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

胡正春

摘要：隨著在國家經(jīng)濟社會的快速發(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。如何保證這些項目安全穩(wěn)定持續(xù)運行，需要對其基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)和邊坡等設(shè)施進行實時監(jiān)測，分析評價，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)測上已得到成熟應(yīng)用，通過對其在大型基建工程中基礎(chǔ)、鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)和邊坡等項目可靠性監(jiān)測研究與與應(yīng)用，不僅保證了工程建設(shè)期施工安全質(zhì)量，還持續(xù)為項目運營階段的監(jiān)測提供了保障，為項目全壽期安全穩(wěn)定運營保駕護航。

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)項目隨著經(jīng)濟的快速發(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目，這類工程項目工期較長，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導致工程結(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)相對復雜，也是地質(zhì)災害頻發(fā)的原因之一。這些外部因素對于工程質(zhì)量會造成不同程度的影響和破壞。為了確保其后期的安全使用，需要對其進行安全檢測并評估災害所造成的影響，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世紀末，它與傳統(tǒng)檢測技術(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進行連續(xù)性的測量，當把光纖布入被監(jiān)測對象時，它能夠和被測對象的變形產(chǎn)生協(xié)調(diào)。通過一次測量就能夠獲取整個光纖的應(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)，進而幫助檢測人員進一步對巖體結(jié)構(gòu)的受力以及變形情況進行分析。當然這種監(jiān)測技術(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。基于此，分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用對于巖土和地質(zhì)工程的施工監(jiān)測具有非常重要的推動作用，得到了應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛重視和認可。

三、分布式光纖傳感技術(shù)在大型基建工程監(jiān)測中的應(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)乎國計民生的百年大計項目，如何保證這些項目安全穩(wěn)定持續(xù)運行，需要對其基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)和邊坡等設(shè)施進行實時監(jiān)測，分析評價，確保其安全可靠運營。

1、混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)測

鋼筋混凝土是大型基建工程項目中重要的主體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將會影響整個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，就可能會造成整個結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫甚至塌落的情況，繼而威脅整個工程建設(shè)的施工質(zhì)量。而借助這項新型的傳感技術(shù)能夠?qū)δ壳盎炷两Y(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，尋找結(jié)構(gòu)中的不足，并為其制定對應(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監(jiān)測技術(shù)找到問題點進而進行處理，確保工程質(zhì)量[2]。針對一些施工環(huán)境較為惡劣的施工現(xiàn)場也可以通過該項監(jiān)測技術(shù)為作業(yè)人員提供合理的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便能夠為防護做充足的準備工作。借助監(jiān)測數(shù)據(jù)，還可以結(jié)合工程施工的實際情況制定出對應(yīng)的應(yīng)急預案，并結(jié)合工程施工的相關(guān)標準以及工程概況進行全面有效地對施工區(qū)域的巖土和地質(zhì)工程進行全面檢測，找到存在的不足點，制定改善方案，從而確保工程項目的順利推進。

2、樁基工程施工監(jiān)測

樁基對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)系到整個工程項目的施工質(zhì)量。而樁基的承載力和強度以及后續(xù)的變形幅度都會影響上部建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。傳統(tǒng)的監(jiān)測方式采用了點式傳感器，這種傳感設(shè)備并不能完全對樁基進行檢測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行全面地檢測，不僅數(shù)據(jù)準確度較高，同時也能夠為后續(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。通過不懈地試驗研究，將這項技術(shù)應(yīng)用于不同種類的樁基施工項目中，能夠?qū)痘膿p傷進行識別。同時通過技術(shù)研發(fā)還采取了光纖預埋設(shè)的方式以及對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。通過實踐可以得出，這種新型的分布式傳感檢測技術(shù)能夠有效地替代傳統(tǒng)的監(jiān)測不足的問題，并對監(jiān)測中的存在的誤差提出合理的建議和處理方式。當然在具體應(yīng)用和執(zhí)行的過程中還需要提前做好準備工作，確保施工進程的合理性，提升施工效率。所以在實際進行監(jiān)測之前需要相關(guān)的技術(shù)人員和作業(yè)人員進行全面檢查，找出問題，制定對應(yīng)的解決策略。

基坑開挖過程中對于自身的穩(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)的變動對周圍造成影響，引發(fā)安全事故，因而需要對基坑工程進行監(jiān)測。尤其是基坑深部土體的位移監(jiān)測工作和穩(wěn)定性評價。通過采用分布式傳感技術(shù)的應(yīng)用，有效地監(jiān)測到土地的變化情況，也可以借助溫度補償?shù)姆绞搅私馔馏w的應(yīng)力、溫度等信息。但是這項技術(shù)在基坑監(jiān)測內(nèi)的實際應(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行過程中的維護等。

3、邊坡監(jiān)測

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。為了預防這種次生災害的影響對邊坡進行長期監(jiān)測是非常必要的。光纖傳感監(jiān)測系統(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)測提供數(shù)據(jù)信息。近些年來隨著對地質(zhì)災害的防控預防工作的落實，對于現(xiàn)行的BOTDR技術(shù)應(yīng)用的可行性進行了分析，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其進行監(jiān)測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土堤壩的安全穩(wěn)定性，獲得了良好的檢測成效。

四、溫度補償技術(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)揮作用就必須進行溫度補償，從而避免溫度對監(jiān)測結(jié)果的影響。目前所采用的溫度補償?shù)姆绞街饕且园惭b光纖光柵溫度補償器為主。如果是在長距離的監(jiān)測情況下，則需要設(shè)置兩套監(jiān)測設(shè)備，用于不同的情況。雖然這套光纖測溫技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，但是在具體應(yīng)用過程中仍會存在很多問題。比如，光纖監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用會受到安裝施工和布設(shè)的方式的限制，也無法確保在復雜環(huán)境下傳感器的應(yīng)用成功率以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性[4]。同時對于溫度測量要求較高的分布式測溫器監(jiān)測精度也很難達到預期。光纖傳感技術(shù)目前在大型基建工程項目領(lǐng)域中的應(yīng)用仍不成熟，在實際應(yīng)用中任存在技術(shù)實施難點以及經(jīng)驗不足的情況，無法確保方案設(shè)計的有效性。尤其是在一些復雜環(huán)境要確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性以及穩(wěn)定性還需要不斷提升應(yīng)用技術(shù)水平。

五、結(jié)束語

通過對大型基建工程施工和運營階段分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用進行分析和研究，了解到這項技術(shù)應(yīng)用所帶來的技術(shù)升級同時也了解到這項技術(shù)在實際應(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，才能更好的推動這項技術(shù)的應(yīng)用，更好為工程項目建設(shè)與安全穩(wěn)定運行保駕護航。

參考文獻

[1]李世念，張旭蘋，宋宏，陳健，張益昕，陸金波，趙曉京.分布式光纖傳感技術(shù)在煤礦地質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用[J].應(yīng)用科學學報，2020，38（02）：215-225.

[2]朱鴻鵠，施斌，張誠成.地質(zhì)和巖土工程光電傳感監(jiān)測研究新進展——第六屆OSMG國際論壇綜述[J].工程地質(zhì)學報，2020，28（01）：178-188.

[3]雷武林，柴敬，杜文剛，張丁丁，劉奇.光纖傳感技術(shù)在巖土工程中的研究進展[J].隴東學院學報，2019，30（02）：36-40.

[4]柴敬，張丁丁，李毅.光纖傳感技術(shù)在巖土與地質(zhì)工程中的應(yīng)用研究進展[J].建筑科學與工程學報，2015，32（03）：28-37.