一种土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置及方法

本发明涉及一种光纤铺设装置及方法，尤其涉及一种土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置及方法。

背景技术：

1、分布式光纤温度传感技术以其分布式监测和易于组网布设的特点，在长条状土石堤坝工程渗流监测中具备适用性，可有效降低因土石堤坝距离长且渗流隐患隐蔽而导致的漏检。在使用测渗光纤对土石堤坝的渗流进行监测时，需要将测渗光纤按布设方案铺设到土石堤坝中。由于光纤传感器利用光信号作为温度测量响应信息的媒介，在土体埋设过程中必须保证测渗光纤的铺设质量和连通性。

2、土石堤坝在填筑过程中通常存在施工现场环境粗犷，作业面上常有多种机械设备、多工种联合施工的情况，而测渗光纤布设需要精细化操作。埋设在土石堤坝内部的测渗光纤如受到机械施工的干扰而损坏，则无法采用常规熔接方案对测渗光纤断点进行修复，这导致土石堤坝内部测渗光纤布设属于“一次性”工程，失误成本过大，直接限制了分布式光纤测温技术在土石堤坝渗流识别中的应用。

3、为保护测渗光纤，常在测渗光纤外部加装防护套管(如钢管或pvc管)后布设到结构物内部，这种方法无法保证装配防护套管后测渗光纤在土石堤坝内部测温的敏感性，且渗流有可能沿套管延伸，即使测渗光纤仍能监测到渗流，也无法满足精确定位渗漏位置的要求。

4、目前，测渗光纤在铺设过程中主要由人工完成，铺设效率低下，测渗光纤铺设人员与施工现场大型机械设备联合作业时会产生安全隐患。另一方面，测渗光纤的铺设可能因缺乏量化的施工标准而出现铺设质量参差不齐的现象，难以达到统一的铺设标准，不利于后续监测工作的开展和监测结果分析。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种集开槽、铺设和回填于一体，从而提升铺设效率和铺设质量的土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置；

2、本发明的第二个目的是提供一种利用上述的装置铺设土石堤坝测渗光纤的方法。

3、技术方案：本发明所述的土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置，包括用于储存并释放测渗光纤的光纤储线仓，所述光纤储线仓内设有卷绕测渗光纤的卷绕机构，所述光纤储线仓的底部设有开槽机具；所述光纤储线仓的两侧固定有用于储存并泄料的土料仓；还包括用于驱动光纤储线仓和土料仓移动的驱动机构，所述驱动机构的驱动轮带动卷绕机构转动，用于同步释放测渗光纤。

4、其中，光纤储线仓布置在装置中部位置，所述光纤储线仓用于存放测渗光纤，在土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置铺设过程中提供测渗光纤。所述光纤储线仓包括光纤储线仓主体和卷绕机构，所述卷绕机构包括设于光纤储线仓主体内的光纤储线传动轴，安装于光纤储线传动轴上的光纤储线卷轴；测渗光纤通过光纤储线卷轴缠绕存储。光纤储线仓布置在装置中部位置，所述光纤储线仓用于存放测渗光纤，在土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置铺设过程中提供测渗光纤。测渗光纤为专用铠装光纤，可承受铺设过程中所需的拉力和压力。所述光纤储线桶卷轴为圆筒形，起到均匀缠绕和存储测渗光纤的目的。所述光纤储线传动轴为圆筒形三段伸缩节结构，伸缩节首尾段的外径与光纤储线卷轴的内径相匹配，用于固定光纤储线卷轴，伸缩节中间段外径小于首尾段，伸缩节中间段长度小于光纤储线卷轴，光纤储线传动轴的长度大于光纤储线卷轴。在光纤储线卷轴上的光纤用尽时，通过调节伸缩节的长短更换新的光纤储线卷轴和测渗光纤。光纤储线传动轴位于光纤储线仓中部，通过传动齿轮与履带轮的轮毂传动轴连接，当轮毂传动轴转动时带动光纤储线传动轴转动，两者转动的距离相等，从而实现土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置行进距离等于光纤储线传动轴释放出的测渗光纤长度。

5、其中，所述光纤储线传动轴包含相互之间可伸缩的第一伸缩节、第二伸缩节、第三伸缩节，所述第三伸缩节的端部固定有第一传动齿轮、与第一传动齿轮啮合的第二传动齿轮，所述第二传动齿轮固定在驱动机构的驱动轮上。

6、其中，所述驱动机构包括履带轮，所述履带轮包括履带和驱动轮，所述驱动轮包括轮毂和轮毂传动轴，在动力设备的驱动或牵引下转动。履带轮对不同地形的适应性和稳定性强，在行进过程中对土石堤坝作业面的损伤程度低。

7、其中，所述光纤储线仓的底部设有光纤出口导轨，所述出口导轨为圆弧形导轨，土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置运行过程中，光纤储线卷轴在释放测渗光纤时，光纤出口导轨对测渗光纤进行引导，控制测渗光纤的线路保持在光纤储线仓底部中心位置，圆弧形导轨的半径大于12倍的测渗光纤的直径，避免测渗光纤过度弯折损坏。

8、其中，所述开槽机具包括菱形刀具，菱形刀具通过内螺纹管帽调节和固定，螺母和垫圈将内螺纹管帽固定于光纤储线仓的底部。所述菱形刀具用于开槽，根据施工现场不同光纤槽的深度和宽度需求，可调节长度和更换对应尺寸的开槽机具。所述内螺纹管帽用于固定开槽机具。所述螺母和垫圈用于将内螺纹管帽固定在光纤储线仓底部。

9、其中，所述光纤储线仓的底部设有开槽机具导轨，所述开槽机具固定于开槽机具导轨上，并可在开槽机具导轨上移动。具体的，开槽机具导轨用于移动内螺纹管帽和开槽机具，可实现开槽机具位置的灵活移动。

10、其中，所述光纤储线仓的底部设有光纤铺设引导架，所述光纤铺设引导架包括圆形导轮，圆形导轮通过连接杆固定于内螺纹管帽上，内螺纹管帽固定于光纤储线仓的底部。光纤铺设引导架以光纤出口为中心，左右各一个安装于光纤储线仓底部，光纤铺设引导架与光纤出口导轨保持在一条直线上，光纤铺设引导架的长度可调节，同时与开槽机具的长度保持一致，用于引导测渗光纤布设在光纤槽内。

11、其中，所述土料仓包括土料仓主体，所述土料仓主体的底部设有泄料通道，所述泄料通道上安装有旋钮阀门。土料仓左右对称布置，储存一定级配的细颗粒土料，用于填埋布设的测渗光纤。所述土料仓主体用于存储土料。根据土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置运行速度和开槽的宽度和深度，通过调节泄料通道出口上旋钮阀门的开度大小，控制填埋测渗光纤的下泄土料的速率。

12、其中，还包括动力设备连接夹板。动力设备连接夹板与外部动力设备进行连接，为土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置提供动力。所述动力设备连接夹板为两个，对称布置于土料仓一端，一个动力设备连接夹板设置有两个螺纹孔，用作与动力设备的连接装置进行固定。

13、一种采用上述的装置铺设土石堤坝测渗光纤的方法，包括以下步骤：

14、(1)装填土料；

15、(2)根据需要布设的测渗光纤的实际长度，将对应长度的测渗光纤缠绕在卷绕机构上；

16、(3)铺设装置在进行开槽的同时，卷绕装置释放测渗光纤，测渗光纤进行铺设，土料从土料仓中泄出，对测渗光纤进行覆盖回填；

17、(4)根据测渗光纤的铺设方案和要求，在需要调整铺设方向时，调整开槽机具，设置驱动机构的行进方向；

18、(5)在完成测渗光纤的铺设后，回收剩余的测渗光纤和回填土料。

19、进一步的，具体包括以下步骤：

20、(s1)运行前检查。

21、(s2)动力设备连接。使用动力设备连接夹板与外部动力设备进行连接，为土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置提供动力。

22、(s3)装填土料。根据对测渗光纤的回填和保护要求，往两个土料仓主体中装填合适级配的回填土料。

23、(s4)安装测渗光纤。根据需要布设的测渗光纤的实际长度，将对应长度的测渗光纤按同一方向缠绕在光纤储线卷轴上，再将光纤储线卷轴安装在光纤储线传动轴上，检测光纤储线卷轴和光纤储线传动轴的转动状态。

24、(s5)铺设和回填测渗光纤。土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置在进行开槽的同时，光纤储线卷轴释放测渗光纤，测渗光纤在光纤出口导轨和光纤铺设引导架的引导下进行铺设，通过泄料通道下泄的土料对测渗光纤进行覆盖回填。

25、(s6)调整铺设方向。根据测渗光纤的铺设方案和要求，在需要调整铺设方向的时候，调整开槽机具，设置好所对应的光纤铺设引导架和泄料通道以及履带轮的行进方向。

26、(s7)清理铺设装置。在完成所有测渗光纤的铺设工作之后，回收剩余的测渗光纤和回填土料，清理整个装置，做好光纤出口导轨、光纤铺设引导架和开槽机具的保养。

27、有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：本发明提供的土石堤坝测渗光纤机械化铺设装置及方法，在使用开槽机具进行开槽的同时，光纤储线卷轴释放测渗光纤，测渗光纤在光纤出口导轨和光纤铺设引导架的引导下进行铺设，并通过泄料通道下泄的土料对测渗光纤进行覆盖回填，实现集开槽、铺设和回填于一体，有效提升了土石堤坝渗流监测中测渗光纤的铺设效率和铺设质量，保障了监测结果的可靠性，对不同作业现场的施工环境适应性强，能满足多种铺设需求，对促进分布式光纤传感技术在土石堤坝渗流监测中的应用和推广具有一定作用。