地铁隧道变形监测是地铁隧道健康状况评估的重要手段,已经在地铁隧道灾害预警中得到了广泛的应用。随着地铁扩建同时带来了一系列的工程难度,如:地铁线路上下穿行错综复杂、地铁埋深增加、更复杂多变的地质情况等,对地铁隧道安全监测的要求越来越高,寻求新的监测手段,预防和减少地铁隧道灾害事故的发生,具有重大意义。分布式光纤监测技术具有分布式、高精度、高灵敏度、电绝缘性好、抗电磁干扰、耐腐蚀、质轻等多项优点,在一定程度上弥补传统监测手段的不足。为满足地铁隧道安全监测的要求,开展分布式光纤监测技术在地铁隧道变形监测中的应用研究。将纤细脆弱的光纤与粗放施工的隧道结构相结合,同时保证光纤的成活率以及监测的准确性依然是亟待解决的难题。以北京市在建新机场地铁隧道CRD法区间为工程背景,根据试验及工程中常用的应变/温度光缆不同的外包护套的特性,开展对光纤护套效应的研究,探明光纤外包护套对应变/温度测试的影响;对应变光缆的力学性能进行测试,获得光纤应变极限及弹性性能。提出了光纤预拉伸布设原理与具体工程实施办法;建立了光纤应变与隧道拱顶变形数学模型,并开展模型试验进行验证;将传统直线布设方式改进为锯齿状布设方式,对锯齿状布设方式合理性进行理论分析验证,通过室内模型试验获得不同测量精度要求的锯齿状布设参数。对埋入布设方式光纤应变传递机理进行理论分析,揭示光纤埋入长度对应变传递率的影响;开展埋入式光纤抗剪性能试验,获得光纤埋入式布设方式下抗剪性能;对光纤埋入式的不同布设方式进行模型试验,获得每种布设方式下光纤应变测试效果。考虑实际工程施工条件,将开槽埋入光纤布设工艺及沿钢筋笼绑扎光纤布设工艺应用到北京地铁新机场线中,探讨分布埋入式光纤布设方式实际应用效果。针对上述研究内容,主要获得了以下成果:(1)提出了光纤护套效应,通过应变及温度刺激试验获得不同护套类型的光缆的监测功能及适用场合,初步解决光纤选型及定位问题;通过光纤拉伸-收缩试验,获得了应变光缆的极限应变值;因应变光缆为弹性性质,可认为其既能监测拉伸变形又能监测收缩变形。(2)阐明了光纤预拉伸布设方式并且给出了工程解决方案,依据应变光缆极限应变值,分别给出了监测拉伸变形和收缩变形的预拉应变值建议;构建了适用于隧道拱顶变形的数学模型;提出了光纤锯齿状布设技术,通过理论分析和模型试验对光纤锯齿状布设的合理性进行了验证,针对工程中对监测精度的不同要求,给出了不同的锯齿状布设参数。(3)对埋入式布设方式下的应变传递进行理论解析,获得了埋入长度对应变传递的影响;进行通过埋入式应变光缆剪切试验,得到了3种常用应变光缆的抗剪性能;通过钢筋混凝土梁单点加载和三分点加载试验,获得了多种光纤分布埋入布设方式的监测结果及其有效应变监测范围,并对其监测效果进行评价。(4)通过光纤分布埋入布设方式在北京地铁新机场线实际监测工程中的应用,并将应变监测结果与全站仪监测结果进行对比分析,验证了光纤分布埋入布设方式在地铁隧道CRD法施工监测中的可行性,可为相关监测工程提供参考。