分布式光纖傳感技術(shù)在大型基建工程監(jiān)測(cè)中的研究與應(yīng)用

胡正春

摘要：隨著在國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，發(fā)電水利、公路橋梁和高鐵礦山等大型基建工程的建設(shè)如火如荼的加速施工建設(shè)，為人們的日常生活與出行等提供了極大的便利。如何保證這些項(xiàng)目安全穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行，需要對(duì)其基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)和邊坡等設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析評(píng)價(jià)，確保其安全可靠。分布式光纖傳感技術(shù)在建筑工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)上已得到成熟應(yīng)用，通過對(duì)其在大型基建工程中基礎(chǔ)、鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)和邊坡等項(xiàng)目可靠性監(jiān)測(cè)研究與與應(yīng)用，不僅保證了工程建設(shè)期施工安全質(zhì)量，還持續(xù)為項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段的監(jiān)測(cè)提供了保障，為項(xiàng)目全壽期安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：分布式光纖傳感技術(shù);大型基建工程;研究與應(yīng)用

一、引言

大型基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)項(xiàng)目隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也在快速地增加，包括發(fā)電水利、公路橋梁和高鐵礦山等項(xiàng)目，這類工程項(xiàng)目工期較長(zhǎng)，且施工環(huán)境惡劣，容易受到外部因素的干擾。在后期的使用過程中由于材料的老化腐蝕等問題也會(huì)導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷或是抵抗力衰減等問題，工程項(xiàng)目的使用壽命和健康不斷地衰減，出現(xiàn)如邊坡失穩(wěn) 、混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形、地基基礎(chǔ)沉降等問題。地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，也是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的原因之一。這些外部因素對(duì)于工程質(zhì)量會(huì)造成不同程度的影響和破壞。為了確保其后期的安全使用，需要對(duì)其進(jìn)行安全檢測(cè)并評(píng)估災(zāi)害所造成的影響，所以使用何種技術(shù)已成為目前該領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

二、分布式光纖傳感技術(shù)概述

分布式光纖傳感技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)末，它與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)手段相比，它的應(yīng)用不僅能夠作為傳感介質(zhì)也是重要的傳輸通道。它能夠?qū)臻g進(jìn)行連續(xù)性的測(cè)量，當(dāng)把光纖布入被監(jiān)測(cè)對(duì)象時(shí)，它能夠和被測(cè)對(duì)象的變形產(chǎn)生協(xié)調(diào)。通過一次測(cè)量就能夠獲取整個(gè)光纖的應(yīng)變情況和溫度變化的分布圖[1]。如果在布置的過程中將光纖設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀，則可以得到更多維度的應(yīng)變和溫度變化數(shù)據(jù)，進(jìn)而幫助檢測(cè)人員進(jìn)一步對(duì)巖體結(jié)構(gòu)的受力以及變形情況進(jìn)行分析。當(dāng)然這種監(jiān)測(cè)技術(shù)還具備高靈敏度、抗電磁干擾、良好的絕緣性以及耐久性等特點(diǎn)。基于此，分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于巖土和地質(zhì)工程的施工監(jiān)測(cè)具有非常重要的推動(dòng)作用，得到了應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛重視和認(rèn)可。

三、分布式光纖傳感技術(shù)在大型基建工程監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

發(fā)電水利、公路橋梁和高鐵礦山等大型基建工程是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的百年大計(jì)項(xiàng)目，如何保證這些項(xiàng)目安全穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行，需要對(duì)其基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)和邊坡等設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析評(píng)價(jià)，確保其安全可靠運(yùn)營(yíng)。

1、混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)

鋼筋混凝土是大型基建工程項(xiàng)目中重要的主體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將會(huì)影響整個(gè)建筑工程施工的安全和應(yīng)用的穩(wěn)定性。一旦混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，就可能會(huì)造成整個(gè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫甚至塌落的情況，繼而威脅整個(gè)工程建設(shè)的施工質(zhì)量。而借助這項(xiàng)新型的傳感技術(shù)能夠?qū)δ壳盎炷两Y(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，尋找結(jié)構(gòu)中的不足，并為其制定對(duì)應(yīng)的解決方案，從而確保建筑的施工質(zhì)量和使用壽命。如果在施工過程中由于施工技術(shù)不足或是防護(hù)措施不到位造成混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋受到腐蝕，那么也可以通過這項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)找到問題點(diǎn)進(jìn)而進(jìn)行處理，確保工程質(zhì)量[2]。針對(duì)一些施工環(huán)境較為惡劣的施工現(xiàn)場(chǎng)也可以通過該項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)為作業(yè)人員提供合理的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便能夠?yàn)榉雷o(hù)做充足的準(zhǔn)備工作。借助監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還可以結(jié)合工程施工的實(shí)際情況制定出對(duì)應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，并結(jié)合工程施工的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及工程概況進(jìn)行全面有效地對(duì)施工區(qū)域的巖土和地質(zhì)工程進(jìn)行全面檢測(cè)，找到存在的不足點(diǎn)，制定改善方案，從而確保工程項(xiàng)目的順利推進(jìn)。

2、樁基工程施工監(jiān)測(cè)

樁基對(duì)于建筑施工來說是建筑施工的根基，其穩(wěn)定性和安全性關(guān)系到整個(gè)工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量。而樁基的承載力和強(qiáng)度以及后續(xù)的變形幅度都會(huì)影響上部建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式采用了點(diǎn)式傳感器，這種傳感設(shè)備并不能完全對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)也不能反映出樁基的受力和變形的情況，給后續(xù)的施工造成一定的困擾。而采用分布式光纖傳感技術(shù)能夠?qū)痘M(jìn)行全面地檢測(cè)，不僅數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，同時(shí)也能夠?yàn)楹罄m(xù)的施工工作提供一定的參考。所以在該領(lǐng)域具有很廣泛地應(yīng)用前景。通過不懈地試驗(yàn)研究，將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于不同種類的樁基施工項(xiàng)目中，能夠?qū)痘膿p傷進(jìn)行識(shí)別。同時(shí)通過技術(shù)研發(fā)還采取了光纖預(yù)埋設(shè)的方式以及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。通過實(shí)踐可以得出，這種新型的分布式傳感檢測(cè)技術(shù)能夠有效地替代傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)不足的問題，并對(duì)監(jiān)測(cè)中的存在的誤差提出合理的建議和處理方式。當(dāng)然在具體應(yīng)用和執(zhí)行的過程中還需要提前做好準(zhǔn)備工作，確保施工進(jìn)程的合理性，提升施工效率。所以在實(shí)際進(jìn)行監(jiān)測(cè)之前需要相關(guān)的技術(shù)人員和作業(yè)人員進(jìn)行全面檢查，找出問題，制定對(duì)應(yīng)的解決策略。

基坑開挖過程中對(duì)于自身的穩(wěn)定性以及周圍建筑的影響較大，所以為了避免基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的變動(dòng)對(duì)周圍造成影響，引發(fā)安全事故，因而需要對(duì)基坑工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。尤其是基坑深部土體的位移監(jiān)測(cè)工作和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。通過采用分布式傳感技術(shù)的應(yīng)用，有效地監(jiān)測(cè)到土地的變化情況，也可以借助溫度補(bǔ)償?shù)姆绞搅私馔馏w的應(yīng)力、溫度等信息。但是這項(xiàng)技術(shù)在基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用仍存在一定的問題，比如光纖的布設(shè)，傳感器的放置和封裝以及運(yùn)行過程中的維護(hù)等。

3、邊坡監(jiān)測(cè)

發(fā)電水利、公路橋梁和高鐵公路等大型基建工程的部分位置都會(huì)采用邊坡施工工藝，而不同區(qū)域的氣候條件的變化引起的強(qiáng)降雨、水位變化或是地震情況很容易造成泥石流、滑坡等問題。為了預(yù)防這種次生災(zāi)害的影響對(duì)邊坡進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)是非常必要的。光纖傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用恰好滿足了這一應(yīng)用要求，為邊坡的失穩(wěn)監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)信息。近些年來隨著對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的防控預(yù)防工作的落實(shí)，對(duì)于現(xiàn)行的BOTDR技術(shù)應(yīng)用的可行性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)由于光纖與土體之間的變形協(xié)調(diào)性較低，所以將光纖附著在錨桿以及框梁中對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)其效果要比將光纖埋入土體內(nèi)的效果更加明顯[3]。嘗試使用分布式光纖來檢測(cè)土堤壩的安全穩(wěn)定性，獲得了良好的檢測(cè)成效。

四、溫度補(bǔ)償技術(shù)以及工程技術(shù)應(yīng)用

目前FBG技術(shù)以及DOFS技術(shù)對(duì)于應(yīng)變以及溫度都具有一定的敏感性，要讓其發(fā)揮作用就必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，從而避免溫度對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。目前所采用的溫度補(bǔ)償?shù)姆绞街饕且园惭b光纖光柵溫度補(bǔ)償器為主。如果是在長(zhǎng)距離的監(jiān)測(cè)情況下，則需要設(shè)置兩套監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于不同的情況。雖然這套光纖測(cè)溫技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，但是在具體應(yīng)用過程中仍會(huì)存在很多問題。比如，光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)受到安裝施工和布設(shè)的方式的限制，也無法確保在復(fù)雜環(huán)境下傳感器的應(yīng)用成功率以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性[4]。同時(shí)對(duì)于溫度測(cè)量要求較高的分布式測(cè)溫器監(jiān)測(cè)精度也很難達(dá)到預(yù)期。光纖傳感技術(shù)目前在大型基建工程項(xiàng)目領(lǐng)域中的應(yīng)用仍不成熟，在實(shí)際應(yīng)用中任存在技術(shù)實(shí)施難點(diǎn)以及經(jīng)驗(yàn)不足的情況，無法確保方案設(shè)計(jì)的有效性。尤其是在一些復(fù)雜環(huán)境要確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及穩(wěn)定性還需要不斷提升應(yīng)用技術(shù)水平。

五、結(jié)束語

通過對(duì)大型基建工程施工和運(yùn)營(yíng)階段分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析和研究，了解到這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用所帶來的技術(shù)升級(jí)同時(shí)也了解到這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍存在的不足，仍需要投入更多地研究與優(yōu)化完善，才能更好的推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，更好為工程項(xiàng)目建設(shè)與安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

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