地质工程分布式光纤监测关键技术及其应用-山东大学科学技术研究院.PDF

提名国家科技进步奖项目公示 项目名称 地质工程分布式光纤监测关键技术及其应用 提名单位 教育部 项目简介： 该项目瞄准地质工程灾害防治国家需求，依托973 计划、国家科技支撑等多个国家重点项目， 围绕分布式光纤监测技术，历经近20 年攻关，打破了国外技术壁垒，形成了完全自主知识产权的 技术和设备；创造性地建立了地质工程分布式光纤监测技术体系；在多种地质工程灾害形成机理和 理论方面取得新突破。 项目成果推动了整个地质工程监测行业的科技进步。主要创新成果如下： （1）地质工程多场分布式传感光缆系列创制。包括适用于变形场监测的量程从毫米级提升到米 级的分布式光纤大变形传感器；适用于温度场监测的空间分辨率从米级提高到厘米级的分布式光纤 温度传感器；适用于水分场和渗流场监测的均匀加热复合传感光缆等 30 余种分布式传感光缆；发 明的分布式传感光缆疲劳性能测试装置，解决了传感光缆长期性能和结构优化难于评价的难题。 （2）分布式光纤应变解调设备研制。发明了一种基于能量分布的布里渊谱识别及一种BOTDR 空间分辨率提升方法，有效提升了传感光纤的应变测试精度和空间分辨能力；以此为基础，研制出 了我国第一台完全自主知识产权的商用化光纤应变解调设备，可单端无损检测光纤的应变分布，测 试距离达80km ，测试精度±10με，空间分辨率0.5m ，综合性能明显优于日本等国外同类产品。 （3）地质工程分布式光纤监测系统集成。研发出了灌注桩等基桩分布式光纤测试系统、岩土体 水分场和渗流场分布式光纤测量系统；提出了地面变形气囊模拟、隧道收敛变形和采动覆岩变形分 布式光纤监测方法等；研发出了数据处理系统和传感光缆安装工艺。 （4）地质工程灾害形成机理揭示与理论判据建立。依托技术成果，提出了地面沉降区地层压缩 潜力理论判据；建立了基于光纤应变监测的边坡稳定性评价方法；提出了锚杆和传感光缆与岩土体 界面力学性质的耦合时效判据；揭示了采场围岩变形时空演化过程和破坏机理。 该项目共获国家授权专利和著作权54 项；主编和参编相关技术国家规范和行业规程4 部（含 立项2 部）；发表论文184 篇，其中SCI 和EI 收录141 篇次；他引1939 次，其中SCI 他引238 篇次。 2015 年教育部组织领域权威专家组，鉴定该项目成果总体达到国际领先水平。形成了新的技术产业 链。目前已有 40 余种技术产品推向了市场，部分产品已出口英、美、意、马来西亚等国，并在南 水北调、三峡库区、锦屏电站、青藏铁路、故宫城台、长三角地面沉降等200 余个项目中得到应用， 取得了显著的社会和经济效益。创立了地质工程光电传感监测国际论坛系列，引领了地质工程光纤 监测技术的发展。相关成果获2008 年教育部科技进步一等奖、2017 年教育部技术发明一等奖、2012 年中国产学研合作创新成果奖、2014 年中国仪器仪表学会优秀产品奖、2015 年度中国地质调查局 地质科技一等奖、2016 年中国专利优秀奖和中国地质学会2016 年度十大地质科技进展。 客观评价： 1. 成果鉴定 2015 年5 月8 日，由教育部主持召开的“地质工程分布式光纤监测关键技术及其应用”成果鉴 定会上，专家认为：该成果围绕分布式光纤感测技术在地质工程监测中的应用，在解调设备、传感 器系列、传感器封装与布设工艺、光缆应变传感特性、温度补偿技术、数据处理和异常识别方法、 分布式光纤监测系统和工程应用技术等方面，开展了卓有成效的研究工作，取得了一批开拓性的成 果。该成果在地质工程监测领域，总体达到国际领先水平。 2. 权威机构的技术检测 （1）水利部大坝安全监测中心（中国国家认证认可监督管理委员会授权的计量认证机构）于2013 年5 月8 日，对钢绞线式应变传感光缆进行了检测，得到以下检测结论：（a）采用光纳仪应变 传感系统实测的钢绞线式应变传感光缆的应变量超过5800 ×10-6 ；（b）钢绞线式应变传感光缆 应变（ε）与频移（ΔF）的线性拟合度R2 达到0.999 以上；（c）钢绞线式应变传感光缆计算应 变（ε）与输入应变（ΔL/L）的相对误差小于1.5%FS。 （2）水利部大坝安全监测中心于2014 年8 月8 日，对铜带式应变传感光缆进行了检测，结论如下： （a）采用光频域应变分析仪实测的铜带式应变传感光缆的应变量达到10000 ×10-6 ；（b）铜带 式应变传感光缆应变（ε）与频率偏移值（ΔF）的线性拟合度R2 为0.998 ；（c）铜带式应变传