分布式光纖傳感技術在大型基建工程監測中的研究與應用

胡正春

摘要：隨著在國家經濟社會的快速發展，發電水利、公路橋梁和高鐵礦山等大型基建工程的建設如火如荼的加速施工建設，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定持續運行，需要對其基礎、結構和邊坡等設施進行實時監測，分析評價，確保其安全可靠。分布式光纖傳感技術在建筑工程結構監測上已得到成熟應用，通過對其在大型基建工程中基礎、鋼筋混凝土主體結構和邊坡等項目可靠性監測研究與與應用，不僅保證了工程建設期施工安全質量，還持續為項目運營階段的監測提供了保障，為項目全壽期安全穩定運營保駕護航。

關鍵詞：分布式光纖傳感技術;大型基建工程;研究與應用

一、引言

大型基礎設施工程建設項目隨著經濟的快速發展也在快速地增加，包括發電水利、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構出現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，出現如邊坡失穩 、混凝土結構出現變形、地基基礎沉降等問題。地質結構相對復雜，也是地質災害頻發的原因之一。這些外部因素對于工程質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，所以使用何種技術已成為目前該領域重點關注的內容。

二、分布式光纖傳感技術概述

分布式光纖傳感技術最早出現于20世紀末，它與傳統檢測技術手段相比，它的應用不僅能夠作為傳感介質也是重要的傳輸通道。它能夠對空間進行連續性的測量，當把光纖布入被監測對象時，它能夠和被測對象的變形產生協調。通過一次測量就能夠獲取整個光纖的應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計成網狀，則可以得到更多維度的應變和溫度變化數據，進而幫助檢測人員進一步對巖體結構的受力以及變形情況進行分析。當然這種監測技術還具備高靈敏度、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的應用對于巖土和地質工程的施工監測具有非常重要的推動作用，得到了應用領域的廣泛重視和認可。

三、分布式光纖傳感技術在大型基建工程監測中的應用

發電水利、公路橋梁和高鐵礦山等大型基建工程是關乎國計民生的百年大計項目，如何保證這些項目安全穩定持續運行，需要對其基礎、結構和邊坡等設施進行實時監測，分析評價，確保其安全可靠運營。

1、混凝土結構監測

鋼筋混凝土是大型基建工程項目中重要的主體結構，其結構的穩定性將會影響整個建筑工程施工的安全和應用的穩定性。一旦混凝土結構出現變化，就可能會造成整個結構出現裂縫甚至塌落的情況，繼而威脅整個工程建設的施工質量。而借助這項新型的傳感技術能夠對目前混凝土結構進行監測，尋找結構中的不足，并為其制定對應的解決方案，從而確保建筑的施工質量和使用壽命。如果在施工過程中由于施工技術不足或是防護措施不到位造成混凝土結構中的鋼筋受到腐蝕，那么也可以通過這項監測技術找到問題點進而進行處理，確保工程質量[2]。針對一些施工環境較為惡劣的施工現場也可以通過該項監測技術為作業人員提供合理的現場監測數據，以便能夠為防護做充足的準備工作。借助監測數據，還可以結合工程施工的實際情況制定出對應的應急預案，并結合工程施工的相關標準以及工程概況進行全面有效地對施工區域的巖土和地質工程進行全面檢測，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、樁基工程施工監測

樁基對于建筑施工來說是建筑施工的根基，其穩定性和安全性關系到整個工程項目的施工質量。而樁基的承載力和強度以及后續的變形幅度都會影響上部建筑結構的穩定性和安全性。傳統的監測方式采用了點式傳感器，這種傳感設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，給后續的施工造成一定的困擾。而采用分布式光纖傳感技術能夠對樁基進行全面地檢測，不僅數據準確度較高，同時也能夠為后續的施工工作提供一定的參考。所以在該領域具有很廣泛地應用前景。通過不懈地試驗研究，將這項技術應用于不同種類的樁基施工項目中，能夠對樁基的損傷進行識別。同時通過技術研發還采取了光纖預埋設的方式以及對應的數據處理技術。通過實踐可以得出，這種新型的分布式傳感檢測技術能夠有效地替代傳統的監測不足的問題，并對監測中的存在的誤差提出合理的建議和處理方式。當然在具體應用和執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。所以在實際進行監測之前需要相關的技術人員和作業人員進行全面檢查，找出問題，制定對應的解決策略。

基坑開挖過程中對于自身的穩定性以及周圍建筑的影響較大，所以為了避免基礎結構的變動對周圍造成影響，引發安全事故，因而需要對基坑工程進行監測。尤其是基坑深部土體的位移監測工作和穩定性評價。通過采用分布式傳感技術的應用，有效地監測到土地的變化情況，也可以借助溫度補償的方式了解土體的應力、溫度等信息。但是這項技術在基坑監測內的實際應用仍存在一定的問題，比如光纖的布設，傳感器的放置和封裝以及運行過程中的維護等。

3、邊坡監測

發電水利、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測是非常必要的。光纖傳感監測系統的應用恰好滿足了這一應用要求，為邊坡的失穩監測提供數據信息。近些年來隨著對地質災害的防控預防工作的落實，對于現行的BOTDR技術應用的可行性進行了分析，發現由于光纖與土體之間的變形協調性較低，所以將光纖附著在錨桿以及框梁中對其進行監測其效果要比將光纖埋入土體內的效果更加明顯[3]。嘗試使用分布式光纖來檢測土堤壩的安全穩定性，獲得了良好的檢測成效。

四、溫度補償技術以及工程技術應用

目前FBG技術以及DOFS技術對于應變以及溫度都具有一定的敏感性，要讓其發揮作用就必須進行溫度補償，從而避免溫度對監測結果的影響。目前所采用的溫度補償的方式主要是以安裝光纖光柵溫度補償器為主。如果是在長距離的監測情況下，則需要設置兩套監測設備，用于不同的情況。雖然這套光纖測溫技術已經逐步成熟，但是在具體應用過程中仍會存在很多問題。比如，光纖監測系統的應用會受到安裝施工和布設的方式的限制，也無法確保在復雜環境下傳感器的應用成功率以及監測數據的穩定性[4]。同時對于溫度測量要求較高的分布式測溫器監測精度也很難達到預期。光纖傳感技術目前在大型基建工程項目領域中的應用仍不成熟，在實際應用中任存在技術實施難點以及經驗不足的情況，無法確保方案設計的有效性。尤其是在一些復雜環境要確保監測數據的準確性以及穩定性還需要不斷提升應用技術水平。

五、結束語

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的應用進行分析和研究，了解到這項技術應用所帶來的技術升級同時也了解到這項技術在實際應用中仍存在的不足，仍需要投入更多地研究與優化完善，才能更好的推動這項技術的應用，更好為工程項目建設與安全穩定運行保駕護航。

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在煤礦地質監測中的應用[J].應用科學學報，2020，38（02）：215-225.

[2]朱鴻鵠，施斌，張誠成.地質和巖土工程光電傳感監測研究新進展——第六屆OSMG國際論壇綜述[J].工程地質學報，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.光纖傳感技術在巖土與地質工程中的應用研究進展[J].建筑科學與工程學報，2015，32（03）：28-37.