一、系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)
1、分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案應(yīng)根據(jù)被測(cè)結(jié)構(gòu)的類型、受力特點(diǎn)和易受損傷部位進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì),宜與主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。
2、系統(tǒng)方案應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì),并遵循以下原則:
(1)傳感光纜應(yīng)沿結(jié)構(gòu)通長(zhǎng)布置,對(duì)結(jié)構(gòu)變形(應(yīng)變)、內(nèi)力進(jìn)行全覆蓋性的監(jiān)測(cè);
(2)傳感光纜布置方案設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)合理利用結(jié)構(gòu)對(duì)稱性,對(duì)結(jié)構(gòu)非關(guān)鍵部位可適當(dāng)減少傳感光纜的用量。
3、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)應(yīng)包括傳感子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)以及用戶端子系統(tǒng)等四部分。
4、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮長(zhǎng)期性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性、全面性、準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性等特性需求,并以ZUI小成本為目的進(jìn)行合理優(yōu)化。
5、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)應(yīng)考慮電力供應(yīng)與網(wǎng)絡(luò)通訊的需求,保障系統(tǒng)24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。
二、傳感子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1、適用于橋梁、道路、隧道、城市綜合管廊和軌道交通等基礎(chǔ)建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)施的傳感光纜應(yīng)符合下列規(guī)定:
(1)單個(gè)傳感光纜回路布設(shè)的總長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)100公里;
(2)對(duì)于長(zhǎng)距離大范圍的結(jié)構(gòu)靜態(tài)或擬靜態(tài)變形測(cè)量,傳感光纜的測(cè)點(diǎn)空間分辨率應(yīng)在10cm~200cm之間選擇。
2、傳感光纜布置方案設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力特性分析結(jié)果,并結(jié)合結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的重要性,確定結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形較大以及易受損傷的關(guān)鍵部位。
3、傳感光纜的布設(shè)位置應(yīng)根據(jù)被測(cè)結(jié)構(gòu)的類型、受力特征、重要性以及易損性分析確定,并在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵受力區(qū)域、關(guān)鍵構(gòu)件或已產(chǎn)生損傷的位置進(jìn)行加密布設(shè)。
4、應(yīng)變傳感光纜應(yīng)在結(jié)構(gòu)變形縫或誘導(dǎo)縫處設(shè)置溫度補(bǔ)償松弛段,傳感光纜松弛段長(zhǎng)度根據(jù)光線解調(diào)儀空間分辨率確定,傳感光纜松弛段間距不宜大于30m或小于2m。
5、橋梁結(jié)構(gòu)分布式光纖應(yīng)變傳感子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列規(guī)定:
(1)根據(jù)監(jiān)測(cè)需求,分別設(shè)計(jì)橋梁上部、下部結(jié)構(gòu)的傳感光纜布置方案;
(2)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的空間溫度梯度分布,設(shè)計(jì)溫度傳感光纜布置方案,被測(cè)結(jié)構(gòu)各區(qū)域溫度場(chǎng);
(3)根據(jù)不同的橋梁結(jié)構(gòu)類型,傳感光纜布置方案中應(yīng)包含對(duì)表2.5中結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)。
表2.5不同類型橋梁應(yīng)監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位
6、道路結(jié)構(gòu)分布式光纖應(yīng)變傳感子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足:
(1)根據(jù)道路類型、等級(jí)、地基以及水文條件的不同,綜合設(shè)計(jì)傳感光纜的布置方案;
(2)根據(jù)道路具有多層介質(zhì)的特征,應(yīng)在各介質(zhì)層底分別設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)應(yīng)變和溫度的縱向、橫向或縱橫向交叉的傳感光纜布置方案;
7、隧道結(jié)構(gòu)分布式光纖應(yīng)變傳感子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足:
(1) 根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)圍巖等級(jí)以及水文地質(zhì)條件的不同,綜合設(shè)計(jì)傳感光纜的布置方案;
(2)設(shè)計(jì)沿隧道縱向通長(zhǎng)布置應(yīng)變傳感光纜,若條件受限無(wú)法實(shí)現(xiàn)通長(zhǎng)布置,應(yīng)選擇變形或內(nèi)力較大處作為監(jiān)測(cè)區(qū)域;
(3)設(shè)計(jì)沿隧道縱向通長(zhǎng)布置溫度傳感光纜,監(jiān)測(cè)隧道結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)分布;
(4)在隧道圍巖等級(jí)較低、裂隙發(fā)育、隧道結(jié)構(gòu)變形或內(nèi)力較大處設(shè)計(jì)沿隧道斷面通長(zhǎng)布置應(yīng)變傳感光纜;
(5)根據(jù)隧道施工類型的不同,傳感光纜布置方案中應(yīng)包含對(duì)表2.7中結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)。
表2.7不同類型隧道應(yīng)變監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位
8、城市綜合管廊分布式光纖應(yīng)變傳感子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足:
(1)根據(jù)管廊結(jié)構(gòu)形式、功能分類、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的不同,綜合設(shè)計(jì)傳感光纜的布置方案;
(2)沿管廊縱向通長(zhǎng)布置應(yīng)變傳感光纜,在管廊結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位沿截面通長(zhǎng)布置應(yīng)變傳感光纜;
(3)沿管廊縱向通長(zhǎng)布置溫度傳感光纜,監(jiān)測(cè)管廊結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng);
(4)對(duì)于城市綜合管廊,應(yīng)變傳感光纜布置方案中應(yīng)包含對(duì)表2.8中結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)。
表2.8城市綜合管廊應(yīng)變監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位
9、對(duì)于軌道交通結(jié)構(gòu)傳感子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足2.5及2.7的要求,傳感光纜布置方案中應(yīng)包含對(duì)表2.9中結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)。
表2.9軌道交通廊應(yīng)監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位
三、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1、根據(jù)分布式光纖應(yīng)變溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集需求宜采用集中式數(shù)據(jù)采集方式。
2、采集設(shè)備按照其采集的時(shí)間頻度、頻次和時(shí)間間隔等內(nèi)容,可采取全時(shí)采集、定時(shí)采集、觸發(fā)采集和混合采集四種模式,應(yīng)依據(jù)分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行選擇。
3、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)抗干擾措施,提高信號(hào)的信噪比。
4、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)工作時(shí)宜進(jìn)行數(shù)據(jù)、時(shí)間自校準(zhǔn),若無(wú)自校準(zhǔn),應(yīng)定期進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行人工校準(zhǔn)。
5、數(shù)據(jù)采集以及傳輸子系統(tǒng)的硬件設(shè)備應(yīng)滿足各部分間的連接牢固和數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定。
6、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮數(shù)據(jù)傳輸距離、工程特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)條件、網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀況、已有的通信設(shè)施等因素靈活設(shè)計(jì),選取合適的數(shù)據(jù)傳輸連接方式。
四、光纜布設(shè)施工方案
1、光纜布設(shè)前應(yīng)根據(jù)分布式光纖應(yīng)變溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,通過(guò)劃線、標(biāo)記方式確定施工位置,計(jì)算光纖長(zhǎng)度,并提前準(zhǔn)備輔助安裝器材,具體包括:
(1)開槽機(jī):用于結(jié)構(gòu)表面的開槽處理,應(yīng)具備足夠切割強(qiáng)度;
(2)光纖切割刀:用于切割光纖;
(3)光時(shí)域反射儀(OTDR):用于測(cè)量光纖衰減、接頭損耗、定位光纖故障點(diǎn)以及分析光纖沿長(zhǎng)度損耗分布;
(4)光纖熔接機(jī):用于光纖的熔接、保護(hù)以及斷點(diǎn)的修復(fù)。
2、傳感光纜的布設(shè)方式應(yīng)采用粘貼法、開槽法、預(yù)埋法及模板預(yù)留槽法,且每種方法均應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)外表美觀的要求。
3、根據(jù)被測(cè)結(jié)構(gòu)類型的不同,傳感光纜的布設(shè)應(yīng)參考表4.3的方式。
工程結(jié)構(gòu)類型 | 傳感光纜布設(shè)方式 | |
橋梁 | 混凝土橋梁 | 粘貼法、開槽法及模板預(yù)留槽法 |
鋼結(jié)構(gòu)橋梁 | 粘貼法 | |
道路 | 預(yù)埋法 | |
隧道
| 盾構(gòu)法施工隧道 | 粘貼法及模板預(yù)留槽法 |
礦山法施工隧道 | 開槽法 | |
明挖法施工隧道 | 開槽法 | |
城市綜合管廊 | 粘貼法、開槽法及模板預(yù)留槽法 | |
鋼軌 | 粘貼法 |
表4.3不同結(jié)構(gòu)傳感光纜的布設(shè)方式
4、采用粘貼法布設(shè)傳感光纜時(shí),應(yīng)事先打磨處理待粘貼結(jié)構(gòu)的表面,并做表面抹平處理;粘貼過(guò)程中,宜將光纜間隔一定距離初步固定于結(jié)構(gòu)表面;與結(jié)構(gòu)連接時(shí),應(yīng)將粘結(jié)劑均勻地涂抹在光纜表面及其周圍,確保光纜與結(jié)構(gòu)的有效連接。
5、采用開槽法布設(shè)傳感光纜時(shí),應(yīng)事先切割出或預(yù)留適宜光纜鋪設(shè)的凹槽,并做表面抹平處理;粘貼過(guò)程中,宜將填充材料均勻涂抹于凹槽的底面及側(cè)壁,確保光纜受力均勻,與結(jié)構(gòu)連接緊密。
6、采用預(yù)埋法布設(shè)傳感光纜時(shí),需在結(jié)構(gòu)澆筑施工之前,將傳感光纜綁扎于受力鋼筋的關(guān)鍵位置,并要確?;炷翝仓┕み^(guò)程中不會(huì)影響傳感光纜的工作性能。
7、采用模板預(yù)留槽法布設(shè)傳感光纜時(shí),需要依據(jù)支模方法預(yù)留出安裝傳感光纜的坑槽,待傳感光纜安裝在坑槽內(nèi)之后,再澆筑填充材料,確保傳感光纜連接的牢固性和耐久性。
8、傳感光纜的布設(shè)施工過(guò)程中,宜利用傳感光纜的米標(biāo),每隔一定距離進(jìn)行記錄,實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)與所測(cè)結(jié)構(gòu)位置的一一對(duì)應(yīng)。
9、傳感光纜布設(shè)過(guò)程中,傳感光纜特殊記錄點(diǎn)宜包括:傳感光纜與跳線熔接點(diǎn)位置、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的起點(diǎn)位置與終點(diǎn)位置、傳感光纜的溫度補(bǔ)償段位置、傳感光纜的各類拐點(diǎn)位置等。
10、傳感光纜的溫度補(bǔ)償段宜選取大于光纜直徑的套管進(jìn)行套接,并做好套管兩端的封堵,避免結(jié)構(gòu)與松弛段光纜的直接接觸,松弛段光纜長(zhǎng)度不宜小于2m。
11、傳感光纜的斷點(diǎn)熔接段應(yīng)采用套管保護(hù),套管的放置應(yīng)在光纖切割前完成。
12、傳感光纜斷點(diǎn)熔接時(shí),應(yīng)將兩端光纜軸線對(duì)齊以確保兩端的完好連接,并對(duì)光纜熔接段進(jìn)行保護(hù)。
13、傳感光纜端點(diǎn)跳線熔接時(shí),所采用的熔接跳線長(zhǎng)度宜大于2m,并應(yīng)采用套管保護(hù)熔接段光纜。
14、利用OTDR(光時(shí)域反射儀)進(jìn)行傳感光纜測(cè)通時(shí),拔開跳線端頭的扣帽后,應(yīng)確保接頭的潔凈。