光纤传感技术在长距离引水隧洞安全监测中的应用

白玉龙，李 丽

(甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730030)

1 工程概况

隧洞是甘肃引洮供水二期工程最主要的建筑物之一，其总干渠布置超过10km的长距离引水隧洞3座，其中长度为20.45km的16#隧洞最长，是最具代表性的水工长隧洞，以该隧洞的安全监测系统布置为例，介绍隧洞监测断面和监测项目的选取、仪器的布设和组网。16#隧洞建筑物等级为2级，设计流量22.5m3/s，断面结构为三心圆拱型，断面尺寸(长×宽)3.9m×4.0m。洞线穿行在黄河一级支流祖厉河与渭河的分水岭，为黄土低中山梁峁丘陵区地貌，最大埋深约220m。隧洞地质条件复杂，围岩主要以IV、V类条件较差围岩为主，岩性多变，涉及的围岩岩性有：饱和黄土状土、离石黄土、粉砂质泥岩、砂砾岩、片麻岩古风化壳、片麻岩等。沿线共布置7条施工支洞，施工过程中采用了破碎锤、冼挖和钻爆等多种开挖方法，其安全监测系统，采取了整体贯通后集中埋设和安装。

水工隧洞的安全监测常借助于振弦式和差阻式2类仪器，受电学仪器原理的限制，2类仪器已不能满足长隧洞的安全监测需求，而光纤传感技术，为解决此类隧洞的信号采集与传输问题，指出了方向。利用光纤传输，能够完成大量长距离的数据传输工作，而光纤光栅传感器是一种无源器件，能够适应地下的高湿、强腐蚀等复杂环境，因此，光纤传感技术能够满足长距离引水隧洞的安全监测需要，目前，国内有少量的应用实例。我国对光纤传感技术的研究，起步时间稍晚于国际，应用于工程也比较迟，在长距离引水隧洞工程监测方面的使用缺少经验[1]。……