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基于分布式光纤传感技术的盾构隧道纵向变形研究
| 论文题名： | 基于分布式光纤传感技术的盾构隧道纵向变形研究 |
| 关键词： | 盾构隧道;纵向沉降;接缝变形;分布式光纤传感技术;监测方法 |
| 摘要： | 随着地铁与市政工程建设的发展，由盾构隧道纵向变形产生的问题逐渐突出，目前其研究主要集中在结构纵向沉降与环向接缝变形两个方面。传统的“点式”传感技术还难以全面监测隧道结构的变形分布，本文提出了一种基于新型分布式光纤传感技术的盾构隧道纵向变形监测方法。 本文介绍了光纤传感技术的特点与优势，描述了几种典型的分布式光纤传感技术，并探讨了光纤传感器的封装与布设方法；继而重点研究了基于PPP-BOTDA技术的分布式光纤传感器的应变测量精度，相应提出了一些改善方法，并引进了一种新型应变增敏光纤，当增敏系数η=4时精度可提高至±5με；随后研究并对比了几种光纤传感器的温度传感特性，提出了相应的温度补偿方法，并在新型应变增敏光纤的基础上提出了一种温度自补偿模型；同时，针对实际工程使用环境进行了一系列光纤传感器的长期性能试验，从传感器本身及封装与安装工艺两方面探讨了其可靠性与稳定性问题。 本文从盾构隧道纵向变形成因机理出发，对其纵向变形的影响因素进行了全面分析。文中采用纵向等效连续化模型与弹性地基理论建立了几种隧道纵向沉降与结构应变分布之间的关系，并引入地层约束影响系数λ来考虑隧道结构与土体之间的相互作用。此外，在管片接头端面力学模型的基础上探讨了隧道环向接缝变形与分布式应变之间的关系。 最后以南京地铁一号线某段隧道为原型按1：8比例进行了混凝土隧道模型试验，管片拼装完成后将盾构隧道模型埋入某填充粉质粘土的模型箱中来模拟实际隧道与土体之间的相互作用。通过在隧道管片内表面布设分布式光纤传感器与传统点式位移计以研究隧道结构在局部均匀荷载作用下的纵向变形性能。试验结果显示，隧道各环项部位移明显大于底部位移，约为底部的3倍，且存在明显的横向变形，说明隧道结构在纵向荷载作用下变形包括两部分：隧道结构的环向变形与结构整体沉降；应变分布测量值能真实反映隧道结构纵向变形的发展规律，在80～110中kN范围内出现转折点Ⅰ与Ⅱ，可据此评估结构的损伤程度；且基于链杆法与共轭梁法的隧道结构纵向沉降计算值与测量值也十分接近，有着相似的发展规律，其中60％的数据偏差小于10%，充分验证了该计算方法的有效性。环向接缝转角的计算值与隧道应变分布有着相似的发展规律，当环向接缝转角不满足防水要求限值[θ]时，隧道该区域对应会出现诸如裂缝一般的结构损伤。此外，连接螺栓的工作状态也可作为隧道结构损伤的一种评价指标。 |
| 作者： | 宋世伟 |
| 专业： | 土木工程;结构工程 |
| 导师： | 吴智深;杨才千 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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