供了一种基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测装置，用于执行第一方面任一所述水工隧洞回填灌浆质量检测方法，包括：加热丝、分布式光纤传感器、传感器固定装置、数据采集仪器和调压装置；其中，所述加热丝缠绕在分布式光纤传感器的外侧，所述分布式光纤传感器通过所述传感器固定装置固定在围岩顶部，所述分布式光纤传感器的两端与所述数据采集仪器电连接，所述加热丝的两端与所述调压装置电连接。
19.本发明的有益效果是：本发明只需要将分布式光纤传感器借助传感器固定装置安装在水工隧道的顶部，便可以一次性采集整段隧道顶部的温度数据。将所采集的数据绘制温度分布曲线并识别温度异常区域，便可以精准、快速地将回填灌浆缺陷进行识别和定位。该方法测量简单、快速，可以将一段水工隧道同时进行检测，不会存在点式检测方法由于测点分布不够密集而导致内表层空腔漏检的情况。并且，该方法属于无损检测技术，不会对结构造成破坏，检测成本较低。
附图说明
20.图1为水工隧洞顶部温度数据采集示意图；
21.图2为传感器固定装置示意图；
22.图3为水工隧洞顶部的温度分布曲线；
23.附图标记说明：1、加热丝，2、分布式光纤传感器，3、传感器固定装置，4、螺纹，5、圆环，6、围岩，7、水泥浆体，8、混凝土衬砌，9、数据采集仪器，10、调压装置，11、温度异常区域，12、灌浆缺陷。
具体实施方式
24.下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
25.实施例1
26.针对现有的水工隧洞回填灌浆质量检测方法中检测精度低、效率差等问题，本发明提出采用分布式光纤测温技术进行水工隧洞回填灌浆质量的检测方法。该方法可以一次性测量隧洞顶部的分布式温度数据，克服了传统点式检测方法效率低、易漏检的局限。分布式光纤传感器通过固定装置布设在水工隧洞的顶部，若在施工过程中出现回填灌浆缺陷，则分布式光纤传感器势必会与缺陷相接触。由于水泥浆体与空气的导热系数差别较大，在加热条件下，灌浆缺陷位置与密实混凝土位置会出现较大的温度差异。进一步，绘制出所检测的水工隧道顶部的温度分布曲线，若全段温度分布曲线保持基本水平，则该段水工隧洞回填灌浆质量较好；若温度分布曲线中某一位置存在温度异常区域，则该位置存在回填灌浆缺陷，以此实现水工隧洞回填灌浆质量的检测。
27.具体地，如图1所示，本发明提供的基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测方法包括：
28.步骤1、将加热丝1螺旋缠绕在分布式光纤传感器2的外侧，使用胶水将二者进行固定；分布式光纤传感器2是温度传感器，并带有金属铠装保护，施工过程中不易损坏；
29.步骤2、制作如图2所示的传感器固定装置3，在传感器固定装置3的上部刻制螺纹4，下部焊接内径略大于分布式光纤传感器2和加热丝1的圆环5；
30.步骤3、使用冲击钻在围岩6顶部按照一定间隔钻出与传感器固定装置3上螺纹4尺寸匹配的孔洞，将传感器固定装置3安装于孔洞中；
31.步骤4、将分布式光纤传感器2和加热丝1依次穿过所有的传感器固定装置3的圆环中，拉伸分布式光纤传感器2的两侧使其保持基本平直；
32.步骤5、将水泥浆体7灌注到混凝土衬砌8和围岩6之间的缝隙中，完成水工隧洞的回填灌浆施工；需要说明的是，步骤5的过程容易在隧洞顶部产生图1所示的灌浆缺陷12；
33.步骤6、待水泥浆体7固化之后，将分布式光纤传感器2两端与数据采集仪器9电连接，将加热丝1两端与调压装置10电连接，准备进行水工隧洞回填灌浆质量的检测；数据采集仪器9包括适用于单模和多模传感光纤的基于布里渊散射、拉曼散射和瑞利散射的各种分布式光纤数据采集仪器
34.步骤7、将调压装置10通电，使加热丝1向周围均匀释放热量，同时数据采集仪器9连续采集分布式光纤传感器2所测量的围岩6顶部的实时分布式温度数据；
35.步骤8、一段时间后，停止加热丝1的加热和分布式光纤传感器2的数据采集；
36.步骤9、根据分布式光纤传感器2所测量的分布式温度数据，绘制围岩6顶部的温度分布曲线(如图3)，若温度分布曲线全段基本保持水平，则该段水工隧洞的回填灌浆质量良好，若温度分布曲线上某一位置出现温度异常区域11，则该位置存在灌浆缺陷12。
37.本发明所提出的水工隧洞回填灌浆质量检测方法，借助传感器固定装置将分布式光纤传感器和加热丝共同布设在水工隧洞顶部，获取了热驱动下隧洞顶部的分布式温度数据。通过绘制隧洞顶部的温度分布曲线并识别温度异常区域，实现了回填灌浆缺陷的识别
和定位。该方法简单快捷，检测精度高，不易出现缺陷漏检的情况，为水工隧洞施工提供了有效保障。
38.实施例2
39.一种基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测装置，包括：加热丝1、分布式光纤传感器2、传感器固定装置3、数据采集仪器9和调压装置10；其中，加热丝1缠绕在分布式光纤传感器2的外侧，分布式光纤传感器2通过传感器固定装置3固定在围岩6顶部，分布式光纤传感器2的两端与数据采集仪器9电连接，加热丝1的两端与调压装置10电连接。
40.综上所述，本发明通过将分布式光纤传感器布设于水工隧道的顶部，采集加热过程中水工隧道顶部的分布式温度数据；进一步识别温度分布曲线上的温度异常区域，实现水工隧洞回填灌浆缺陷的识别和定位。

技术特征：

1.一种基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测方法，其特征在于，包括：步骤1、将加热丝(1)螺旋缠绕在分布式光纤传感器(2)的外侧，使用胶水将二者进行固定；步骤2、制作传感器固定装置(3)，在传感器固定装置(3)的上部刻制螺纹(4)，下部焊接内径略大于分布式光纤传感器(2)和加热丝(1)的圆环(5)；步骤3、使用冲击钻在围岩(6)顶部按照一定间隔钻出与传感器固定装置(3)上螺纹(4)尺寸匹配的孔洞，将传感器固定装置(3)安装于孔洞中；步骤4、将分布式光纤传感器(2)和加热丝(1)依次穿过所有的传感器固定装置(3)的圆环中，拉伸分布式光纤传感器(2)的两侧使其保持基本平直；步骤5、将水泥浆体(7)灌注到混凝土衬砌(8)和围岩(6)之间的缝隙中，完成水工隧洞的回填灌浆施工；步骤6、待水泥浆体(7)固化之后，将分布式光纤传感器(2)两端与数据采集仪器(9)电连接，将加热丝(1)两端与调压装置(10)电连接，准备进行水工隧洞回填灌浆质量的检测；步骤7、将调压装置(10)通电，使加热丝(1)向周围均匀释放热量，同时数据采集仪器(9)连续采集分布式光纤传感器(2)所测量的围岩(6)顶部的实时分布式温度数据；步骤8、一段时间后，停止加热丝(1)的加热和分布式光纤传感器(2)的数据采集；步骤9、根据分布式光纤传感器(2)所测量的分布式温度数据，绘制围岩(6)顶部的温度分布曲线，若温度分布曲线全段基本保持水平，则该段水工隧洞的回填灌浆质量良好，若温度分布曲线上某一位置出现温度异常区域(11)，则该位置存在灌浆缺陷(12)。2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测方法，其特征在于，所述分布式光纤传感器(2)是温度传感器，所述分布式光纤传感器(2)带有金属铠装保护。3.根据权利要求2所述的基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测方法，其特征在于，所述数据采集仪器(9)包括适用于单模和多模传感光纤的基于布里渊散射、拉曼散射和瑞利散射的各种分布式光纤数据采集仪器。4.一种基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测装置，用于执行权利要求1至3任一所述水工隧洞回填灌浆质量检测方法，包括：加热丝(1)、分布式光纤传感器(2)、传感器固定装置(3)、数据采集仪器(9)和调压装置(10)；其中，所述加热丝(1)缠绕在分布式光纤传感器(2)的外侧，所述分布式光纤传感器(2)通过所述传感器固定装置(3)固定在围岩(6)顶部，所述分布式光纤传感器(2)的两端与所述数据采集仪器(9)电连接，所述加热丝(1)的两端与所述调压装置(10)电连接。

技术总结

本发明涉及一种基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测方法。适用于工程结构检测技术领域。本发明所采用的技术方案是：提供了一种基于分布式光纤测温的水工隧洞回填灌浆质量检测方法，包括：步骤1、将加热丝螺旋缠绕在分布式光纤传感器的外侧，使用胶水将二者进行固定；步骤2、制作传感器固定装置，在传感器固定装置的上部刻制螺纹，下部焊接内径略大于分布式光纤传感器和加热丝的圆环；步骤3、使用冲击钻在围岩顶部按照一定间隔钻出与传感器固定装置上螺纹尺寸匹配的孔洞，将传感器固定装置安装于孔洞中；步骤4、将分布式光纤传感器和加热丝依次穿过所有的传感器固定装置的圆环中，拉伸分布式光纤传感器的两侧使其保持基本平直。持基本平直。持基本平直。