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摘要：根据应用对象的不同，从应变传感和温度传感两个角度出发，主要介绍了隧道工程中分布式光纤传感技术和光纤光栅传感技术（FBG）在隧道管片收敛变形、隧道结构纵向沉降或隆起、周边土体位移、围岩变形及稳定性、隧道火灾报警等方面的应用，对具体应用中的光纤布设工艺作了简要介绍。同时讨论光纤传感技术在应用中存在的问题，并展望了该技术在隧道工程上的应用前景。
关键词：光纤光栅；传感技术；工程应用
光纤传感技术，是20世纪70年代依托光导纤维材料和光纤通信技术两方面的发展而快速发展起来的一种新型传感检测技术，它以光纤作为媒介、光为载体，能实现（准）分布式实时的传感长距离的外部被测量信息，具有抗电磁和耐腐蚀性强、轻便灵巧等优势。因此它一出现便被探索应用于土木工程的各个方面，在隧道工程领域得到了广泛应用。
1、光纤光栅传感技术的现状分析
光纤光栅由于其自身的抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀等优点，且能够感知应变和温度的变化，其光纤光栅传感器已因此可广泛应用于大型复杂结构的应变测量以及温度的监测，桥梁大坝的应力应变场的健康监测、石油管道测裂痕的健康监测，测量供电线弯曲程度、电力电缆绝缘温度等，近几年随着国内外光纤光栅解调技术的发展，该解调技术已经不断成熟完善并逐渐形成传感领域的一个新枝。光纤光栅传感器除了用于应力应变场的监测外，还可以用于温度场的健康监测，如。航天飞机发动机温度及运行状态的检测、材料工业控温等。然而由于光纤光栅同时感知应变和温度，存在应变和温度解耦的问题，同时裸光栅对温度和应变响应较低，因此光纤光栅的工程应用的全面推广受到一定的局限，为了克服上述问题，M.G.Xu等提出，利用在递减光纤上的啁啾光纤光栅其带宽只与应变有关而与温度无关的特性来制作应变传感器并且通过解双矩阵方程针对光纤传感器对于应变和温度感知存在解耦等问题，有相关的采用双布喇格光纤光栅进行温度、应变解耦研究，并且取得了较为精准的温度监测或应变变化量监测的成果；针对裸光栅对温度、应变感知不敏感的问题，开展了对压力和温度增敏的研究，得到了通过聚合物灌封光纤光栅压力增敏、圆筒-活塞式压力增敏和热胀聚合物材料温度增敏、正反向温敏聚合物材料融合温度增敏的方法。
2、光纤光栅传感技术的应用
2.1、隧道工程中的应用
2.1.1、分布式应变传感的应用
白泥井3#山岭隧道工程利用布里渊光时域反射分布式传感技术（BOTDR）由监测仪器采集原始数据，经过数据投影、扣除基准值和温度补偿等数据处理过程，可获得隧道拱圈结构变形应变数据，分析出隧道拱圈稳定性状况和拱圈截面的衬砌表面发生张拉变形情况，表明BOTDR的分布式优点适用于隧道拱圈变形监测。黄衢南高速公路瑶岭隧道工程，利用布里渊光时域分析分布式传感技术（BOTDA）测到二次衬砌混凝土应变值，分析出二衬表面在监测时间段未出现裂缝等病害且混凝土处于弹性受力阶段，同时建立隧道光纤监测网，实时监测光纤沿线应变数据，实现对隧道二衬结构稳定性评估和预报。
2.1.2、光纤光栅应变传感的应用
基于穿越北京地铁1#线建设电力管沟工程为背景，在既有线隧道结构变形影响区内布设FBG静力水准传感器，监测出结构沉降随土方开挖长度增大而逐步增大，变形影响区内变形缝的差异沉降最大值在设计值范围内；施工方分析沉降情况对地铁隧道进行千斤顶顶升保证了管沟施工的安全，监测结果表明FBG静力水准传感器可实时监测地铁隧道结构沉降。
利用FBG传感器对南京九华山试运营期一年内的隧道主体结构混凝土应变及变形缝位移进行监测，定期采集数据分析绘制出断面监测值随时间变化曲线，可分析出影响隧道山体段衬砌混凝土应力、轴向变形的主要因素，湖底段混凝土尤其是隧道两侧折板拱段处受环境温度影响很大。结合东各马庄高速公路隧道工程，利用FBG技术对典型断面位移进行分析，得到断面监测点位移-时间曲线和变形速度-时间曲线，分析出隧道为偏压隧道且围岩随时间推移逐渐稳定。利用FBG技术较好的分析出隧道围岩变形量和变形速率开挖关系，围岩稳定性时间等。
2.1.3、温度传感技术的应用
利用传感光纤或光纤传感器对温度的监测同样是应用的一个重要方面。在沪蓉高速公路隧道工程，应用FBG隧道火灾报警监测系统，由FBG传感器通过光缆将信号传至仪表柜与对应信号处理器连接，信号处理器将信号转换为温度和报警信号，传输至火灾报警控制器最终到达消防计算机，能准确对着火车辆进行报警并确定失火地点。
2.2、光纤光栅传感技术在桥梁结构健康监测中的应用
2.2.1、正确取样
监测保证桥梁结构健康监测部位合理，监测部位应该具有一定代表性，要按照要求进行取样，明确监测部位，避免为节省时间而出现减少监测部位和数量的情况。以保证桥梁结构健康监测结果准确，实现对桥梁结构质量的有效控制。
2.2.2、保证适宜的温度和湿度
由于不同温度和湿度会影响桥梁结构健康监测结果，因此必须重视监测环境控制，提高监测结果的准确性。桥梁结构健康监测要避免在过高或者过低的温度中进行，合理控制湿度，防止在湿度过高或者过低情况下监测，降低温度和湿度对监测带来不利影响。让光纤光栅传感技术有效发挥作用，确保监测结果准确，实现对桥梁工程质量的有效控制。
2.2.3、合理取舍监测数据
桥梁结构健康监测中，对同一部位不同批次监测所得数据，可能会有较大差异，需要对这些数据合理取舍。根据相关规范要求，对离散性较大数据进行取舍，有利于增强监测数据的准确性。检验过程中，如果发现存在差异较大的数据，或同一部位监测结果数据出现矛盾，这时不能对数据进行简单取舍，而应该查找原因。必要的话还需要复试和复验，获取更为准确的数据，确保桥梁结构健康监测结果准确，从而更为准确地掌握工程情况。另外还要减少监测误差。每一项操作按规范要求进行，遵循光纤光栅传感技术操作流程。受到监测人员素质、环境、工程质量等影响，监测会出现误差。误差在允许范围内，可以将其作为监测结果；误差过大需再次监测，获取更加准确的数据，确保监测质量，促进光纤光栅传感技术得到有效利用，为控制桥梁工程质量提供依据。
结束语
总之，对整个桥梁轨道工程来说，控制工程质量是一项十分必要的工作，具有重要的现实意义。光纤光栅传感技术是桥梁结构健康监测的一项重要技术措施，其应用具有积极作用和良好效果，实际工作中值得推广和应用。
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