2023地面沉降和地裂縫光纖監(jiān)測規(guī)程

地面沉降和地裂縫光纖監(jiān)測規(guī)程目 次前 言 I引 言 II1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14一般規(guī)定 2監(jiān)測內(nèi)容 2監(jiān)測技術(shù) 3監(jiān)測前的準(zhǔn)備 35儀器設(shè)備 36傳感光纜和傳感器 4傳感光纜 4傳感器 57傳感光纜和傳感器布設(shè) 58現(xiàn)場測試 59數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測報(bào)告 6附 錄 A（規(guī)范性）地面沉降調(diào)查表 8附 錄 B（規(guī)范性）地裂縫調(diào)查表 9附 錄 C（規(guī)范性）傳感光纜和傳感器檢查表 10附 錄 D（規(guī)范性）傳感光纜和傳感器布設(shè)方法 11附 錄 E（規(guī)范性）光纖監(jiān)測施工記錄表 15附 錄 F（規(guī)范性）光纖監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄表 17引 言IIPAGEPAGE1地面沉降和地裂縫光纖監(jiān)測規(guī)程范圍本文件適用于地面沉降和地裂縫發(fā)生區(qū)域地面形變與地層變形分布式或準(zhǔn)分布式光纖監(jiān)測的方案設(shè)計(jì)、施工、實(shí)施和數(shù)據(jù)處理等。（DZ/T0017-91工程地質(zhì)鉆探規(guī)程。下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1地面沉降landsubsidence由自然因素和人為活動引發(fā)的松散地層壓縮、地面高程降低的地質(zhì)現(xiàn)象。3.2地裂縫earthfissure地表巖層或土體在自然或人為因素作用下，在地面形成一定長度和寬度裂縫的地質(zhì)現(xiàn)象。3.3傳感光纜opticalsensingcable將一根或者多根光纖經(jīng)特定方式封裝后作為傳感和傳輸媒質(zhì)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變和溫度感知的光纖線纜。3.4全分布式光纖感測fullydistributedfiberopticsensing在被測結(jié)構(gòu)物或巖土體中植入傳感光纜，實(shí)現(xiàn)被測物的一維或多維方向上空間連續(xù)的多物理量感測的3.5準(zhǔn)分布式光纖感測quasi-distributedfiberopticsensing通過一根傳導(dǎo)光纖或多個(gè)信息傳輸通道將多個(gè)點(diǎn)的傳感器按照一定的順序連接起來，組成傳感單元陣列或多個(gè)復(fù)用的傳感單元，構(gòu)成一個(gè)多點(diǎn)光纖感測系統(tǒng)的技術(shù)方法。3.6布里淵光時(shí)域反射技術(shù)Brillouinopticaltime-domainreflectometryBOTDR利用光纖中的自發(fā)布里淵散射光的頻移與溫度和應(yīng)變變化間的線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)測試的一種光纖單端感測技術(shù)。3.7布里淵光時(shí)域分析技術(shù)Brillouinopticaltime-domainanalysisBOTDA3.8布里淵光頻域分析技術(shù)Brillouinopticalfrequency-domainanalysisBOFDA利用光纖中的受激布里淵散射光的頻移與溫度和應(yīng)變變化間的線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)測試的光纖雙端感測技術(shù)。3.9

注：可通過光纖的復(fù)合基帶傳輸函數(shù)來實(shí)現(xiàn)被測量的空間定位。光時(shí)域反射技術(shù)opticaltime-domainreflectometryODTR利用光纖中受激的瑞利散射光的強(qiáng)度變化反映光纖的損傷或彎曲的一種光纖單端感測技術(shù)。3.10光纖布拉格光柵fiberBragggratingFBG一類通過外界參量對布拉格中心波長的調(diào)制來獲取傳感信息的光纖傳感技術(shù)。3.11光纖光柵波分復(fù)用技術(shù)FBG-wavelengthdivisionmultiplexingtechnologyFBG-WDM布拉格光纖光柵技術(shù)中，通過波長差異進(jìn)行光柵區(qū)分和定位的技術(shù)。3.12光纖光柵時(shí)分復(fù)用技術(shù)FBG-timedivisionmultiplexingtechnologyFBG-TDM布拉格光纖光柵技術(shù)中，通過信號傳輸時(shí)間進(jìn)行光柵區(qū)分和定位的技術(shù)。3.13定點(diǎn)傳感光纜fixed-pointdistributedsensingcable人為施加固定點(diǎn)的傳感光纜，使得光纜能夠測試兩個(gè)相鄰固定點(diǎn)間的變形。3.14空間分辨率spatialresolution指單個(gè)傳感點(diǎn)所代表的光纖長度。注：單個(gè)傳感點(diǎn)所代表的光纖長度越短，則空間分辨率越高。3.15定點(diǎn)隔離度degreeoffixed-pointisolation注：評價(jià)定點(diǎn)傳感光纜性能的指標(biāo)。3.16最小彎曲半徑minimumbendingradius對光纜進(jìn)行圓形彎曲，光損值為0.5dB時(shí)對應(yīng)的彎曲半徑。注：評價(jià)光纜彎曲性能的指標(biāo)。監(jiān)測內(nèi)容a)b)c)孔隙水壓力和地下水位（包括潛水位和承壓水位）。c)監(jiān)測技術(shù)BOTDRBOFDABOTDAFBG-TDM20mBOTDRBOFDA和BOTDAFBG-TDM20mFBG-TDM類和FBG-WDMc)FBG-TDMFBG-WDMb)監(jiān)測前的準(zhǔn)備4.3.1 b)A10dBBOTDR10με的情況下，應(yīng)采用BOTDABOFDAFBG-WDM或FBG-TDMFBG-TDM1的表1 分式測備主性能標(biāo)儀器類型空間分辨率m間隔cm最小采樣時(shí)間步長min圍με應(yīng)變測試精度με應(yīng)變測試重復(fù)性με工作環(huán)境指標(biāo)BOTDR≤1≤10≤15≥±15000≤50≤±25環(huán)境溫度：?10℃~50℃；環(huán)境濕度：0%~95%BOTDA、BOFDA≤0.5≤10≤10≥±15000≤10≤±10環(huán)境溫度：?10℃~50℃；環(huán)境濕度：0%~95%表2 分式測備主性能標(biāo)儀器類型波長分辨率pm波長重復(fù)性pm動態(tài)范圍dB采樣時(shí)間步長s工作環(huán)境指標(biāo)FBG-WDM≤1≤3≥20≤1環(huán)境溫度：?10℃~50℃；環(huán)境濕度：0%~95%FBG-TDM≤1≤3≥20≤20環(huán)境溫度：?10℃~50℃；環(huán)境濕度：0%~95%地面沉降和地裂縫監(jiān)測采用的傳感光纜應(yīng)具有分布式應(yīng)變和溫度的傳感性能，機(jī)械強(qiáng)度滿足現(xiàn)場3表3地面沉降和地裂縫光纖監(jiān)測應(yīng)變傳感光纜參數(shù)表性能類型參數(shù)類型單位指標(biāo)全分布式應(yīng)變傳感光纜FBG-TDM類準(zhǔn)分布式應(yīng)變傳感光纜外形尺寸外徑mm5~205~20單位長度重量kg/km≤150≤150錨固點(diǎn)尺寸直徑為光纜的1.2~5倍，長20~200mm直徑為光纜的1.2~5倍，長20~200mm力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度N≥1500≥1500側(cè)向抗壓強(qiáng)度N/m≥800≥800彈性模量GPa≤20≤20光學(xué)性能平均光損值dB/km≤0.05―最小彎曲半徑cm≤5≤5中心波長nm―1528~1568反射率‰―0.1~0.8半寬高*nm―0.2~0.3傳感性能定點(diǎn)隔離度%≥98≥98應(yīng)變傳遞系數(shù)**%≥95≥95彎曲恢復(fù)系數(shù)***%≥95≥95應(yīng)變測量范圍με優(yōu)于?8000~12000優(yōu)于?8000~12000表3 地沉和裂光纖測變感纜數(shù)表續(xù)）性能類型參數(shù)類型單位指標(biāo)全分布式應(yīng)變傳感光纜FBG-TDM類準(zhǔn)分布式應(yīng)變傳感光纜傳感性能初始應(yīng)變με≥8000≥8000工作溫度℃?20～80?20～80*半寬高：吸收譜帶高度最大處高度為一半時(shí)譜帶的全寬；**應(yīng)變傳遞系數(shù)：光纜測得的應(yīng)變與實(shí)際應(yīng)變之比；***彎曲恢復(fù)系數(shù)：評價(jià)光纜發(fā)生彎曲時(shí)所能恢復(fù)到原狀的性能指標(biāo)。FBG-TDM4表4 土質(zhì)散區(qū)裂監(jiān)應(yīng)變感纜數(shù)表傳感光纜類型直徑mm抗拉強(qiáng)度N彈性模量GPa最小彎曲半徑cm定點(diǎn)隔離度%全分布式應(yīng)變傳感光纜、FBG-TDM類準(zhǔn)分布式應(yīng)變傳感光纜5~8≥90≤2≤5≥98傳感器5表5 光纖柵感參表傳感器類型分辨率反射率%接頭抗拉強(qiáng)度N耐水壓力MPa工作溫度℃引線可彎曲半徑孔隙水壓力計(jì)≤0.1％F.S.*50100―?20~80≤20倍引線直徑儀、溫度計(jì)≤0.1％F.S.*501000.5?20~80≤20倍引線直徑*F.S.指傳感器量程傳感光纜和傳感器應(yīng)由經(jīng)過培訓(xùn)并獲得認(rèn)可的技術(shù)人員進(jìn)行布設(shè)。傳感光纜和傳感器布設(shè)前應(yīng)按照本文件附錄C的要求進(jìn)行檢查。D傳感光纜和傳感器安裝完成后，應(yīng)采用光時(shí)域反射技術(shù)或紅光筆等對傳感光纜和傳感器的通光完整性進(jìn)行檢查。當(dāng)發(fā)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)異?；蚬饫w測試信號信噪比較低時(shí)，應(yīng)查找原因，采取措施，重新測試。EPAGEPAGE6地面沉降和地裂縫光纖監(jiān)測應(yīng)在回填材料固結(jié)穩(wěn)定后進(jìn)行。測試現(xiàn)場應(yīng)具備穩(wěn)定的電源，測試過程應(yīng)在無干擾的環(huán)境下進(jìn)行。應(yīng)采集3次有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，取其平均值作為初始監(jiān)測結(jié)果。1每次監(jiān)測時(shí)應(yīng)保持儀器測試參數(shù)一致，應(yīng)按照本文件附錄F的要求對現(xiàn)場監(jiān)測情況進(jìn)行記錄。全分布式應(yīng)變數(shù)據(jù)預(yù)處理應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：c)溝槽測點(diǎn)位置進(jìn)行匹配；d)數(shù)據(jù)分段截?。焊鶕?jù)定位結(jié)果截取監(jiān)測目標(biāo)段對應(yīng)的應(yīng)變分布曲線；e)數(shù)據(jù)平滑：利用多點(diǎn)平均等數(shù)學(xué)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理。地面沉降中地層變形或地裂縫裂縫寬度應(yīng)按式（1）和式（2）計(jì)算：??2??(?????)=∫??(??)????·······················································(1)1 2 ??(??)=??(??)???0(??)??????????(??)·······················································(2)????式中：D(z1-z2)——位置z1到位置z2間光纖測得的土體變形或裂縫寬度變化；ε(z)——在位置z處光纜測得的應(yīng)變；f(zMz；fzzMz；CT——光纖背向布里淵散射光的頻移量與光纜溫度的比例系數(shù)，單位為兆赫茲每攝氏度（Mz℃；Cs——光纖布里淵散射光的頻移量與光纜應(yīng)變的比例系數(shù)，單位為兆赫茲每微應(yīng)變（Mz；(zz（℃。（3）??=?[(???????0)?????(???????T0)] (3)Ma；sM；s——；——；KT————；——。位移計(jì)結(jié)果應(yīng)按式（4）計(jì)算：??=?[(???????0)?????(???????T0)] (4)D；——（m；s——；——；KT————；——。角度計(jì)結(jié)果應(yīng)按式（5）計(jì)算：=?[(???????0)?????(???????T0)] (5)Dh°；——（m；s——；——；KT————；——。靜力水準(zhǔn)儀結(jié)果應(yīng)按式（6）計(jì)算：??=?[(???????0)?????(???????T0)] (6)??；h（m；s——；——；KT————；——。溫度計(jì)結(jié)果應(yīng)按式（7）計(jì)算：??=?????(???????0)+??0························································(7)℃；t℃；0——℃；s——；——0（。a)b)e)f)存在的問題與建議。88地面沉降調(diào)查內(nèi)容見表A.1。

附錄A（）表A.1地面沉降調(diào)查表項(xiàng)目名稱： 調(diào)查單位：地理位置?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市） （州、盟） 縣（區(qū)、市旗） 鄉(xiāng)（鎮(zhèn)） 村 組大地坐標(biāo)：X坐標(biāo)：Y坐標(biāo)：高程：GPS：經(jīng)度E：緯度N：地質(zhì)環(huán)境條件沉降歷史及變化規(guī)律基礎(chǔ)地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件工程地質(zhì)條件人類工程活動沉降區(qū)地下水等開采情況地下水開采地下水位地下水回灌開采層位開采時(shí)間開采井深度開采量開采前水位（頭）高程漏斗中心水位（頭）高程回灌層位回灌時(shí)間回灌井深度mm3/dmmm其它（油、氣及固體礦產(chǎn)等）沉降原因及發(fā)展趨勢已采取的防治措施及效果現(xiàn)場圖像平面圖： 剖面圖：圖片及編號：影像及編號：備注：DZ/TXXXXX—XXXX調(diào)查人： 錄人： 審核： 填表日： 年 月 日DZ/TXXXXX—XXXX附錄B（）地裂縫調(diào)查內(nèi)容見表B.1。表B.1地裂縫調(diào)查表項(xiàng)目名稱： 調(diào)查單位：地理位置省（市、區(qū)） 縣（市區(qū)） 鄉(xiāng) 村 組大地坐標(biāo)：X坐標(biāo)：Y坐標(biāo)：高程：GPS：經(jīng)度E：緯度N：發(fā)育特征□平行產(chǎn)狀：裂縫規(guī)模：寬m，長m□斜列產(chǎn)狀：□環(huán)圍圓心位置：□雜亂無章地質(zhì)環(huán)境條件地裂縫歷史及變化規(guī)律地質(zhì)條件地形地貌條件水文地質(zhì)特征工程地質(zhì)條件地裂縫產(chǎn)生原因及發(fā)展趨勢已采取的防治措施及效果現(xiàn)場圖像平面圖：剖面圖：圖片及編號：影像及編號：備注：DZ/TXXXXX—XXXX調(diào)查人： 錄人： 審核： 填表日： 年 月 日DZ/TXXXXX—XXXX9附錄C（規(guī)范性）傳感光纜和傳感器檢查表傳感光纜檢查內(nèi)容與方法見表C.1,傳感器檢查內(nèi)容與方法見表C.2。表C.1傳感光纜檢查表檢查項(xiàng)目檢查方法檢查要求品名與廠家人工檢查檢查品名中是否包含明確的傳感、監(jiān)測、感測或測試詞語，防止混入通訊光纜外觀檢查人工檢查檢查光纜的包裝是否完整，是否受到明顯擠壓，光纜是否有脫皮、不規(guī)則及變色，光纜顏色是否與出廠一致等情況長度檢查光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）OTDR標(biāo)識進(jìn)行核對纖芯類別根據(jù)原廠記錄G.652B類最佳，低水峰及多模光纖不宜用于應(yīng)變測量光損檢查光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）采用具有OTDR功能的設(shè)備對光纜的平均損耗和單點(diǎn)損耗進(jìn)行檢查強(qiáng)度檢查拉力試驗(yàn)機(jī)法對光纜的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行抽檢復(fù)核初始應(yīng)變分布布里淵散射光測試法利用布里淵散射光測試設(shè)備對光纖的初始應(yīng)變進(jìn)行檢查，地面沉降傳8000~12000με檢查結(jié)果檢查人： 記錄人： 審核人： 填表日期： 年 月 日表C.2傳感器檢查表檢查項(xiàng)目檢查方法檢查要求品名與廠家人工檢查檢查品名是否與傳感器類型一致外觀檢查人工檢查檢查傳感器的包裝是否完整、是否受到明顯擠壓，光纖引線是否有脫皮、不規(guī)則及變色之處，光纜顏色是否與出廠一致通斷檢查紅光筆采用紅光筆從傳感器一端打入光，查看另一端是否有光射出初始波長光纖光柵解調(diào)儀法采用光纖光柵解調(diào)儀測試傳感器波長，與標(biāo)定證書中的波長值比較，確定是否在統(tǒng)一范圍區(qū)間檢查結(jié)果檢查人： 記錄人： 審核人： 填表日期： 年 月 日10PAGEPAGE11附錄D（規(guī)范性）傳感光纜和傳感器布設(shè)方法U根。20m10m8000μεFBGFBGDZ/T0017-91110mm~150mm。100m1°100m1.5°。15kg~25kgD.1圖200m1~2m（D.2b）圖D.2c）。100m5~10mm2~5mm20m10~20層串層，回填過程中應(yīng)做好止水措施。3（D.2d）E.1標(biāo)引序號說明：1—配重導(dǎo)錘；2—傳感光纜或傳感器引線；3—綁扎帶；4—導(dǎo)錘保護(hù)套管。圖D.1傳感光纜與配重導(dǎo)錘的連接固定示意圖（a）光纜下放 （b）光纜預(yù)拉 （c）鉆孔回填 （d）孔口保護(hù)標(biāo)引序號說明：1—傳感光纜；2—光纖光柵滲壓計(jì)（可選）；3—光纖光柵位移計(jì)（可選）；4—配重導(dǎo)錘；5—鉆桿；6—原位地層；7—基巖；8—回填材料；9—全分布式光纖解調(diào)儀；10—準(zhǔn)分布式光纖光柵解調(diào)儀；11—固定裝置。圖D.2地面沉降傳感光纜和傳感器布設(shè)示意圖開挖溝槽。當(dāng)已知地裂縫位置時(shí)，溝槽方向應(yīng)垂直于地裂縫延展方向；當(dāng)未知槽105c5c。整2cm布設(shè)應(yīng)按照圖D.3所示方法執(zhí)行。鋪設(shè)過程中應(yīng)對光纜進(jìn)行預(yù)拉，預(yù)拉量宜在8000μεD.4）。FBGFBGFBGD.5）。傳感光纜和傳感器布設(shè)完畢后，應(yīng)使用解調(diào)儀、紅光筆等對傳感光纜的通光完E.2標(biāo)引序號說明：1—地裂縫；2—回填土；3—中細(xì)砂；4—溝槽底；5—定點(diǎn)傳感光纜；6—錨固桿件。圖D.3地裂縫傳感光纜布設(shè)示意圖標(biāo)引序號說明：1—定點(diǎn)傳感光纜；2—錨固桿件；3—綁扎帶；4—環(huán)氧樹脂膠。圖D.4定點(diǎn)傳感光纜固定示意圖標(biāo)引序號說明：1—地裂縫；2—回填土；3—中細(xì)砂；4—溝槽底；5—光纖光柵位移計(jì)或角度計(jì)；6—錨固桿件。圖D.5地裂縫光纖光柵傳感器布設(shè)示意圖附錄E（規(guī)范性）光纖監(jiān)測施工記錄表地面沉降光纖監(jiān)測施工記錄內(nèi)容見表E.1，地裂縫光纖監(jiān)測施工記錄內(nèi)容見表E.2。表E.1地面沉降光纖監(jiān)測施工記錄表工程名稱工程地點(diǎn)GPS定位E N設(shè)計(jì)深度鉆孔深度布設(shè)深度鉆孔孔徑傳感器類型（文字或者簡圖）分布式傳感光纜布設(shè)情況（數(shù)量、位置、成活率）編號光纜頭尾標(biāo)尺記錄布設(shè)長度回路情況成活斷點(diǎn)情況測試數(shù)據(jù)記錄編號孔底（頭）孔口（尾）光纖光柵傳感器布設(shè)情況（數(shù)量、位置、成活率）編號傳感器設(shè)