基于植入式分布式光纖傳感技術(shù)的引黃涵閘混凝土溫度監(jiān)測(cè)方法及其應(yīng)用

摘要：準(zhǔn)確獲取混凝土澆筑及固化過(guò)程中的溫度特征參量變化對(duì)于了解及掌握黃河流域引黃涵閘工程建設(shè)中混凝土開(kāi)裂產(chǎn)生原因具有重要意義。目前黃河流域引黃涵閘建設(shè)工程中主要采用熱成像方式測(cè)量其表面溫度，難以實(shí)時(shí)獲取混凝土的整體溫度特征。采用植入式分布式光纖傳感技術(shù)在對(duì)引黃涵閘工程山東段混凝土溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在混凝土澆筑前，將傳感光纜預(yù)先布設(shè)于結(jié)構(gòu)鋼筋兩側(cè)，從而實(shí)時(shí)有效地監(jiān)測(cè)混凝土澆筑和固化過(guò)程中的內(nèi)部溫度特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用植入式分布式光纖傳感技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土各個(gè)點(diǎn)位的溫度變化及固化過(guò)程中的溫度異常點(diǎn)，同時(shí)，該方案可以有效分析混凝土固化過(guò)程中溫度特征及整體變化情況。依托分布式光纖傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)引黃涵閘混凝土溫度監(jiān)測(cè)，對(duì)黃河流域同類工程建設(shè)具有重要的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：引黃涵閘工程；分布式光纖傳感技術(shù)；混凝土；溫度監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TN247文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-4026（2024）05-0054-08

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)志碼（OSID）：

Method and application of concrete temperature monitoring for

the Yellow River diversion sluice gates based on embedded

distributed fiber optic sensing technology

QU Jikai1， QI Yueqiang2， QU Shuai3*

（1.Shandong Yellow River Water Conservancy Bureau Engineering Construction Center， Jinan 250011， China;

2.Shandong Yellow River Shuncheng Water Conservancy and Hydropower Engineering Co.， Ltd.， Jinan 250032， China;

3.Laser Institute， Qilu University of Technology （Shandong Academy of Sciences）， Jinan 250104， China）

Abstract∶Accurate measurement of temperature variations during the pouring and curing of concrete is of great importance for investigating concrete cracking during the construction of the Yellow River Diversion Project in the Yellow River Basin. Notably， the current construction projects involved in the Yellow River Diversion Project in the Yellow River Basin primarily use thermal imaging methods for surface temperature measurement， making it difficult to obtain real-time overall temperature characteristics of concrete. Therefore， to improve the ecological system of the Yellow River Basin and ensure high-quality development in the region， this research proposes a concrete-temperature monitoring method for the Yellow River Diversion Project based on implantable distributed fiber optic sensing;this method has been successfully used in the Yellow River Diversion Project in Shandong Province. Before concrete is poured， the sensing fiber opthic cable is prelaid on both sides of the involved structural-steel bars， enabling real-time and effective monitoring of the internal temperatures during the pouring and curing of concrete. This method is of great value for ensuring real-time analysis of the temperature of concrete throughout its lifecycle. Experimental results show that the use of implantable distributed fiber optic sensing allows real-time monitoring of temperature changes at various points in concrete and temperature anomalies during curing. Moreover， this method can be used to effectively analyze the overall temperature variation during curing. Using implantable distributed fiber optic sensing to monitor the concrete temperature for the Yellow River Diversion Project is of considerable reference value for similar engineering projects in the Yellow River Basin.

Key words∶Yellow River Diversion Project; distributed fiber optic sensing; concrete; temperature monitoring

完善黃河流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)管體系，加強(qiáng)黃河綜合治理和能力建設(shè)，解決黃河流域高質(zhì)量發(fā)展中存在的問(wèn)題已上升為我國(guó)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。隨著我國(guó)對(duì)水資源綜合利用和高效開(kāi)發(fā)邁入全新的發(fā)展階段，黃河流域水利工程建設(shè)也取得了快速發(fā)展?；炷劣捎谄鋬r(jià)格低廉、可模性高、耐久性好等特點(diǎn)，在水利工程建設(shè)中被廣泛地應(yīng)用，已成為水利工程建設(shè)中不可或缺的材料。

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑及固化過(guò)程中，溫度變化會(huì)顯著影響整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，使得混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部產(chǎn)生拉應(yīng)變，從而導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性以及防滲能力造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞，影響混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期運(yùn)行安全，甚至對(duì)水利工程建設(shè)帶來(lái)不可估量的損失［1-3］。因此，混凝土的溫度監(jiān)測(cè)是水利工程建設(shè)關(guān)注的重點(diǎn)。為了保證澆筑及固化過(guò)程中混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量，需要對(duì)混凝土生命周期中的實(shí)際溫度狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，掌握混凝土內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布規(guī)律，從而減少乃至消除混凝土裂縫對(duì)其功能完整性的影響，對(duì)安全生產(chǎn)具有重要意義。

目前，常用于混凝土結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)的溫度計(jì)或溫度傳感器主要包括熱電偶、熱敏電阻、紅外測(cè)溫儀等［4］。主動(dòng)熱成像技術(shù)被用于混凝土結(jié)構(gòu)缺陷監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)溫度成像，檢測(cè)混凝土在固化過(guò)程中的溶解、空洞和不均勻性等缺陷［5-6］。然而，上述混凝土溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)依賴于人工，無(wú)法做到數(shù)據(jù)連續(xù)采集，會(huì)導(dǎo)致漏檢等風(fēng)險(xiǎn)，難以實(shí)時(shí)反映混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)變化信息。同時(shí)，上述監(jiān)測(cè)設(shè)備只能用于混凝土固化過(guò)程，無(wú)法對(duì)混凝土應(yīng)用過(guò)程中的內(nèi)部溫度場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。近年來(lái)，光纖傳感技術(shù)由于其測(cè)量精度高、抗電磁干擾及惡劣環(huán)境、性能穩(wěn)定、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。光纖本身便是一種有效的傳感陣列，其可以被看作是大量傳感器的集合，在完成光纖鋪設(shè)時(shí)，大量的傳感器也被相應(yīng)地部署［7-8］。另外，光纖傳感器用光纖進(jìn)行信號(hào)傳感和傳輸，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖沿線的應(yīng)變、振動(dòng)、溫度等信息的測(cè)量。因此，光纖傳感技術(shù)為混凝土全生命周期的溫度監(jiān)測(cè)提供新思路。光纖布拉格光柵（fiber Bragg grating， FBG）傳感器已被應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)溫度的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，但FBG傳感器只能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測(cè)量，無(wú)法對(duì)光纖沿線混凝土結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量［9］。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)分布式測(cè)量，基于布里淵散射的分布式光纖傳感被用于混凝土溫度測(cè)量，然而布里淵散射對(duì)溫度和應(yīng)變效應(yīng)都敏感，在混凝土監(jiān)測(cè)過(guò)程中會(huì)受到溫度和應(yīng)變交叉敏感性的影響［10-11］。

為了準(zhǔn)確獲取混凝土澆筑及固化過(guò)程中的溫度參量變化，本文結(jié)合拉曼散射原理，采用植入式分布式光纖溫度傳感技術(shù)用于引黃涵閘混凝土溫度監(jiān)測(cè)，在不影響混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，對(duì)混凝土澆筑及固化過(guò)程中的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用分布式光纖溫度傳感技術(shù)，可以有效地監(jiān)測(cè)混凝土澆筑及固化過(guò)程中各個(gè)位置的溫度特征，實(shí)現(xiàn)全時(shí)全域全生命周期地完成對(duì)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)測(cè)量，對(duì)保障水利工程中混凝土生命周期運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)及其質(zhì)量提升具有重要意義，幫助工程師和監(jiān)測(cè)人員及時(shí)了解混凝土結(jié)構(gòu)的變化情況，預(yù)防可能發(fā)生的安全事故，為保證黃河流域健康發(fā)展，打造“智慧黃河”提供新技術(shù)和新途徑。

1分布式光纖溫度傳感技術(shù)測(cè)量原理

1.1基本原理

拉曼散射是一種非彈性碰撞，主要是入射光子和光學(xué)聲子之間相互作用的結(jié)果，當(dāng)入射光子與光學(xué)聲子相互作用時(shí)，光學(xué)聲子會(huì)被光子吸收，入射光頻率會(huì)向更高頻率的散射光偏移，反之，當(dāng)光學(xué)聲子被光子釋放時(shí)，入射光會(huì)向低頻率的散射光轉(zhuǎn)變。拉曼散射也與特定的頻移相關(guān)，其頻移量約為13.2 THz，線寬約為5 THz。基于拉曼散射的分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)如圖1所示。

基于拉曼散射的分布式溫度傳感系統(tǒng)主要由光路模塊、傳感光纖、光信號(hào)檢測(cè)與處理模塊三部分組成。其中光路模塊由固定重復(fù)頻率的激光光源以及1×3的波分復(fù)用器（WDM）組成。傳感光纖用于傳輸光信號(hào)及感知光纖沿線的溫度變化情況。光信號(hào)檢測(cè)與處理模塊包括光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡及上位機(jī)處理軟件，其中，探測(cè)器用于探測(cè)沿傳感光纖后向散射的Anti-Stokes和Stokes光信號(hào)，之后由數(shù)據(jù)采集卡對(duì)這兩路光信號(hào)進(jìn)行采集，最后由上位機(jī)處理軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而分析出沿整個(gè)傳感光纖方向的溫度曲線特征。

1.2基于拉曼散射的分布式光纖溫度傳感解調(diào)方法

由于拉曼散射產(chǎn)生的Anti-Stokes光信號(hào)對(duì)外界環(huán)境溫度變化具有較高的敏感性，而Stokes光信號(hào)對(duì)外界環(huán)境溫度變化的敏感性較低，所以，通常采用Stokes后向散射光作為基于拉曼散射的分布式溫度傳感系統(tǒng)中溫度解調(diào)的參考光來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外界溫度的測(cè)量。

目前，基于Anti-Stokes光信號(hào)和Stokes光信號(hào)強(qiáng)度比值的溫度解調(diào)方法可以有效地消除光源輸出的不穩(wěn)定性以及光纖鏈路中的損耗等不確定因素對(duì)溫度變化造成的影響，可以極大地提升基于拉曼散射的分布式溫度傳感系統(tǒng)的可靠性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度信息的解調(diào)。本系統(tǒng)所使用的分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)溫度分辨率為±1.5 ℃，空間分辨率為1 m，溫度測(cè)量范圍為-40～150 ℃。

2引黃涵閘混凝土溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1傳感光纜及解調(diào)主機(jī)布置

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土全時(shí)全域全生命周期溫度監(jiān)測(cè)，我們將傳感光纜植入到黃河下游引黃涵閘改建工程混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，在不影響混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土澆筑及固化過(guò)程中的溫度狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，并在山東黃河首批國(guó)家重大水利工程黃河下游引黃涵閘改建工程（山東段）落地實(shí)施。系統(tǒng)示意圖如圖2所示，將傳感光纜布設(shè)在引黃涵閘架構(gòu)之中，為了確保在混凝土澆筑過(guò)程中傳感光纜的安全，采取傳感光纜與鋼筋貼合方式對(duì)光纜進(jìn)行布設(shè)，同時(shí)，對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行加固處理，保護(hù)關(guān)鍵部位的光纜安全。對(duì)于分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)，其主要包括數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，采集模塊與傳感光纜相連接用于采集光纖沿線的拉曼散射信息，分析模塊主要用于分析傳感光纜沿線的溫度變化情況，兩個(gè)模塊放置在監(jiān)控室中用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析。

為了不影響引黃涵閘現(xiàn)場(chǎng)施工，在鋼筋結(jié)構(gòu)施工完成后，將傳感光纜布設(shè)于鋼筋側(cè)面緊挨鋼筋結(jié)構(gòu)，按照正弦型結(jié)構(gòu)鋪設(shè)光纜，并用鋼絲將光纜固定于鋼筋旁側(cè)，使得光纜與鋼筋緊貼，

光纜在布設(shè)過(guò)程中，應(yīng)將光纜拉直，盡量減少光纜的彎曲，保證光纜在使用中具有較強(qiáng)的光信號(hào)。

2.2溫度場(chǎng)狀態(tài)分析

為確保分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)的正常運(yùn)行，先對(duì)光纜整體進(jìn)行初步檢測(cè)，對(duì)布設(shè)后的光纜某一時(shí)刻溫度進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖3?？梢钥闯觯麄€(gè)光纜的溫度沿線無(wú)斷裂，分布式光纖傳感系統(tǒng)可以正常監(jiān)測(cè)到整根傳感光纜的溫度。此時(shí)，整根光纜受外界環(huán)境的影響，溫度基本相同。因此，將分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間采集設(shè)定，每間隔10 min采集一次，用于后續(xù)的混凝土溫度監(jiān)測(cè)。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1引黃涵閘混凝土澆筑和固化過(guò)程中溫度變化

為了獲取引黃涵閘混凝土澆筑和固化過(guò)程中溫度變化情況，我們將分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)放置在監(jiān)測(cè)室，并利用分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)對(duì)引黃涵閘澆筑和固化的整個(gè)生命過(guò)程進(jìn)行為期7天的溫度監(jiān)測(cè)，其中包含2個(gè)半天，5個(gè)整天。對(duì)混凝土澆筑及固化過(guò)程中的溫度測(cè)量結(jié)果如圖4所示，可以明顯看出混凝土澆筑前后的溫度變化差異，其中前75 m范圍內(nèi)為涵閘與監(jiān)測(cè)室連接的光纜長(zhǎng)度，而后125 m范圍內(nèi)為布設(shè)在引黃涵閘內(nèi)部的光纜長(zhǎng)度。圖4（a）反映了混凝土澆筑前光纜沿線的溫度特征變化，可以看出，在未澆筑混凝土?xí)r，光纜溫度主要由外界環(huán)境溫度決定。圖4（b）反映了混凝土澆筑之前以及澆筑固化過(guò)程中的溫度變化情況，在第二天上午11：00時(shí)，混凝土開(kāi)始澆筑，布設(shè)在引黃涵閘內(nèi)部的光纜受混凝土溫度的影響快速升高，達(dá)到50 ℃，引黃涵閘混凝土內(nèi)部溫度與外界溫度形成了一個(gè)明顯的溫度差。圖4（c）～4（e）給出了混凝土在固化過(guò)程中的溫度變化情況，可以看出，混凝土在澆筑之后的兩天處于溫度下降期，在此期間，混凝土內(nèi)外溫差在白天時(shí)受太陽(yáng)光照的影響，溫差維持在20 ℃以內(nèi)，而在夜間時(shí)，混凝土內(nèi)外溫差會(huì)達(dá)到30 ℃。此外，在監(jiān)測(cè)的第四天，引黃涵閘施工附近受降雨天氣的影響，進(jìn)一步加速了混凝土的溫度下降，使得混凝土內(nèi)部溫度更加快速地趨于外界環(huán)境溫度，如圖4（d）所示。圖4（e）～4（g）展示了混凝土固化過(guò)程后期溫度變化情況，可以看出，在監(jiān)測(cè)第五天中，混凝土局部溫度維持在30 ℃，而后混凝土內(nèi)部溫度下降至20 ℃后基本不變，可以判斷，混凝土在固化之后內(nèi)部溫度基本維持在20 ℃。從圖5（d）～5（e）中可以看出，混凝土在固化過(guò)程中，會(huì)有局部位置點(diǎn)比其他位置溫度高，冷卻時(shí)間要長(zhǎng)于其他位置。通過(guò)分析布設(shè)距離得知，溫度較高點(diǎn)主要位于整個(gè)引黃涵閘邊界位置，這可能是由于在澆筑混凝土過(guò)程中，邊界的混凝土澆筑不均勻。在這種情況下，為了確?；炷恋臐仓|(zhì)量，防止溫度異常產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象，可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行降溫處理。

根據(jù)GB 50496—2018《大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)》［12］第3.0.4條，混凝土施工溫控指標(biāo)應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于50 ℃; （2）混凝土澆筑體里表溫差不宜大于25 ℃; （3）混凝土澆筑體降溫速率不宜大于2.0 ℃/d; （4）拆除保溫覆蓋時(shí)混凝土澆筑體表面與大氣溫差不應(yīng)大于20 ℃。圖4（h）顯示了混凝土澆筑及固化過(guò)程中的整體溫度變化。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，混凝土升溫最大達(dá)到50 ℃以及拆除保溫覆蓋時(shí)混凝土澆筑體表面與大氣溫差小于20 ℃，因此混凝土澆筑體在入模溫度升值以及拆除保溫覆蓋時(shí)溫度差滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；而在夜間，澆筑體里表溫差大于30 ℃，在這種情況下，可以對(duì)混凝土固化過(guò)程中的周圍環(huán)境采取相應(yīng)的升溫措施，避免溫差過(guò)大；另外，混凝土澆筑體降溫速率遠(yuǎn)大于2.0 ℃/d，考慮天氣降雨原因加速了混凝土降溫，在后續(xù)相似工程建設(shè)過(guò)程中，可以預(yù)先分析外界環(huán)境因素，對(duì)混凝土做好保溫措施。

因此，通過(guò)采用植入式分布式光纖溫度傳感技術(shù)，可以實(shí)時(shí)地分析混凝土澆筑固化整個(gè)過(guò)程中的內(nèi)部溫度場(chǎng)變化，從而判斷混凝土內(nèi)部溫度變化是否滿足引黃涵閘工程建設(shè)要求，并可以在關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)采取有效措施，及時(shí)指導(dǎo)混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)等工序，提升工程建設(shè)質(zhì)量。

3.2不同時(shí)刻下混凝土內(nèi)部溫度變化

為了更詳細(xì)地分析引黃涵閘建設(shè)過(guò)程中混凝土溫度情況，我們給出了不同時(shí)刻下混凝土內(nèi)部溫度變化特征，結(jié)果如圖5所示。其中，圖5（a）反映了混凝土入模前的溫度變化情況，該時(shí)段主要受天氣環(huán)境溫度的影響，在監(jiān)測(cè)時(shí)間為25 h時(shí)，混凝土入模，此時(shí)混凝土的溫度為40 ℃左右，且混凝土內(nèi)部的整體溫度波動(dòng)幅值較小，表明混凝土施工前的配料比滿足澆筑的溫度要求。圖5（b）～5（c）反映了混凝土在澆筑之后40 h內(nèi)的整體溫度變化情況，可以看出，混凝土整體溫度上升至50 ℃之后并逐漸下降，其中溫差最大可達(dá)45 ℃，最小溫度差小于10 ℃，造成這種巨大溫差的主要原因是夜間以及下雨天外界環(huán)境溫度降低。圖5（d）展示了固化完成后70 h內(nèi)的溫度變化情況，可以看出，在混凝土澆筑80 h后，混凝土內(nèi)部溫度保持基本不變，與外界溫度差在5 ℃左右。由于混凝土巨大的內(nèi)外溫差變化是引起混凝土產(chǎn)生裂縫的一個(gè)關(guān)鍵原因，因此在混凝土固化過(guò)程中，當(dāng)大溫差產(chǎn)生時(shí)，可對(duì)混凝土進(jìn)行整體養(yǎng)護(hù)，降低其溫差變化。

3.3不同位置溫度隨時(shí)間變化

此外，我們分析了沿傳感光纜不同位置溫度隨時(shí)間變化情況，結(jié)果如圖6所示。其中，圖6（a）展示了引黃涵閘至監(jiān)控室的溫度變化情況，其各個(gè)位置的溫度波動(dòng)情況相同，主要是受到環(huán)境溫度的影響，環(huán)境溫度最高可達(dá)33 ℃，最低在5 ℃。圖6（b）～6（d）給出了引黃涵閘內(nèi)部鋪設(shè)光纜各個(gè)位置的溫度變化情況，可以看出，在引黃涵閘內(nèi)部，溫度變化趨勢(shì)相同，混凝土內(nèi)部的溫差最大在15 ℃，如圖6（d）中165 m處和185 m處比較，引起溫度差異的原因可能是185 m處于涵閘整體混凝土澆筑的邊緣位置，混凝土在澆筑之后，溫度由邊緣向外界擴(kuò)散，使得邊緣溫度下降較快。此外，通過(guò)圖6（b）～6（d）我們可以看出，混凝土整體溫度在監(jiān)測(cè)30 h后達(dá)到50 ℃，在之后70 h內(nèi)溫度降低至均衡，達(dá)到15 ℃，與外界保持穩(wěn)定的溫度差，因此，混凝土內(nèi)部溫度在固化過(guò)程中的下降速率約為0.5 ℃/h，這種快速的下降速率也可能是造成混凝土后續(xù)產(chǎn)生裂紋的原因之一。因此，通過(guò)對(duì)混凝土澆筑及固化過(guò)程中的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)處理溫度過(guò)高情況，一方面可以采取有效應(yīng)急措施，減少問(wèn)題發(fā)生;另一方面，通過(guò)研究分析混凝土澆筑固化過(guò)程中溫度變化規(guī)律，可以為后續(xù)的涵閘改建或同類項(xiàng)目混凝土設(shè)計(jì)、施工及材料配比等提供指導(dǎo)性建議和注意事項(xiàng)，提升工程建設(shè)質(zhì)量，為黃河流域水利工程建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

分布式光纖溫度傳感技術(shù)可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)光纖沿線某一點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度信息，在混凝土施工之前，可以事前標(biāo)注光纜位置及形狀走勢(shì)，從而準(zhǔn)確分析混凝土結(jié)構(gòu)中溫度變化的具體位置。圖7展示了依照光纜鋪設(shè)方向在不同階段監(jiān)測(cè)到的溫度情況，其中圖7（a）給出了引黃涵閘混凝土澆筑前光纜沿線某一時(shí)刻的溫度情況，根據(jù)正弦型鋪設(shè)結(jié)構(gòu)中各個(gè)點(diǎn)的溫度，可以得到整個(gè)引黃涵閘混凝土平面的溫度場(chǎng)信息，保障溫度全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖7（b）給出了混凝土澆筑后前期溫度變化情況，可以詳細(xì)地分析出整個(gè)混凝土澆筑后前期溫度具體細(xì)節(jié)值，整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)平面溫度最大可以達(dá)到49.2 ℃，最低溫度為42.5 ℃，可以通過(guò)混凝土整體結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)溫度差判斷混凝土在配料比方面是否滿足水利工程需求，以及對(duì)后續(xù)的混凝土配料比提供指導(dǎo)性建議并進(jìn)行相關(guān)調(diào)整。圖7（c）展示了引黃涵閘混凝土澆筑后期溫度細(xì)節(jié)，可以有效地分析混凝土溫度下降過(guò)程中出現(xiàn)的異常高溫點(diǎn)，并對(duì)異常點(diǎn)采取相關(guān)降溫措施。圖7（d）給出了混凝土固化后內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度，可以看出，混凝土固化后的最終溫度趨近于環(huán)境溫度，通過(guò)對(duì)后期溫度的監(jiān)測(cè)，可以判斷混凝土是否固化完成，以及混凝土溫度固化周期是否滿足水利建設(shè)工程。

4總結(jié)

本文提出一種基于拉曼散射的分布式光纖溫度傳感技術(shù)，利用植入式光纖光纜實(shí)現(xiàn)對(duì)黃河涵閘混凝土澆筑固化過(guò)程中的溫度變化的有效監(jiān)測(cè)。采用分布式光纖溫度傳感技術(shù)，可以在不影響混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同時(shí)，全方位、大范圍實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土澆筑及固化過(guò)程整個(gè)生命周期的內(nèi)部溫度場(chǎng)變化情況，有效地保障了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)安全。

但同時(shí)也存在一

些不足，比如溫度數(shù)據(jù)的解釋可能較為復(fù)雜，尤其是在結(jié)合其他因素（如氣候條件、混凝土配方等）進(jìn)行綜合分析時(shí)，可能需要更深入的研究和分析。因此，在后續(xù)的研究中，可以進(jìn)一步引入先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)算法，從收集的溫度數(shù)據(jù)中提取相關(guān)影響因素，改進(jìn)關(guān)于引黃涵閘結(jié)構(gòu)完整性和性能隨時(shí)間變化的預(yù)測(cè)能力，保障我國(guó)水利工程建設(shè)安全。

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