羅朝欽

（六盤(pán)水市六盤(pán)水師范學(xué)院， 貴州 六盤(pán)水 553004）

0 引言

現(xiàn)如今，土木工程的結(jié)構(gòu)形式以及基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜程度逐漸提升，在建筑工程施工中，逐漸涌現(xiàn)出很多新型施工材料以及結(jié)構(gòu)形式。隨著使用年限的增長(zhǎng)，有些土木工程逐漸暴露出質(zhì)量隱患，對(duì)此，需采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，掌握土木建筑工程安全現(xiàn)狀。光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種先進(jìn)的監(jiān)測(cè)方式，具有良好的物理化學(xué)特性，并且傳感性良好，因此，對(duì)光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用方式進(jìn)行深入研究迫在眉睫。

1 光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)及分類(lèi)

光纖傳感器系統(tǒng)是由多種設(shè)備所組成的，包括光電探測(cè)器、信號(hào)處理器、光源、光導(dǎo)纖維、光調(diào)制機(jī)構(gòu)以及接口等等。在光纖傳感器的實(shí)際應(yīng)用中，可以將光波作為信息載體，另外，可將光纖作為傳輸媒質(zhì)。對(duì)于光纖中的光波傳輸情況，可根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

在上述公式中，E0指的是光波的振幅；ω指的是頻率；φ指的是初相角。公式（1）是由 5個(gè)參數(shù)所組成的，具體包括強(qiáng)度、頻率ω、波長(zhǎng)相位(ωt+φ)以及偏振態(tài)，在敏感頭內(nèi)部，被測(cè)物體可以與光發(fā)生相互作用，在此過(guò)程中，如果光的強(qiáng)度發(fā)生變化，則可以被稱(chēng)為強(qiáng)度調(diào)制光纖傳感器，以此為依據(jù)，可產(chǎn)生頻率調(diào)制光纖傳感器、波長(zhǎng)調(diào)制光纖傳感器、偏振態(tài)調(diào)制光纖傳感器等等。

光纖傳感器的類(lèi)型有很多種，根據(jù)傳感器的應(yīng)用原理不同，可以將其分為兩種類(lèi)型，即非本征型傳感器以及本征型傳感器。其中，在非本征型傳感器的應(yīng)用中，光纖的功能為信號(hào)傳輸，而對(duì)于各類(lèi)信號(hào)的感知，則是由化學(xué)敏感元件所完成的。另外，本征型傳感器的光纖功能不僅包括信號(hào)傳輸，同時(shí)還具有感知功能，在外界因素的影響下，光纖的特征參量也會(huì)隨之發(fā)生變化。根據(jù)測(cè)量空間的分布情況，可將光纖傳感器分為三種，具體包括點(diǎn)式光纖傳感器、準(zhǔn)分布式光纖傳感器以及分布式光纖傳感器。

2 土木工程光纖傳感技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 光纖傳感器保護(hù)材料的選取

在對(duì)光纖傳感器的保護(hù)材料進(jìn)行選擇時(shí)，需要綜合考慮以下幾點(diǎn)：第一，要求光纖保護(hù)材料應(yīng)該具備一定的強(qiáng)度，避免在光纖接口位置發(fā)生磨損；第二，選擇具有適宜厚度的保護(hù)層材料，確保其在埋入后，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)造成不良影響；第三，對(duì)于保護(hù)材料，應(yīng)該能夠與土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效結(jié)合；第四，保護(hù)材料應(yīng)具備良好的防腐蝕能力，盡量避免受到外界復(fù)雜環(huán)境因素的影響。

2.2 工藝研究

在對(duì)智能結(jié)構(gòu)進(jìn)行制備時(shí)，應(yīng)該研究出能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)的工藝和技術(shù)，具體而言，需注意以下內(nèi)容：在埋入光纖傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該注意盡量避免對(duì)智能結(jié)構(gòu)的使用性能造成不良影響；準(zhǔn)確確定光纖傳感器探頭的安裝位置；對(duì)固化工藝進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，盡量避免在固化操作過(guò)程中對(duì)傳感器探頭以及光纖施加應(yīng)力。

2.3 光纖光柵交叉敏感的消除

光纖光柵對(duì)于各類(lèi)傳感變量均具有一定的敏感性，具體包括應(yīng)力、溫度、應(yīng)變等等。如果講光纖光柵應(yīng)用于多個(gè)參量的傳感過(guò)程中，則應(yīng)注意妥善解決好增敏和去敏問(wèn)題。對(duì)于被測(cè)量物體，應(yīng)提升其靈敏度，對(duì)于非測(cè)量物體，則應(yīng)降低其靈敏度。比如，在對(duì)建筑工程基礎(chǔ)底板進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，可預(yù)埋光柵傳感器，對(duì)底板的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在明確光纖光柵的特征參量之間的關(guān)系后，即可制定出溫度監(jiān)測(cè)、應(yīng)變監(jiān)測(cè)的雙參量光纖傳感器。

3 光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用

3.1 在橋梁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

橋梁工程為大型土木工程，在對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)參數(shù)包括以下幾點(diǎn)：第一，車(chē)輛荷載信息，主要包括車(chē)輛在中、車(chē)流密度、車(chē)輛實(shí)施分布情況等；第二，環(huán)境荷載信息，具體包括環(huán)境中的溫度荷載、風(fēng)荷載等等；第三，結(jié)構(gòu)信息，比如橋梁工程結(jié)構(gòu)頻率、周期等等。在對(duì)橋梁工程應(yīng)用光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)，首先需要對(duì)橋梁工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，綜合考慮橋梁工程結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)、施工技術(shù)、橋梁結(jié)構(gòu)重要程度等因素，選擇適宜的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，然后在橋梁工程中安裝傳感器，對(duì)于各個(gè)傳感器，可采用光纖連接方式，在傳感器的應(yīng)用中，即可對(duì)橋梁工程監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行全面收集和整理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁工程的安全隱患，為橋梁工程維修管理提供可靠依據(jù)。

3.2 在邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在土木工程中，邊坡是一種比較常見(jiàn)的工程形式，如果土木工程邊坡穩(wěn)定性降低，則容易發(fā)生一系列地質(zhì)災(zāi)害，比如泥石流、花盆、巖崩、沉陷等等，隨著各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害的逐漸發(fā)展，就會(huì)對(duì)土木工程造成嚴(yán)重破壞。在對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，可采用光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)，比如，采用光纖光柵測(cè)斜儀對(duì)軟土地基的側(cè)向變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用分布式光纖光柵對(duì)測(cè)量樁的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)等等。在光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，首先需要布置抗滑樁樁身彎矩測(cè)試傳感器，然后再分別安裝錨桿拉力測(cè)試傳感器以及坡面位移測(cè)試傳感器，對(duì)于各個(gè)傳感器，可采用光纖進(jìn)行串聯(lián)，對(duì)于傳感器測(cè)量所得結(jié)果，要求匯總至計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

3.3 在地下工程災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

現(xiàn)如今，在土木工程施工中，對(duì)于地下空間的利用率逐漸增加。在進(jìn)行土木工程地下結(jié)構(gòu)施工中，容易受到復(fù)雜水文條件的影響，在施工過(guò)程中容易發(fā)生突涌水、塌方等事故，施工難度和安全管理難度比較大，如果控制不當(dāng)，則會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的事故。對(duì)此，在地下工程施工中，也需要積極采用先進(jìn)的光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)。地下空間的光纖傳感體系是由五種傳感器所組成的，具體包括流速傳感、應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、位移傳感器以及滲壓傳感器，這幾種傳感器的監(jiān)測(cè)對(duì)象分別為流速、應(yīng)變、溫度、位移以及滲壓對(duì)于地下工程巖體的破壞過(guò)程，對(duì)于監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)，要求進(jìn)行匯總，然后進(jìn)行系統(tǒng)性分析，如果參數(shù)達(dá)到臨界值，則需要發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為施工人員起到警示作用，施工人員可據(jù)此及時(shí)采取有效的應(yīng)對(duì)策略。

3.4 在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在土木工程中，基坑工程是十分重要的組成部分，基坑工程的建設(shè)和發(fā)展對(duì)于土木工程建設(shè)會(huì)產(chǎn)生較大影響。在對(duì)土木工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)該積極采用先進(jìn)的智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)理念，在土木工程中埋設(shè)光纖，將光纖作為傳感元件，對(duì)基坑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、變形情況以及施工質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理，進(jìn)而形成智能化水平較高的土木工程，對(duì)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)參數(shù)信息進(jìn)行采集、處理和分析。在對(duì)基坑工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，還可以在基坑內(nèi)部設(shè)置智能結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)體系，對(duì)基坑工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)如今，光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于基坑工程監(jiān)測(cè)中，對(duì)于光纖傳感器，可以隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)埋設(shè)至土壤中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，光纖傳感器不應(yīng)隨意拜訪(fǎng)，當(dāng)埋入光纖時(shí)，如果對(duì)混凝土進(jìn)行搗固和壓實(shí)處理，都可能會(huì)對(duì)光纖傳感器造成損壞，影響傳感器的使用性能。對(duì)此，在光纖傳感器表面，可配套使用金屬導(dǎo)管，外包一條與混凝土膨脹系數(shù)較一致的金屬導(dǎo)管，然后再講光纖傳感器埋入至小型預(yù)制構(gòu)件中。另外，在基體材料與光纖之間，還應(yīng)該使用具有良好性能的膠結(jié)劑。

3.5 在隧道監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在土木工程中，隧道是由圍巖以及支護(hù)結(jié)構(gòu)所組成的，在對(duì)隧道工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，需要綜合考慮圍巖以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形以及二者之間的相互作用，這也是隧道工程監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。在對(duì)隧道工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)重點(diǎn)包括圍巖的變形情況、隧道位移、圍巖壓力、錨索受力、裂縫等等。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要對(duì)光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究。在對(duì)土木工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，傳統(tǒng)的人工目視、機(jī)電類(lèi)傳感器監(jiān)測(cè)方式已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前監(jiān)測(cè)工作實(shí)際需要，而光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)具有及時(shí)性、精確性高等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，通過(guò)將其應(yīng)用于土木工程監(jiān)測(cè)中，能夠詳細(xì)了解土木工程實(shí)際情況，為土木工程安全質(zhì)量管理提供可靠依據(jù)。