监测方案-地面沉降光纤监测方案

地面沉降光纤监测技术方案
方案编制单位：苏州南智传感科技有限公司方案编制：
方案审核：
编制日期：2014年7月16日
1光纤传感监测内容
1.地下岩土体沉降分层压缩变形监测
2.地下岩土体含水层渗水压力监测
2 技术路线与实施方案
本次监测将采用基于布拉格光纤光栅传感解调技术监测地下岩土的压缩变形和渗水压力大小。

光纤光栅传感技术是将光纤光栅封装成沉降位移计、渗压计等，通过钻孔施工将其布设在钻孔内回填土体与周围岩土体耦合变形，从而对地下岩土体的分层压缩变形量、渗水压力等进行定期监测，对以上特征要素的发展规律及速率进行掌控，并根据其发展趋势进行预警。

另外对于岩土体的压缩变形监测，可以采用分布式光纤感测技术进行监测，通过在钻孔内布设安装分布式位移传感器（定点光缆），回填岩土体来达到耦合变形，从而达到监测地面沉降压缩变形量的监测目的。

分布式位移传感器可以达到对地下岩土体变形进行全程布控，分层测量的效果。

1）光纤光栅传感技术实施方案
在地面沉降较为显著和地下水抽取较为严重地区，通过钻孔施工，将光纤光栅封装成的沉降位移计和微型渗压计下放到钻孔内，进行地下岩土体沉降压缩和渗水压力监测。

根据每个沉降位移计的布设深度大小，连接一定长度的光纤引线（稍长于布设深度）。

每个钻孔布设的渗压计采用串式封装，两端连接引线；引线底部与配重绑扎固定。

沉降位移计与渗压计串引线绑扎固定（位置提前设计确定），一起下放到钻孔内部，渗压计上下部位采用黏土球封住水力联系，其余钻孔部位最后回填黄豆砂和瓜子片石子封孔。

在渗压计上下附件串接光纤光栅温度计，实现温度补偿。

图1 光纤光栅传感器布设示意图
A．沉降位移计
测量量程为15cm，测量精度为0.1mm，测量标距20m。

位移计量程和标距可定制。

图2 沉降位移计
B．微型渗压计
测试量程可定制，现可制作量程0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、4.0MPa；测试精度为1%F·S.可将多点微型渗压计制作成微型渗压计串，一起植入到钻孔内部。

图3 微型渗压计
C．光纤光栅解调仪（NZS-FBG-A02）
图4 光纤光栅解调仪(四通道)
2）分布式光纤感测技术实施方案
通过钻孔施工，将分布式感测光缆连接配重导锤下放到钻孔内，最后采用黄豆砂回填封孔。

在等待一定时间后，回填岩土体与周围岩层固结稳定，植入的感测光缆与周围岩土体胶结固定。

当钻孔周围岩土体受地下水抽取作用等影响产生压缩变形，钻孔内感测光缆与之协调变形。

通过测试感测光缆的变形大小，即可实现钻孔内地层沉降变形量测量。

采用微型渗压计监测不同含水层的孔隙水压力。

渗压计采用串式封装，绑扎固定在分布式感测光缆上一起下放植入。

在渗压计上下附件串接光纤光栅温度计，实现温度补偿。

钻孔内布设三种光缆：钢绞线光缆、10m定点光缆、20m定点光缆。

其中钢绞线光缆为紧套光缆，实现钻孔内地层变形敏感区监测。

定点光缆（分布式位移计）可实现两定点间的相对位移大小的精确测量，通过定点拉伸布设可以实现压缩变形和大变形的准确测量。

10m定点的压缩测量量程为15cm，精度为0.2mm；20m定点的压缩测量量程为30cm，精度为0.4mm。

图5 分布式光纤感测技术传感器布设示意图
可以采用国产的AV6419型光时域应变测量计(BOTDR)对光缆进行测量采集数据。

图6 光时域应变测量计（AV6419）
3 监测系统
在光纤传感器布设安装完毕后，将钻孔口处光纤引线或光缆通过光纤接续盒与多心通信光缆相连，并引接到监测中内进行集成监测。

在监测站内搭接光纤解调仪器，搭建无线模块，实现数据采集与收发。

配套相关软件，实现钻孔内地下岩土体沉降变形和渗水压力的在线显示与实时监测。

4 监测周期
在光纤传感器布设好，钻孔封填完毕后，待钻孔内回填土体稳定固结1~2个月后，开始采集数据作为初始数据。

对于光纤光栅类传感器，可以再监测站内
布设安装光纤光栅解调仪进行现场实时监测。

对于采用分布式光纤传感监测技术方案，分布式感测光缆测试周期可为2~3个月。