基于DFOS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵施工過(guò)程中的應(yīng)用

羅德立

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司）

基于DFOS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵施工過(guò)程中的應(yīng)用

羅德立

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司）

隨著社會(huì)需求的不斷增加，地鐵作為一種方便、快捷的交通方式已經(jīng)走進(jìn)人們的生活。論文首先介紹了DFSO監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)地鐵不同施工方案中DFSO監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行了論述和分析，并且選取了蘇州地鐵風(fēng)井施工過(guò)程為例，對(duì)DFSO監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析，論述DFSO技術(shù)在地鐵施工過(guò)程中較高的使用價(jià)值。

DFSO； 地鐵施工過(guò)程； 監(jiān)測(cè)方案； 變形

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活水平的不斷提高，我國(guó)地鐵建設(shè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢(shì)。目前，地鐵已經(jīng)成為城市交通發(fā)展情況的一個(gè)重要標(biāo)志，因此，加快地鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全監(jiān)測(cè)工作已經(jīng)成為一個(gè)重要的話題。分布式光纖感測(cè)技術(shù)在地鐵變形監(jiān)測(cè)技術(shù)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景十分廣泛。如何將DFOS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)更好地應(yīng)用于地鐵施工過(guò)程中，具有重要的理論意義和實(shí)際指導(dǎo)意義。

1 DFOS變形監(jiān)測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

分布式光纖感測(cè)技術(shù)是以光源為載體、光纖為媒介發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感技術(shù)。DFOS監(jiān)測(cè)技術(shù)較傳統(tǒng)的技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1)分布式監(jiān)測(cè)。DFOS監(jiān)測(cè)技術(shù)是采用分布式測(cè)量的手段，能夠得到光線沿線的所有測(cè)量參數(shù)，顯著提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度，降低漏檢的可能性。

2)抗干擾能力強(qiáng)。DFOS監(jiān)測(cè)技術(shù)所采用的光波頻率比普通的光波頻率高得多，所以信號(hào)在光纖的傳遞過(guò)程中受到外界的電磁場(chǎng)的影響較小，抗電磁干擾能力更強(qiáng)。

3)安全性能高。DFOS監(jiān)測(cè)技術(shù)所采用的光纖本身就是電絕緣材料，并且敏感組件也是絕緣材質(zhì)，具有安全性能好的特點(diǎn)；此外，光纖傳感器只需輸入激光即可完成監(jiān)測(cè)，安全性能更高，尤其在使用于危險(xiǎn)性高的行業(yè)。

2 地鐵施工中DFSO監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)

分布式光纖感測(cè)技術(shù)需要根據(jù)實(shí)際施工情況制定相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方案。根據(jù)地鐵施工變形監(jiān)測(cè)的要點(diǎn)，我們對(duì)以下3個(gè)施工方案進(jìn)行分析。

2.1 明挖法施工DFOS監(jiān)測(cè)方案

明挖法施工監(jiān)測(cè)主要包括抗滑樁監(jiān)測(cè)、錨固體系監(jiān)測(cè)、腰梁及頂梁監(jiān)測(cè)、支撐結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、土體側(cè)移監(jiān)測(cè)、地表變形監(jiān)測(cè)及隧道變形監(jiān)測(cè)等。當(dāng)上述監(jiān)測(cè)內(nèi)容中的任何一處出現(xiàn)彎曲時(shí)，都會(huì)引起光纖產(chǎn)生應(yīng)變。以隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)為例，在采用明挖法施工DFOS監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行彎曲測(cè)量時(shí)，便可以通過(guò)對(duì)隧道邊墻和中墻的受力情況以及拱頂和拱腳應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而分析隧道開(kāi)挖過(guò)程中撓曲變化情況。

2.2 暗挖法施工DFSO監(jiān)測(cè)方案

暗挖段中隧道結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)是側(cè)墻和中墻的監(jiān)測(cè)，并且還要結(jié)合蓋頂進(jìn)行整體監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，我們可以將傳感器放置在隧道測(cè)量未知的鋼筋骨架上，當(dāng)隧道發(fā)生彎曲時(shí)，側(cè)墻和中墻中的鋼筋骨架就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變。

2.3 盾構(gòu)法施工DFOS監(jiān)測(cè)方案

采用盾構(gòu)法DFSO監(jiān)測(cè)技術(shù)通常使用分布式光纖感測(cè)技術(shù)BOTDR和BOFDA。盾構(gòu)法施工監(jiān)測(cè)方案，地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)線沿鐵路線布設(shè)；隧道拱頂變形以及支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)線沿垂直方向布設(shè)。以隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)為例，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)是將光纜放置于鋼拱架的兩側(cè)，通過(guò)對(duì)鋼拱架兩側(cè)的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而推算出鋼拱架彎曲情況。

圖1 風(fēng)井頂部支撐梁的應(yīng)力變化曲線

3 DFOS監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵施工過(guò)程中的應(yīng)用

3.1 工程概況

本文以蘇州4號(hào)地鐵線進(jìn)行分析，該交通線風(fēng)井共設(shè)置7道支撐，采用明挖方式進(jìn)行施工。區(qū)間風(fēng)井總建筑面積3 925m2，其中區(qū)間風(fēng)井主體結(jié)構(gòu)建筑面積為605m2。基坑深度約為30m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1.2m地下連續(xù)墻，墻深度為54.6m，鋼筋籠長(zhǎng)48.6m。

3.2 DFSO監(jiān)測(cè)技術(shù)施工方案

在對(duì)施工過(guò)程中彎曲情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，將感測(cè)光纜布置到鋼筋籠中，經(jīng)混凝土澆筑，待光纜與混凝土協(xié)調(diào)變形后即可開(kāi)始測(cè)量開(kāi)挖過(guò)程中支撐結(jié)構(gòu)、隧道變形等情況，測(cè)量過(guò)程具有施工方便、強(qiáng)度高的特點(diǎn)。在光纜布設(shè)過(guò)程中，應(yīng)預(yù)留足夠長(zhǎng)度的冗余段以便于引至監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，并在光纜引出混凝土位置使用PVC管保護(hù)，且標(biāo)記清楚。

3.3 DFSO監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

為更好地分析地鐵風(fēng)井彎曲情況，我們對(duì)風(fēng)井的不同位置進(jìn)行了測(cè)量，共測(cè)量了4條邊，每條邊共測(cè)量了5組數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)相互獨(dú)立，見(jiàn)圖1。

由圖1所示，在地鐵開(kāi)挖期間，風(fēng)井上部各邊支撐梁的變化趨勢(shì)基本一致，我們發(fā)現(xiàn)2號(hào)和3號(hào)曲線應(yīng)變基本維持在250 uε左右，遠(yuǎn)低于1號(hào)和4號(hào)曲線的400 uε，這說(shuō)明在風(fēng)井支撐梁兩端應(yīng)變加大，中間位置應(yīng)變較小，這也反映了地鐵隨著開(kāi)挖深度的增加，應(yīng)變也逐漸增大。由此可見(jiàn)，采用DFSO監(jiān)測(cè)技術(shù)可以很好地分析地鐵施工過(guò)程中各結(jié)構(gòu)的彎曲情況，進(jìn)而做出合理的分析與判斷。

4 結(jié)論與展望

目前，我國(guó)地鐵建設(shè)正處于快速發(fā)展的階段，DFSO作為一種新型傳感技術(shù)，對(duì)于地鐵施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的變形情況測(cè)量具有重要的使用價(jià)值。在地鐵施工過(guò)程中，DFSO監(jiān)測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程中的彎曲情況進(jìn)行測(cè)量、分析。我們以蘇州地鐵風(fēng)井施工為例，分析了DFSO監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)施方案以及監(jiān)測(cè)結(jié)果，均表明DFSO監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)地鐵施工過(guò)程中變形情況的測(cè)量具有很好的可行性。

[1] 丁睿，劉浩吾．分布式光纖傳感技術(shù)在結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)中的應(yīng)用[J]．四川水利發(fā)電， 2003，22（1）：70-72.

[2] 丁進(jìn)選．地鐵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．勘察科學(xué)技術(shù)，2013（2）：15-17.

[3] 耿軍平，許家棟．基于布里淵散射的分布式光纖傳感器的進(jìn)展[J]．測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，2002,16（2）：87-91.

[4] 郭海柱，張慶賀．地鐵換乘站近接施工監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬分析[J]．施工技術(shù)，2012，47（7）：62-66.

Application of Deformation Monitoring Technology Based on DFOS in Subway Construction

LUO De-li

(China Railway Seventeen Bureau Group Shanghai Rail Traffic Engineering Co., Ltd.)

With the continuous improvement of social demand, the subway as a convenient and efficient way of transportation has begun to enter people's lives. This paper first introduces the characteristics of DFSO monitoring technology, and monitoring of the DFSO mode in subway different construction schemes are analyzed and discussed, and the selection of the Suzhou subway shaft construction process as an example, monitoring technology of DFSO analysis showed that DFSO has high technology in the subway construction process using value.

DFSO; subway construction process; monitoring scheme; deformation