本實用新型屬于巖土工程安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高水頭長隧洞中安全監(jiān)測儀器的埋設(shè)安裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在巖土工程中必須安裝安全監(jiān)測儀器對現(xiàn)場的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測，以便在出現(xiàn)異常時進(jìn)行預(yù)警從而及時采取對應(yīng)手段。安全監(jiān)測儀器如鋼筋計、應(yīng)變計、滲壓計等一般采用差動電阻式、振弦式等電式傳感器。近年來，隨著長距離輸調(diào)水工程的實施以及光纖光柵傳感及解調(diào)技術(shù)的發(fā)展，基于光纖Bragg光柵（Fiber Bragg Grating, 簡稱FBG）傳感器在引水工程中逐步得到應(yīng)用，這是由于光纖光柵儀器具有長距離信號傳輸、靈活組網(wǎng)、抗電磁干擾、絕緣要求低等等優(yōu)勢。

在隧道施工中安裝監(jiān)測儀器一直屬于施工中的難點，因為隧道距離長、空間小、施工也較粗放，這就導(dǎo)致隧道施工對安全監(jiān)測儀器的安裝、保護(hù)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，但在隧洞澆筑過程中，也易對監(jiān)測儀器造成損壞。而且，隧洞襯砌澆筑過程中的數(shù)據(jù)完全無法采集。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型公開了一種高水頭長隧洞中安全監(jiān)測儀器的埋設(shè)安裝結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在長隧洞之中對安全監(jiān)測儀器的快速穩(wěn)定安裝。

為了達(dá)到上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：

高水頭長隧洞中安全監(jiān)測儀器的埋設(shè)安裝方法，包括如下步驟：

步驟一，開挖清基完成后，開始綁扎鋼筋，在鋼筋綁扎完成前在本倉內(nèi)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(jiān)測斷面鋼筋上沿圓周方向安裝多個光纖光柵監(jiān)測儀器，在隧洞底部鋼筋上固定易拆除的臨時保護(hù)木箱，所述多個光纖光柵監(jiān)測儀器接出的尾纜自臨時保護(hù)木箱開口處引入臨時保護(hù)木箱內(nèi)；

步驟二，監(jiān)測儀器尾纜進(jìn)入臨時保護(hù)木箱后，將這些尾纜逐個串聯(lián)起來，保護(hù)木箱開口處與線纜之間的空隙采用膨脹泡沫密封，避免混凝土砂漿進(jìn)入；

步驟三，將各光纖光柵監(jiān)測儀器串接后與引到下倉混凝土的臨時光纜連接，采用便攜式光纖光柵解調(diào)儀測試是否能正常采集連接的全部監(jiān)測儀器波長，如有波長重疊，則調(diào)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筑部位，在各項工作完后，模板臺車展開，在其他異形部位用木模封閉后澆筑混凝土，在模板臺車進(jìn)入倉面后澆筑混凝土?xí)r，按要求的數(shù)據(jù)采集頻次測量；

步驟五，混凝土完成初凝后，移走模板臺車，將預(yù)埋的保護(hù)木箱挖出，連接儀器的引出尾纜直接在監(jiān)測斷面的仰拱部位逐個采集數(shù)據(jù)；

步驟六，襯砌施工完成后，拆除臨時保護(hù)木箱并將其取出，將光纜熔接保護(hù)盒安裝在臨時保護(hù)木箱在襯砌內(nèi)留下的空間，將光纖光柵監(jiān)測儀器串聯(lián)或并聯(lián)后熔接到主光纜，調(diào)試完成后最后全部用混凝土回填。

進(jìn)一步的，同一個監(jiān)測斷面的同一組內(nèi)的光纖光柵儀器的波長測值不重復(fù)。

進(jìn)一步的，光纖光柵監(jiān)測儀器設(shè)至少1個光柵，當(dāng)設(shè)置2個及以上光柵時，每2 個光柵間設(shè)緩沖區(qū) 0.5 nm。

進(jìn)一步的，所述步驟二中串聯(lián)數(shù)量小于5個傳感器或10個波長。

高水頭長隧洞中安全監(jiān)測儀器的埋設(shè)安裝結(jié)構(gòu)，包括若干隧洞監(jiān)測斷面埋設(shè)安裝單元，所述隧洞監(jiān)測斷面埋設(shè)安裝單元包括臨時保護(hù)木箱以及若干埋設(shè)在同一隧洞監(jiān)測斷面圓周上的光纖光柵監(jiān)測儀器，各光纖光柵監(jiān)測儀器均連接有尾纜，各光纖光柵儀器彼此串聯(lián)或并聯(lián)，所述臨時保護(hù)木箱為梯形，其頂部具有可打開的蓋板，一側(cè)具有隧洞中長渠側(cè)面相適應(yīng)的斜面，箱體上設(shè)置有開口，各光纖光柵監(jiān)測儀器接出的線纜均通過所述開口引入至臨時保護(hù)木箱內(nèi)，所述線纜用于連接臨時光纜或主傳輸光纜。

進(jìn)一步的，所述線纜外套設(shè)有保護(hù)管。

進(jìn)一步的，所述保護(hù)管為PE管。

進(jìn)一步的，所述臨時保護(hù)木箱埋設(shè)在隧洞底部平臺內(nèi)，其頂面高度小于或等于平臺頂面高度。

進(jìn)一步的，所述開口設(shè)置在保護(hù)盒底面上。

進(jìn)一步的，同一隧洞斷面埋設(shè)安裝單元內(nèi)各光纖光柵監(jiān)測儀器通過法蘭串聯(lián)用于進(jìn)行施工期觀測。

進(jìn)一步的，同一隧洞斷面埋設(shè)安裝單元內(nèi)光纖光柵監(jiān)測儀器分成若干組，同一組中監(jiān)測儀器的尾纜逐個用法蘭進(jìn)行串聯(lián)。

進(jìn)一步的，同一組中監(jiān)測儀器的的波長測值不重復(fù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和有益效果：

1.有效保護(hù)監(jiān)測儀器引出尾纜，提高儀器埋設(shè)完好率，同時可采集到襯砌澆筑后至模板臺車移走這段時間內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)測資料的完整性，準(zhǔn)確取得基準(zhǔn)值，大大提高了其后數(shù)據(jù)監(jiān)測的精確性。

2.同一個監(jiān)測斷面的光纖光柵儀器的波長測值盡量不重復(fù)，提高系統(tǒng)波分復(fù)用效率。

附圖說明

圖1為本實用新型隧洞立體示意圖。

圖2為隧洞監(jiān)測斷面示意圖。

圖3為臨時保護(hù)木箱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為模板臺車展開狀態(tài)下隧洞斷面示意圖。

圖5為光纖光柵傳感器串聯(lián)波長分布示意圖，圖中：①:應(yīng)變波長區(qū)；②：緩沖區(qū)；③：溫度波長區(qū)；④：緩沖區(qū)。

附圖標(biāo)記列表：

1-隧洞，2-臨時光纜，3-監(jiān)測斷面，4-臨時保護(hù)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-便攜式光纖光柵解調(diào)儀，11-長渠。

具體實施方式

以下將結(jié)合具體實施例對本實用新型提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述具體實施方式僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。

本實用新型提供的高水頭長隧洞中安全監(jiān)測儀器的埋設(shè)安裝方法，包括如下步驟：

步驟一，開挖清基完成后，開始綁扎鋼筋用于澆筑隧洞1，在鋼筋綁扎完成前在本倉內(nèi)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(jiān)測斷面3鋼筋上沿圓周方向捆扎多個光纖光柵監(jiān)測儀器5，這些儀器接出的尾纜6外套設(shè)PE管（也可采用其他具有一定強度的材料替換PE）作為保護(hù)，PE管用塑料扎帶綁扎而不用鉛絲，避免混凝土振搗時鉛絲割斷保護(hù)管及儀器引出尾纜，確保尾纜不受損傷。隧洞監(jiān)測斷面3大部分為扇形，隧洞底部為平臺，平臺中部設(shè)置有貫通整個隧洞的長渠11，長渠內(nèi)用于設(shè)置主傳輸光纜，長渠截面為上大下小的梯形。在隧洞底部鋼筋上捆扎臨時保護(hù)木箱4。臨時保護(hù)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(hù)木箱頂部設(shè)置有可打開的蓋板403，底部設(shè)置有開口401，開口尺寸為20×30cm。上述多個光纖光柵監(jiān)測儀器5接出的尾纜6沿斷面扇形鋼筋繞行后牽引向斷面底部（如圖2所示），并自開口處引入臨時保護(hù)木箱內(nèi)。臨時保護(hù)木箱為木制，在隧洞斷面澆筑完成后容易拆除取出。固定后的臨時保護(hù)木箱的頂面高度應(yīng)等于或略小于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(hù)木箱。需要說明的是，本實用新型所指隧洞監(jiān)測斷面沿隧洞軸向具有一定長度，通常為1至2m。

串聯(lián)的FBG傳感器陣列包含多個傳感光柵，解調(diào)儀通過反射光波長“尋址”每一個光柵，因此串聯(lián)的光柵波長應(yīng)該具有唯一性，即傳感器的波長在整個量程內(nèi)要避免重疊，訂貨時要求同一個監(jiān)測斷面中同一組內(nèi)的光纖光柵儀器的波長測值不重復(fù)，提高系統(tǒng)波分復(fù)用效率。光纖光柵應(yīng)變計或鋼筋計內(nèi)一般設(shè) 2 個光柵（應(yīng)變、溫度光柵各 1 個），應(yīng)變、溫度光柵在傳感器量程范圍內(nèi)波長變化幅度在 1～3 nm間。當(dāng)然，也可以根據(jù)需要僅設(shè)置一個或設(shè)置更多數(shù)量的光柵。為提高解調(diào)儀根據(jù)波長尋址的可靠性，在每2個光柵間建議設(shè)緩沖區(qū) 0.5 nm，避免相鄰的光柵在傳感器量程范圍內(nèi)變化時波長重疊，波長分布一般如圖 5所示。

步驟二，監(jiān)測儀器尾纜進(jìn)入臨時保護(hù)木箱后，打開蓋板403，這些監(jiān)測儀器應(yīng)分成若干組，同一組中監(jiān)測儀器的尾纜逐個用法蘭進(jìn)行串聯(lián)從而串聯(lián)各個監(jiān)測儀器，一般串聯(lián)數(shù)量小于5個傳感器或10個波長，同一組內(nèi)的光纖光柵儀器的波長測值不重復(fù)。各組串聯(lián)后的監(jiān)測儀器尾纜自木箱縫隙或木箱開孔引出木箱外，蓋上蓋板并進(jìn)行固定，臨時保護(hù)木箱箱體縫隙及其開口、開孔與尾纜之間的空隙均采用膨脹泡沫密封，避免混凝土砂漿進(jìn)入。

步驟三，將各光纖光柵監(jiān)測儀器分組串接后的尾纜接上臨時光纜2，將臨時光纜引到本倉混凝土之外，臨時光纜與便攜式光纖光柵解調(diào)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采用便攜式光纖光柵解調(diào)儀能夠測試是否能正常采集連接的全部監(jiān)測儀器波長，如有波長重疊，則調(diào)整串接方式，直至正常測量。

經(jīng)過上述步驟之后，高水頭長隧洞中安全監(jiān)測儀器的埋設(shè)安裝結(jié)構(gòu)已安裝完成。如圖1、圖2所示，該結(jié)構(gòu)包括若干隧洞監(jiān)測斷面埋設(shè)安裝單元，每個斷面埋設(shè)安裝單元包括臨時保護(hù)木箱4以及多個埋設(shè)在同一隧洞監(jiān)測斷面圓周上的光纖光柵監(jiān)測儀器5，各光纖光柵監(jiān)測儀器5均連接有線纜，各光纖光柵監(jiān)測儀器5彼此串聯(lián)或并聯(lián)。如圖3所示，臨時保護(hù)木箱4為梯形，頂部設(shè)置有可打開的蓋板403，其一側(cè)具有隧洞中長渠側(cè)面11相適應(yīng)的斜面402，箱體上設(shè)置有開口401（開口以設(shè)置在底部為佳，但根據(jù)需要也可改變開口設(shè)置的具體位置），各光纖光柵監(jiān)測儀器接出的線纜均通過該開口引入至臨時保護(hù)木箱內(nèi)，各光纖光柵監(jiān)測儀器接出的線纜用于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筑部位，在各項工作完后，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后澆筑混凝土。在模板臺車進(jìn)入倉面后澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)按要求的數(shù)據(jù)采集頻次利用光纖光柵解調(diào)儀進(jìn)行測量。澆筑完成后，斷面埋設(shè)安裝單元中的臨時保護(hù)木箱以及光纖光柵監(jiān)測儀器都被埋入混凝土中。

上述澆筑混凝土的步驟如下：

采用鋼管泵送方式，從模板臺車的活動窗口將混凝土送入?；炷敛捎盟椒謱印ΨQ泵送入倉澆筑?；炷聊０迮_車振搗采用附著式振搗器振搗，進(jìn)料窗周邊插入式振搗器振搗輔助?；炷帘盟蛙浌軓哪０迮_車的進(jìn)料窗口(從最底一級窗口逐漸上移)處注入混凝土。倉內(nèi)薄層平鋪，兩側(cè)邊墻對稱下料，單側(cè)一次連續(xù)澆筑高度不超過1m，防止模板整體變形，認(rèn)真平倉，防止骨料分離，確保連續(xù)澆筑，避免出現(xiàn)冷縫。

作為優(yōu)選，混凝土振搗采用人工振搗棒和平板振搗器相結(jié)合的振搗方式，底部第2層窗口以下采用人工振搗，以上部位采用均勻布置的8個平板振搗器振搗。這樣混凝土澆筑更為均勻。

步驟五，一般在混凝土澆筑后2-3天，混凝土完成初凝，模板臺車移走，將預(yù)埋的保護(hù)木箱挖出，露出儀器的引出尾纜就可直接在監(jiān)測斷面的仰拱部位逐個采集數(shù)據(jù)。

步驟六，混凝土襯砌9施工完成后，光纖光柵監(jiān)測儀器需要串聯(lián)或并聯(lián)后熔接到主光纜，此時可以拆除臨時保護(hù)木箱并將其取出，將光纜熔接保護(hù)盒安裝在臨時保護(hù)木箱在襯砌內(nèi)留下的空間，原有臨時保護(hù)木箱內(nèi)的線纜置入光纜熔接保護(hù)盒內(nèi)，并根據(jù)需要對各線纜進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，調(diào)試完成后最后全部用混凝土回填。

本實用新型方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本實用新型的保護(hù)范圍。