地铁盾构管片监测报告

在应变测量中，为了克服温度对测量的影响，由 4.3 式可以看出，在测量系统可
采用同种温度环境下的光纤光栅温度补偿传感器进行克服。
在本监测项目中，具体的光纤 Bragg 光栅应变传感器、温度补偿传感器及土
压力测量杆如图 4.2a、b、c、d 所示。
图 4.2a 铠装应变传感器
4.2b 温度补偿传感器
图 4.2c 管片应变传感器
ΔλBε = λB (1 − Pe ) ⋅ Δε = Kε ⋅ Δε
式（4.2）
式中， Pe 为光纤的弹光系数； Kε 为测量应变的灵敏度。
由于温度变化也会引起的 Bragg 光栅波长的变化，其两者关系如 4.3 式所示：
ΔλBT = (a + ξ ) ⋅ ΔT = KT ⋅ ΔT
式（4.3）
式中， a 为 Bragg 的热膨胀系数，ξ 为 Bragg 的热光系数。
4、监测原理
本项目在监测右线隧道推进过程中对左线管片应变及两隧道间土体变形影 响时选用先进的光纤 Bragg 光栅传感器，并配以 Si425 光栅解调仪作为数据采集 器，通过相应的计算公式计算得出桩体各点的微应变，从而分析右线隧道推进过 程中对左线隧道的影响；在监测左线隧道位移时采用自主研发的拉线式传感器并 配以 KLA-MSG16 采集发射模块进行数据采集。 4.1、光纤 Bragg 光栅传感技术
北京科力安科技有限公司承担了其中管片应变监测（光纤 Bragg 光栅传感器）、右线隧 道推进过程中对两隧道间土体压力监测（光纤 Bragg 光栅传感器）及左线隧道位移监测（拉 线式传感器）等三项监测任务。
2、监测目的
通过监测了解隧道管片应变的变化特征、掌握右线隧道推进过程中对两隧道 间土体受力的影响程度并明晰左线隧道位移的基本情况，为地铁施工的正确分析 评价、预测预报及事故补救等提供可靠的资料和科学的依据。
图 4.3 Si425 光栅解调仪
该仪器的特点是精度高，灵敏度好，可靠性高，测量点多，测量范围大，传
感器结构简单、尺寸小，适于各种应用场合，抗电磁干扰，抗腐蚀，能在比较恶
劣的化学环境下工作。
该仪器可应用于桥梁，大坝，建筑，钢结构，飞机，轮船，石油平台，输油
管道，混凝土，锅炉等的应力应变及温度测量。
该仪器的主要技术参数如下：
《工程测量规范》（GB50026-93）；
《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97）；
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《岩土工程安全监测手册》，刘俊峰等编，中国水利水电出版社。
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入射光谱 反射光谱
外包层
Bragg 光栅
纤芯 透射光谱
入射光谱 λ
透射光谱 λ
λ 反射光谱
图 4.1 FBG 传感器原理图
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北京地铁十号线十一标段南小街变线加固段监测报告
1、工程概况
北京地铁十号线十一标段位于北京市朝阳区，北三环和东三环的交界处，地 理位置十分突出。该段工程沿线建筑物密集，商贸繁荣，交通十分紧张，其区间 隧道基本通过饱水的砂卵石、且含有少量大粒径漂石的地层中，其施工方法为采 用加泥式土压早衡盾构机进行区间隧道施工。
Байду номын сангаас
由 4.2 式可知，基于此原理的光纤光栅应变传感器是以光的波长为最小计量
单位的，而目前对光纤光栅 Bragg 波长移动的探测达到了 pm 量级的高分辨率。
因而其具有测量灵敏度高的特点，而且只需要探测到光纤中光栅波长分布图中波
峰的准确位置，与光强无关，对光强的波动不敏感，比一般的光纤传感器具有更
高的抗干扰能力。该传感器的动态范围大(达 10000με)，线性度好。另一方面，
图 4.6 拉线式位移传感技术原理图
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5、测点布置
测试选定 5 个典型断面进行测点布置，测试断面示意图如图 4.1 所示： 测试断面 No.1：(管片环号：1140) 测试断面 No.2：(管片环号：1186) 测试断面 No.3：(管片环号：1219) 测试断面 No.4：(管片环号：1254) 测试断面 No.5：(管片环号：1287)
（1）光纤 Bragg 光栅传感器 光纤光栅传感技术是利用紫外光在光纤内部写入的光栅反射或透射布喇格 波长光谱，实现被测结构的应变和温度量值的变化测量。光纤光栅的反射或透射
波长光谱主要取决于光栅周期 Λ 和反向耦合模的有效折射率 neff ，任何使这两个
参量发生改变的物理过程都将引起光栅布喇格波长的漂移，正如 4.1 式所示：
波长范围：1525——1566nm；
光学通道数：4 个；
每通道最大传感器数量：128 个（4 通道共 512 个）；
重复性：典型 2pm（1.7με，最大 5pm）；
精度：+/- 1pm；
扫描频率：250H；
典型光栅结构：切趾型，反射率>90%，BW<0.25nm；
动态范围：25dB；
光学接头：FC/APC。
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4.2d 土压力测量杆 网 址：
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（2）Si425 光栅解调仪 Si425 光栅解调仪（如图 4.3 所示）是由美国 micron optics 公司提供的最新 传感技术产品。该仪器是一个大功率、高速度、多传感器的测量系统。该仪器使 用了 Micron Optics 专利技术校正波长扫描激光器，4 根光纤可连多达 512 个传感 器。
图 5.1 右线隧道线路变化处 5 个典型测试断面布置示意图
6、监测实施方案
6.1、左线隧道管片变形监测实施方案 (1)测点位置 监测在如图 5.1 所示五个断面进行。各断面光纤光栅传感器监测如图 5.1 所
4.1、光纤 Bragg 光栅传感技术 ...................................- 2 4.2、拉线式位移传感技术 .......................................- 6 5、测点布置.....................................................- 7 6、监测实施方案.................................................- 7 6.1、左线隧道管片变形监测实施方案..............................- 7 6.2、两隧道间土体压力监测实施方案..............................- 9 6.3、左侧隧道位移监测实施方案 ................................- 10 7、管片应变监测数据分析........................................- 11 8、两隧道间土压力监测数据分析..................................- 23 9、左线隧道位移监测数据分析....................................- 27 10、结语.......................................................- 28 附录 A 盾构监测区总平面图 .....................................- 29 -
北京地铁十号线十一标段
南小街变线加固段监测报告
北京科力安监测技术有限公司 2006 年 10 月
目
录
1、工程概况.....................................................- 1 2、监测目的.....................................................- 1 3、监测依据.....................................................- 1 4、监测原理.....................................................- 2 -
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意点的应力，E 为材料的弹性模量，ε 为应变， v′′ 为挠度的二阶导数。 4.2、拉线式位移传感技术
该技术主要用于测量任意两点之间的位移。在实际监测中，将传感器置于其 中一个点，将传感器上的钢绞线置于另一点，当两点之间发生相对位移时，通过 内置于拉线式传感器中的角度传感器记录下来，所记录的角度信息通过电信号送 到数据采集模块 KLA-MSG16 上，该采集器通过 GSM 网络将数据发送至远程接 收端，远程接收端通过软件分析，将所得角度信息转化为位移信息，并绘制出位 移与时间关系图。具体的原理图如图 4.6 所示。
同时，监测结果也是检验隧道工程施工效果的尺度。因此，监测既是地铁施 工、设计、研究和优化改进的重要组成部分，又是保证工程顺利、安全进行报获 取信息的不可缺少的有效手段。
3、监测依据
《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）；