基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及隧道及地下工程领域，尤其涉及一种基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统。

背景技术：

2.我国煤炭资源开采利用的规模极大，其开采后形成的采空区极易引起周边围岩位移、开裂、垮塌、大变形等地质灾害。在高速公路建设过程中，受路线总体走向、地形、地质等多种参数的影响，部分隧道不可避免的穿越采空区。尤其是隧道下伏小煤窑采空区、复杂多层采空区，由于其勘察难度大、工况复杂，处治不当极易引起隧道结构开裂、渗漏水、错台、掉块、底板隆起等病害，给高速公路隧道施工及运营安全构成严重的威胁。而且，部分采空区内存在遗煤自燃现象，造成隧道结构温度异常，严重影响隧道结构稳定性及耐久性。
3.目前，对于采空区隧道结构变形及温度监测手段较多，主要采用电阻式、振弦式、机械式传感器对采空区隧道重点部位的应变、温度进行监测，例如中国专利cn103267601b公开了一种采空区覆岩运动稳定性监测系统，其采用两根无缝钢管套接在一起形成活动式套管，并结合压力传感器及位移传感器，对围岩稳定性进行监测。上述专利虽具有一定可操作性，且成本较低，但其为点式监测、精度低、自动化程度低，无法实现采空区隧道的大规模监测。因此，亟需对现有采空区隧道变形及温度监测手段进行优化。

技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统，不仅实现了采空区隧道应变、温度多维参数的一体化监测，而且实现了采空区隧道地质灾害监测的智能化、自动化，具有较好的社会经济效益。
5.本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统，包括沿环向布设在隧道初期支护结构与隧道衬砌结构之间的pvc管，所述pvc管内布设有紧包护套应变感测光缆，并通过注浆体充填；所述隧道衬砌结构表面沿环向布设有定点式应变感测光缆；高强钢丝铠装温度感测光缆沿纵向布设在隧道拱顶、左右两侧拱肩部位的隧道衬砌结构表面；光纤测试仪布设在隧道洞口，连接所述包护套应变感测光缆、定点式应变感测光缆及高强钢丝铠装温度感测光缆。
6.可选地，所述pvc管外径为40mm，壁厚为2mm，内管壁粗糙度应小于90μm，采用u型卡固定在所述隧道初期支护结构表面。
7.可选地，所述定点式应变感测光缆通过多个夹具固定在所述隧道衬砌结构表面，所述夹具包括上夹持件、下夹持件以及用于将所述上夹持件、下夹持件固定在所述隧道衬砌结构表面的膨胀螺丝。
8.可选地，所述紧包护套应变感测光缆采用聚氨酯弹性体材料封装保护，内部为布里渊反射能力较强的smg.652b型纤芯，外径为4mm。
9.可选地，所述定点式应变感测光缆定点间距为1～2m，外径为8mm。
10.可选地，所述高强钢丝铠装温度感测光缆外层由两层钢丝线绞合，外径为8mm。
11.本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
12.(1)本监测系统采用分布式光纤布设在隧道结构内部、表面，并沿隧道环向、纵向进行布设，实现了对采空区隧道应变、温度参数的多维智能监测，可准确反映隧道结构开裂、渗漏水、错台、底板隆起、火灾等一系列病害，避免了传统监测方法成本高、效率低、费时费力的技术弊端。
13.(2)本监测系统采用光纤测试仪实现了采空区隧道的大范围监测，并对监测数据进行自动处理，实现了采空区隧道地质灾害监测的自动化、智能化，推动采空区隧道安全管理朝信息化、智慧化方向发展。
附图说明
14.图1为本实用新型的横断面结构示意图；
15.图2为本实用新型气吹灌浆法的局部放大图；
16.图3为采空区隧道测温光缆布设的纵断面图；
17.图4为夹具的结构示意图。
18.其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
19.1－隧道初期支护结构，2－隧道衬砌结构，3－pvc管，4－注浆体，5－紧包护套应变感测光缆，6－定点式应变感测光缆，7－高强钢丝铠装温度感测光缆，8－夹具，8-1－上夹持件，8-2－下夹持件，8-3－膨胀螺丝，9-光纤测试仪。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.如图1、图2、图3所示，一种基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统，包括pvc管3、注浆体4、紧包护套应变感测光缆5、定点式应变感测光缆6、高强钢丝铠装温度感测光缆7、夹具8、光纤测试仪9；pvc管3沿环向布设在隧道初期支护结构1与隧道衬砌结构2之间；紧包护套应变感测光缆5通过气吹灌浆法布设在pvc管3内，并用注浆体4将其充填；定点式应变感测光缆6沿环向布设在隧道衬砌结构2表面，其采用夹具8按一定间距进行固定；高强钢丝铠装温度感测光缆7沿纵向布设在隧道拱顶、左右两侧拱肩部位的隧道衬砌结构2表面；光纤测试仪9布设在隧道洞口，连接紧包护套应变感测光缆5、定点式应变感测光缆6及高强钢丝铠装温度感测光缆7。
22.如图4所示，夹具8由上夹持件8-1、下夹持件8-2、膨胀螺丝8-3构成，膨胀螺丝8-3长度不小于5cm，将上夹持件8-1、下夹持件8-2固定在隧道衬砌结构2表面。
23.本实用新型优选的pvc管3外径为40mm，壁厚为2mm，内管壁粗糙度应小于90μm，其采用u型卡固定在隧道初期支护结构1表面。
24.本实用新型优选的注浆体4为轻质泡沫混凝土，按配合比(质量比)人造陶粒：轻砂：硅酸盐水泥：水：速凝剂＝3:2.5:1.3:1:0.03配制，其干表观密度不大于1950kg/m3，初
凝时间不大于30min。
25.本实用新型优选的紧包护套应变感测光缆5为苏州南智传感科技有限公司生产的nzs-dss-c07型光缆，其采用聚氨酯弹性体材料封装保护，内部为布里渊反射能力较强的smg.652b型纤芯，外径为4mm。
26.本实用新型优选的定点式应变感测光缆6为苏州南智传感科技有限公司生产的nzs-dss-c08型光缆，其定点间距为1～2m，外径为8mm，抗拉强度不小于30mpa。
27.本实用新型优选的高强钢丝铠装温度感测光缆7为苏州南智传感科技有限公司生产的nzs-dts-c08型光缆，其外层由两层钢丝线绞合，外径为8mm，测试温度范围为-40℃～+85℃，光缆拉伸强度不小于1800n。
28.本实用新型优选的光纤测试仪9为苏州南智传感科技有限公司生产的av6419型解调仪，其空间分辨率应不大于0.5m，应变测试精度应小于20με，温度测试精度为0.5℃，测试距离不小于10km，可实现对隧道应变及温度的大范围监测。
29.本实用新型采用分布式光纤(包含紧包护套应变感测光缆5，定点式应变感测光缆6，高强钢丝铠装温度感测光缆7)布设在隧道结构内部、表面，并沿隧道环向、纵向进行布设，实现了对采空区隧道应变、温度参数的多维智能监测，可准确反映隧道结构开裂、渗漏水、错台、底板隆起、火灾等一系列病害，避免了传统监测方法成本高、效率低、费时费力的技术弊端；且本实用新型采用光纤测试仪实现了采空区隧道的大范围监测，并对监测数据进行自动处理，实现了采空区隧道地质灾害监测的自动化、智能化，推动采空区隧道安全管理朝信息化、智慧化方向发展。
30.以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，以上实施例只能用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统，其特征在于，包括沿环向布设在隧道初期支护结构（1）与隧道衬砌结构（2）之间的pvc管（3），所述pvc管（3）内布设有紧包护套应变感测光缆（5），并通过注浆体（4）充填；所述隧道衬砌结构（2）表面沿环向布设有定点式应变感测光缆（6）；高强钢丝铠装温度感测光缆（7）沿纵向布设在隧道拱顶、左右两侧拱肩部位的隧道衬砌结构（2）表面；光纤测试仪（9）布设在隧道洞口，连接所述紧包护套应变感测光缆（5）、定点式应变感测光缆（6）及高强钢丝铠装温度感测光缆（7）。2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统，其特征在于，所述pvc管（3）外径为40mm，壁厚为2mm，内管壁粗糙度应小于90μm，采用u型卡固定在所述隧道初期支护结构（1）表面。3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统，其特征在于，所述定点式应变感测光缆（6）通过多个夹具（8）固定在所述隧道衬砌结构（2）表面，所述夹具（8）包括上夹持件（8-1）、下夹持件（8-2）以及用于将所述上夹持件（8-1）、下夹持件（8-2）固定在所述隧道衬砌结构（2）表面的膨胀螺丝（8-3）。4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统，其特征在于，所述紧包护套应变感测光缆（5）采用聚氨酯弹性体材料封装，内部为smg.652b型纤芯，外径为4mm。5.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统，其特征在于，所述定点式应变感测光缆（6）定点间距为1～2m，外径为8mm。6.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统，其特征在于，所述高强钢丝铠装温度感测光缆（7）外层由两层钢丝线绞合，外径为8mm。

技术总结

本实用新型公开了一种基于分布式光纤的采空区隧道多维智能监测系统，包括沿环向布设在隧道初期支护结构与隧道衬砌结构之间的PVC管，所述PVC管内布设有紧包护套应变感测光缆，并通过注浆体充填；所述隧道衬砌结构表面沿环向布设有定点式应变感测光缆；高强钢丝铠装温度感测光缆沿纵向布设在隧道拱顶、左右两侧拱肩部位的隧道衬砌结构表面；光纤测试仪布设在隧道洞口，连接所述包护套应变感测光缆、定点式应变感测光缆及高强钢丝铠装温度感测光缆。本实用新型可实现对采空区隧道不均匀沉降、结构变形开裂、温度异常、渗漏水等灾害的大规模监测，其具有现场操作方便、精度高、实时在线、成本低等优势。成本低等优势。成本低等优势。