土木工程监测新技术

土木工程监测新技术

摘要：

土木工程监测在实际工程中有着重要意义。发展至今，工程监测的方法多种多样。本文简要简要说明了工程监测的意义，并以案例介绍了两种工程监测的方法。

关键词：工程监测分布式光纤应变监测数字化近景摄影测量系统

正文：

任何一项工程或多或少都有着一定的缺陷，缺陷的存在便会对工程的施工，使用，安全等环节造成影响。因此，工程监测便可以发挥出作用。通过工程监测可以发现工程结构内部缺陷，并通过监测数据判断出这些缺陷对工程造成的影响，为解决方案提供依据。

土木工程监测的对象多种多样，例如建筑物、基坑、隧道、水利工程、边坡、公路等。监测的方面又可以分为变形，应力，应变，渗水量等各个方面。而监测的技术同样也是花样繁多：（1）对于压力应力有着钢筋应力计，孔隙水压力计，锚杆应力计，土压力盒等测量仪器；（2）对于变形有着测斜仪，分层沉降仪，道路断面沉降仪等仪器。但目前较为新颖的方法是分布式光纤应变监测以及监测数据实时报送系统。

分布式光纤应变监测：

(1)原理：分布式光纤监测的主要原理是布里渊散射技术。布里渊散射是光在光纤中传输过程中发生的一种非线性效应。由于它的存在使光信号产生传输损耗,这对信号传输而言是不利的,但人们可以利用这种效应对光纤进行测量。布里渊光时域反射计（BOTDR）是通过检测光纤中反向散射的自发布里渊散射光来实施监测的。

(2)特点：分布式光纤传感器具有传输距离长、抗电磁干扰能力强,能够较全面地获取监测目标体参数信息的特点,可实现长期在线分布式监测,适合长期实时监测大型结构体的变化。

（3）具体实施：以隧道为例。根据BOTDR光纤应变分析仪的仪器性能以及不同隧道的实际情况光纤铺设方式可分为3种全面接着定点接着和Ω形定点接着。全面接着是将光纤完全贴附在墙面上主要是针对隧道的整体变形（如图1）。定点接着是将光纤每隔一定距离确定一个固定点粘贴在墙面上以此来检测隧道局部接缝处的变形。另外为了监测到隧道裂缝处的细微变形在裂缝明显处按照Ω形定点接着方式布置光纤。光纤铺设则是采用特制的胶粘剂将光纤按上述方案采用一系列光纤铺设工艺固定在隧道壁上并采用BOTDR仪进行光损耗量测和断

点检测以保证施工质量光纤的连接采用日本FSM–16R光纤熔接机。为了研究隧道温差振动(通车)等环境因素对光纤应变的影响可以每隔1 h测1次以监测所需测量的温度。试验项目包括(1) 光纤铺设方法的影响(2) 温度等环境因素对应变的影响(3) 光纤应变的灵敏性试验等。

结合这 3 种方法分别在西隧道的西面墙壁和拱顶铺设了 3 条光纤并集中引到隧道中部的管理室进行远程应变监测3 条光纤（布置图如图2和图3）。

数字化近景摄影测量系统：

（1）原理：数字化近景摄影测量系统具体测量过程如下所示

通过输出的图形可以进行判别比较，从而确定变形等。

（2）适用范围：变形观测，包括房屋、桥梁、井筒、井架、隧道等；各种工业构筑物和地下工程的变形观测；测量，露天边坡及排土场稳态监测；塌陷区测量。

（3）特点：与常规的边、角测量方法相比，它不但外业速度快，信息记录全，而且在许多常规测量无法作业的地点（如矿山井筒内、塌陷区等）都能进行测量。该系统将像片（数字影像）量测、三维坐标计算、计算结果的绘图输出一体化，因此整个内业过程都在计算机上完成，操作十分方便。同时也有着设备过于专业化、价格昂贵；所需工作环境在工程中往往难以满足，如地下空区测量既难于设置摄站，又不易布设物方控制；数据处理技术复杂；数据处理周期长、信息反馈慢等缺陷。

(4)具体实施：以房屋的变形观测为例。

①在需要观测的房屋部份或房屋四周，选相距以上的两个竖直方向，粘贴一些作为观测和计算的标志点，并精确量出其距离作为起算边。标志点的分布可在重点变形区域多设，一般区域少设。此外，应在观测区域内安设两个以上的已知长度的竖直和水平标尺或标杆，以提高观测精度，特别是减小比例误差。

②手持照相机绕房屋四周或对待测部份照相，相邻两照片间应有足够的重叠度。

③将放大的彩色照片（如扫描仪允许，最好直接用底片）扫描成BMP格式的图像文件，存入计算机。一个场景不超过20张照片，场景大时可分作多个小场景进行计算。

④在该系统的主控菜单下，用鼠标在计算机屏幕上进行相片测量，然后作三维计算并调用AUTO CAD进行三维结果的输出。

⑤对两期或多期变形观测照片，按上述方法计算出各标志点的三维坐标后，即可调用本系统的位移分析程序，进行每两期间的位移分析，找出位移点并求出其位移值。

参考文献：

《矿冶工程》第四期《数字化近景摄影测量系统及其应用》贺跃光王秀美曾卓乔

《土木工程监测技术》，中国建筑工业出版社，夏才初、潘国荣，2001.7

《岩石力学与工程学报》第二十四卷第十五期《隧道健康诊断BOTDR 分布式光纤应变监测技术研究》施斌徐学军王镝王霆张丹