产品在出厂之前进行了下面几项检验和测试:

　　(1)检测光栅是否畅通,封装是否密封防水,测试各传感器自由状态下中心波长。

　　(2)测试温度变化引起的波长变换值之间的比例系数。

　　(3)做多次温度循环升降试验,测试封装传感器抗疲劳性。

　　4 监测设计

　　项目的监测对象为隧道开挖时的初期支护,监测内容主要围绕初期支护的内力展开,具体有以下监测项目:

　　(1)初期支护喷混凝土的内部温度监测。

　　(2)初期支护喷混凝土的应变监测。

　　(3)初期支护钢拱架的主筋应力监测。

　　现场每个监测断面设计铺设6个FBG钢筋应力计传感器、2个FBG混凝土应变计和1个FBG温度传感器,其中钢筋应力计式传感器留有2个冗余。所有传感器只敷设在拱顶和边墙上,其中每个拱架的外侧(和围岩接触)焊接2个钢筋应力计,位置约在三分之一处;2个混凝土应变计对称埋设在拱顶拱架中间;温度传感器直接放在边墙上。每个传感器的信号传输光纤都从熔接并从初期支护两侧引出后进行串联,整体布置情况如图2所示。

　　5 传感器封装、设置及保护

　　5.1 传感器连接封装

　　传感器安装前必须将信号传输光纤连接上,并在末端熔接相应尾纤用于连接仪器。现场熔接前将PU管套在传感器留出的光纤外并将端部粘合在传感器上;将铠装套管套在信号传输光纤上,将套有套管的一端光纤剥离出与传感器进行熔接;熔接裸露出光纤的部位先用PU管进行保护,再将粗套管移到两外套管上用胶密封固定。尾纤同样采用外套护套的方法进行接头处保护(图3)。

　　5.2 传感器安装和保护

　　FBG钢筋应力计传感器必须与钢筋联合为一体后才能进行测试,采用截断焊接介入法,该工作在地表完成。FBG传感器的轴心要与待测钢筋的轴线在同一直线上,焊接时对传感器进行防高温保护。拱架安装固定后,FBG混凝土应变计和FBG温度计直接绑在拱架的格栅上固定,对FBG钢筋应力计外裹上减震泡沫布来防止其在喷混凝土时被冲击破坏。安装结束后将所有传感器的信号传输光纤沿主筋从两侧引出,光纤捆绑和引出时不得出现过大弯曲,使其平滑过渡。

　　5.3 外引光纤的保护

　　各传感器信号传输光纤采用了强度高的金属铠装光纤,对部分薄弱部位利用多层套管法进行保护,光纤引出初期支护后再通过法兰将各传感器按照先后顺序进行串联连接。根据不同阶段外引的光纤,进行不同形式的防爆破冲击和开挖机械破坏保护。

　　6 监测成果分析

　　本次现场测试自2006年4月12至2006年7月5日,共进行了18次测试,对于应变应力类传感器,根据温度测试值利用表进行温度补偿修正后根据公式(2)换算出应变变化值。钢筋应力计传感器监测到的轴力还需要进行轴力换算,其中钢筋E值为2.1×105MPa,横截面面积为0.45cm2。通过以上数据处理后的值作出了各传感器成果图(图4)。

　　监测结果表明,混凝土温度变化主要发生在混凝土凝固前期,但由于地下水影响,其过程并未长期持续,很快趋稳于岩土环境温度(26.4℃,与当地年平均气温很为接近),稳定后并未随气温变化而波动;混凝土应变主要

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