2023地面沉降和地裂缝光纤监测规程.docx

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1、地面沉降和地裂缝光纤监测规程前言I引言II1范围12规范性引用文件13术语和定义14一般规定21 I监测内容242监测技术31?监测前的准备35仪器设备36传感光缆和传感器4.I传感光缆4H2传感器57传感光缆和传感器布设58现场测试59数据处理与监测报告6附录A（规范性）地面沉降调查表8附录B（规范性）地裂缝调查表9附录C（规范性）传感光缆和传感器检查表10附录D（规范性）传感光缆和传感器布设方法11附录E（规范性）光纤监测施工记录表15附录F（规范性）光纤监测数据记录表17监测是地面沉降和地裂缝灾害防治的前提。采用分布式光纤感测技术监测地面沉降和地裂缝灾害具备可行性和技术优势，可对地面形变

2、、地层变形和地裂缝等进行分布式或准分布式监测。多年实践表明，分布式光纤感测技术在地面沉降和地裂缝监测中成效显著，能够获得高空间分辨率监测结果，可以成为一种常规的地面沉降和地裂缝监测手段。目前.，我国没有地面沉降和地裂缝光纤监测相关的技术规程。为了规范光纤感测技术在地面沉降和地裂缝监测领域的应用，支撑地面沉降和地裂缝灾害防治决策，特制定本文件。II地面沉降和地裂缝光纤监测规程1范围本文件规定了地面沉降和地裂缝光纤监测的内容、技术方法、设备、传感光缆和传感器、传感光缆和传感器布设、现场测试、数据处理与监测报告等要求。本文件适用于地面沉降和地裂缝发生区域地面形变与地层变形分布式或准分布式光纤监测的方

3、案设计、施工、实施和数据处理等。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。DZ/T0017-91工程地质钻探规程。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 13.1地面沉降1andsubsidence由自然因素和人为活动引发的松散地层压缩、地面高程降低的地质现象。3.23.2地裂缝earthfissure地表岩层或土体在自然或人为因素作用下，在地面形成一定长度和宽度裂缝的地质现象。3.33.3传感光缆optica1sensingcab

4、1e将一根或者多根光纤经特定方式封装后作为传感和传输媒质，实现应变和温度感知的光纤线缆。3. 43.4全分布式光纤感测fu11ydistributedfiberopticsensing在被测结构物或岩土体中植入传感光缆，实现被测物的一维或多维方向上空间连续的多物理量感测的技术方法。3.5 3.5准分布式光纤感测quasi-distributedfiberopticsensing通过一根传导光纤或多个信息传输通道将多个点的传感器按照一定的顺序连接起来，组成传感单元阵列或多个复用的传感单元，构成一个多点光纤感测系统的技术方法。3.6 3.6布里渊光时域反射技术Bri1Iouinoptica1tim

5、e-domainref1ectometryBOTDR利用光纤中的自发布里渊散射光的频移与温度和应变变化间的线性关系实现测试的一种光纤单端感测技术。3.7 3.7布里渊光时域分析技术Bri11ouinoptica1time-domainana1ysisBOTDA在传感光纤两端分别注入脉冲光和连续光，利用光纤中的受激布里渊散射光的频移与温度和应变变化间的线性关系实现测试的一种光纤双端感测技术。3.8 3.8布里渊光频域分析技术Bri11ouinoptica1frequency-domainana1ysisBOFDA利用光纤中的受激布里渊散射光的频移与温度和应变变化间的线性关系实现测试的光纤双端感测

6、技术。注：可通过光纤的复合基带传输函数来实现被测量的空间定位。3.9 39光时域反射技术OPtiCa1time-domainref1ectometryODTR利用光纤中受激的瑞利散射光的强度变化反映光纤的损伤或弯曲的一种光纤单端感测技术。3.103.10光纤布拉格光栅fiberBragggratingFBG一类通过外界参量对布拉格中心波长的调制来获取传感信息的光纤传感技术。3. 113.11光纤光栅波分复用技术FBG-wave1engthdivisionmu1tip1exingtechno1ogyFBG-WDM布拉格光纤光栅技术中，通过波长差异进行光栅区分和定位的技术。3.12 3.12光纤光

7、栅时分复用技术FBG-timcdivisionmu1tip1exingtechno1ogyFBG-TDM布拉格光纤光栅技术中，通过信号传输时间进行光栅区分和定位的技术。3.13 3.13定点传感光缆fixed-pointdistributedsensingcab1e人为施加固定点的传感光缆，使得光缆能够测试两个相邻固定点间的变形。3.143.14空间分辨率spatia1reso1ution指单个传感点所代表的光纤长度。注：单个传感点所代表的光纤长度越短，则空间分辨率越高。3.153.15定点隔离度degreeoffixed-pointiso1ation相邻的两段定点光缆，当一段受拉而另一段固定

8、时，受拉段应变与固定段应变的差值与受拉段应变的比值。注：评价定点传感光缆性能的指标。3.163.16最小弯曲半径minimumbendingradius对光缆进行圆形弯曲，光损值为05dB时对应的弯曲半径。注：评价光缆弯曲性能的指标。4一般规定41监测内容4.1.1 地面沉降光纤监测内容主要包括：a)岩土体整体竖向变形及其分布；b)岩土体局部竖向变形及其分布；c）孔隙水压力和地下水位（包括潜水位和承压水位）。4.1.2 地裂缝光纤监测内容主要包括：a）地裂缝位置定位及其分布；b）地裂缝水平拉张与收缩及其分布；c）地裂缝垂直差异沉降及其分布。47监测技术4.2.1地面沉降和地裂缝监测主要采用的光

9、纤感测技术包括：a）基于布里渊散射原理的全分布式光纤感测技术，如BoTDR、BOFDA、BOTDA等，可用于地层变形大小及其分布的监测；b）基于布拉格光纤光栅原理的准分布式光纤感测技术，如基于时分第用的FBGTDM和基于波分复用的FBG-WDM等，可用于变形、温度、水位等的监测，其特点是单点精度高、测试时间短、组网能力强、可实现远程实时监测。4.2.2对于不同要求的地面沉降监测孔，监测技术的选择原则如下：a）深度大于20m的地面沉降监测孔，可采用BOTDR、BOFDA和BOTDA等全分布式光纤感测技术和FBGTDM类准分布式光纤感测技术；b）深度小于20m的地面沉降监测孔，可采用FBG-TDM

10、类和FBGTDM类准分布式光纤感测技术；c）需要自动化监测的地面沉降监测孔，宜采用FBGTDM类或FBGTDM类准分布式光纤感测技术。4.2.3对于不同要求的地裂缝监测，感测技术的选择原则如下：a）需要确定地裂缝位置和范围的监测，宜采用全分布式光纤感测技术；b）已知地裂缝位置和范围的监测，宜采用准分布式光纤感测技术。43监测前的准备4. 3.1在进行地面沉降和地裂缝分布式光纤监测工作之前，应做好下列准备工作：a）了解监测区域地面沉降或地裂缝的地质背景、诱因、发展历史和现状；b）进行场地踏勘，评估光纤监测和现场实施的必要性和可行性；C）明确监测的目的和要求；d）调查和收集监测区域的基础地质条件、

11、水文地质条件、工程地质条件等；按照本文件附录A或附录B的要求完成记录。e）编制监测方案，内容应包括：监测区域概况，监测目的与要求，地质背景，传感光缆和传感器，监测设备选型，布设方案，施工方案，测试方案，质量控制、安全和环保措施等。5仪器设备51应根据监测的要求，选择相应的仪器设备，选型原则如下：a）要求全分布式监测时，在传感光缆未构成回路或光损大于IOdB的情况下，应采用BOTDR等单端感测技术的光纤解调仪；在传感光缆构成回路且要求测试精度高于IoU的情况下，应采用BoTDA和BOFDA等双端感测技术的光纤解调仪；b）要求准分布式监测时，当测试点或串联的测试点较少时，可采用FBGTDM或FBG

12、-TDM的光纤光栅解调仪；当测试点或串联的测试点较多时，宜采用FBGTDM的光纤光栅解调仪；c）解调仪应具有数据采集、显示和存储功能；d）全分布式感测设备主要性能指标应符合表1的规定；准分布式感测设备主要性能指标应符合表2的规定。表1全分布式感测设备的主要性能指标仪器类型空间分辨率m最小采样间隔cm最小采样时间步长min应变测试范围应变测试精度应变测试重复性工作环境指标BOTDR1I01500050150001010环境温度：T0C50C；环境湿度：0%95%表2准分布式感测设备的主要性能指标仪器类型波长分辨率Pm波长重复性Pm动态范围dB采样时间步长S工作环境指标FBG-WDM13201环境

13、温度：T(TC50C;环境湿度：0%95%FBG-TDM12020环境温度：TOC50C;环境湿度：0%95%49对同一监测点，宜采用同一台仪器设备进行测试；如采用不同仪器设备测试，应设置相同的测试参数，且需要统一校准。6传感光缆和传感器A1传感光缆6.1.1地面沉降和地裂缝监测采用的传感光缆应具有分布式应变和温度的传感性能，机械强度满足现场施工条件和测试环境的要求。为保证传感光缆与被测地层具有较好的耦合性，宜选取具有增强锚固点的定点传感光缆。传感光缆的性能参数应符合表3的规定。表3地面沉降和地裂缝光纤监测应变传感光缆参数表性能类型参数类型单位指标全分布式应变传感光缆FBG-TDM类准分布式应

14、变传感光缆外形尺寸外径mm520520单位长度重量kg/km1501500侧向抗压强度N/m800800弹性模量GPa2020光学性能平均光损值dB/km0.05最小弯曲半径cm55中心波长nm15281568反射率%00.10.8半宽高.nm0.20.3传感性能定点隔离度%9898应变传递系数”%9595弯曲恢复系数%9595应变测量范围优于-800012000优于-800012000表3地面沉降和地裂缝光纤监测应变传感光缆参数表（续）性能类型参数类型单位指标全分布式应变传感光缆FBG-TDM类准分布式应变传感光缆传感性能初始应变80008000工作温度C-20-80-2080半宽高：吸收谱带高度最大处高度为一半时谱带的全宽；”应变传递系数：光缆测得的应变与实际应变