光纤布拉格光栅传感技术在高应力隧道监测中的应用

一、研究背景与技术原理

在隧道施工过程中，常面临高应力岩爆、软岩大变形、突水涌泥等难题，传统监测技术在复杂地质条件下难以满足需求。

隧道变形和破坏

而光纤布拉格光栅（FBG）传感技术基于光的布拉格衍射原理，当外界应力或温度变化时，光栅反射波长会发生偏移，通过解调仪可实时获取变形数据。其具有抗电磁干扰、耐腐蚀、精度高的特点，为隧道安全监测提供了新路径。

二、工程概况与挑战

木寨岭隧道全长 15.221km，最大埋深 638m，穿越复杂地质区域。其中 2# 斜井长 1813.43m，埋深 591m，围岩以薄层碳质板岩为主，自稳能力极差，施工中初始支护多次受侵，累计收敛值最高达 3145mm。

三、技术方案与实施

（一）监测系统部署

采用 NZS-FBG-MDP 位移传感器组，分 0~1m、1~5m、5~10m 三段监测围岩深部变形，配套解调仪实现自动采集。钢拱应变监测选取拱顶、拱肩、拱腰五点位，使用定制夹具预焊接底座，确保安装精度。

（二） 关键安装工艺

1. 光纤位移计安装：C-6 钻机成孔后，将传感器与注浆管同步下放，孔口用棉絮与聚氨酯胶密封，注入水灰比 2:1 的水泥浆养护。

光纤位移计的定位和监测点的布置

2. 钢拱应变计保护：引线穿钢丝软管后，用镀锌钢管 + 反光条包裹，运输时采用泡沫填充保护，避免爆破和机械损伤。

钢拱应变仪的定位

四、监测成果与工程价值

现场数据显示，NPR 锚网索耦合支护有效限制了软岩大变形，围岩松动圈稳定在 1m 左右。动态应变测试主要影响范围为围岩0~5m 深度及距掌子面 25m 内区域。

钢拱应力-时间曲线

钢拱应力监测表明，拱顶以压应力为主，拱腰后期拉应力增至 100MPa，通过拱脚锁脚导管（Φ42，L=4.5m）可增强薄弱环节稳定性。

五、结论与展望

FBG 技术实现了高应力富水隧道的精准监测，其多层防护设计使传感器存活率达 98% 以上。

光纤光栅传感系统原理

未来需进一步结合钢拱疲劳寿命指标优化支护设计，为同类工程提供更系统的监测解决方案。