地裂缝穿越西安地铁二号线带的结构变形监测|西安地铁二号线
摘要：西安地铁二号线穿越多条活动地裂缝带，目前这些地裂缝带有的活动十分强烈，地裂缝带的未来活动极有可能会引起西安地铁二号线的隧道衬砌不均匀沉降和错位及轨道的变形等工程结构病害，这将会对建成后的西安地铁二号线的安全运营构成严重威胁，因此，很有必要开展西安地铁二号线穿越地裂缝带的结构变形监测研究。
关键词：地铁 监测
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2012)O8-0127-01
一、 监测内容
1.地铁隧道衬砌的监测
西安地铁二号线采用的是隧道分段衬砌穿越地裂缝带，穿越地裂缝带时地裂缝活动会使隧道衬砌产生垂直位移、水平张开位移以及挤压变形。因此可通过隧道分段接缝的相对位移变化监测，判断地裂缝活动对隧道衬砌的影响大小，进而采取合理的结构措施和调整方案。隧道的结构变形监测是本项目的工作重点。
2.轨道的变形监测
地裂缝的活动将引起轨道的纵向弯曲变形和横向扭曲变形，一般来讲，轨道的变形以纵向弯曲变形为主。轨道的弯曲变形引起的不平顺性将会直接导致高速列车的安全运行，甚至会引起严重的交通事故。主要针对活动性较为强烈的地裂缝地段的地铁二号线轨道进行变形监测，根据轨道变形的实测数据和沿线路纵向变化曲线，建立合理的力学模型可分析轨道结构的受力特征，进行合理的轨道调整。
二、 监测方案
1.拟采用的监测技术方法
考虑到西安地铁二号线穿越地裂缝带的工程结构变形监测的精度和自动化程度要求较高以及监测的长期性和系统性，本项目在西安地铁二号线沿线地裂缝地段的结构变形监测中拟采取先进的光纤传感全自动监测技术，两种光纤传感监测技术可供选择：一种为光纤光栅应变监测技术，另一种为分布式光纤应变监测技术。
（1）光纤Bragg光栅传感器（FBG）应变监测技术
该传感器是准分布式光纤传感器的一种，具有体积小、损耗低、灵敏度高、抗电磁干扰、电绝缘性好等优点，容易实现长距离多点监测。使用FBG裂缝位移计时，按传感器的类型，其最大量程有25mm、50mm、100mm、150mm、200mm 5种可选；其测量精度为全量程的0.1%，如选最大量程为200mm的裂缝位移计时，其精度为0.2mm。FBG应变监测主要适用于变形位置已大致确定，形变相对较大的裂缝等应变监测，将FBG传感器安装在裂缝位置，可以实现对裂缝或接缝的实时长期监测。
（2）分布式光纤应变监测技术
分布式光纤应变监测技术所用的监测光纤既是传感元件又是传输媒介，具有长距离、分布式测量的特点。应变监测的最大量程（测量应变）理论上为传感光纤长度的0.3%，其空间定位精度为5m，最大测量长度为20km，其测量精度为±100με。分布式光纤应变监测主要适用于获取线状变形的整体的概要信息，通过分布光纤对整条线或整个面的监测，利用其空间分辨率（5m），可以快速的发现发生应变或裂缝的位置，从而实现线或面的监测。通过分布式光纤发现裂缝后，再在裂缝位置安装FBG传感器，进行点的监测，可以实现由点到线、面的全方位的监测。
2.监测方案
（1）对隧道衬砌结构变形或应变的监测及实施方案
隧道衬砌结构的变形监测主要针对分段隧道之间的接缝（或节点）进行变形监测。根据用途和目的不同，光纤光栅（FBG）传感器有多种封装形式，常用的FBG传感器可分为表面固定式、埋入式和裂缝位移计三种，需根据监测环境的不同来选取适当的光纤光栅传感器。考虑到施工和安装更换的方便，在西安地铁二号线的隧道衬砌结构变形监测中拟采用表面固定式的光纤光栅（FBG）传感器。
（2）对轨道应变的监测及实施方案
对于轨道的变形监测主要针对Ⅰ、Ⅱ地裂缝地段，其监测长度即表1中的结构变形监测沿线路的长度。具体监测实施方案如下：
① 监测光纤铺设
分布式光纤监测技术是用光纤作为传感器，其用于监测变形时，是将光纤植入被监测体，使光纤与监测对象充分耦合，把测得光纤的变形作为监测体的变形。因此，监测质量的好坏很大一部分取决于监测光纤的铺设，监测光纤与监测对象的耦合程度。沿地铁线路方向，每隔1m在基础上打一固定卡子，卡子与基础充分结合，将光纤拉紧并粘结固定在卡子上。这样就可以使监测光纤与路基混凝土基础耦合在一起，而又基本不破坏基础的构成。当所有光纤铺设、粘结固定完成，经光时域反射计测试光纤铺设情况良好，最后用PVC管将沿线光纤保护起来。类似的，可在轨道侧面固定卡子，使光纤和轨道粘合在一起充分耦合，采用同样的保护办法进行变形监测。
②监测系统组成
监测系统由两部分组成，前端机和数据传输部分。前端机由分布式光纤应变监测系统和监测光纤组成；数据传输部分由GPRS传输模块、无线通信网络、数据接收机组成，在远程数据接收机上就可看到实时的监测数据和曲线。
③监控中心的数据存储及分析
监控中心只需要一台电脑并配备独立IP即可通过网络接收光纤光栅监测解调仪发送的数据，接收到数据后先存储进硬盘，然后再将数据存储进数据库，最后通过网站形式和数据接收软件从数据库中加载数据并显示接收到的数据（和图形），其流程和网页界面如图1所示。通过网站的形式来显示数据的优点在于：不仅在监控中心可以直接观测接收的数据，而且在远方的办公室里也可以通过网络直接观测接收的监测数据，并可将数据下载下来进行进一步的分析处理。
参考文献：
[1]西安地铁二号线穿越活动地裂缝带的结构变形监测方案报告
[2] 低应变反射波法在基桩检测中的应用和探讨