Monitorowanie tunelu i jego otoczenia z wykorzystaniem strunowej i światłowodowej techniki pomiarowej DFOS

• Autorzy: Sieńko Rafał , Bednarski Łukasz , Howiacki Tomasz , Zuziak Katarzyna , Monsberger Christoph

Warianty tytułu

EN

Monitoring of the tunnel deformation and its surroundings

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Infrastruktura tunelowa charakteryzuje się bardzo dużymi konsekwencjami potencjalnej awarii. Konieczne jest zatem właściwe kontrolowanie stanu jej deformacji poprzez pomiary wybranych wielkości fizycznych, np. odkształceń, temperatur i przemieszczeń, umożliwiających finalnie ocenę bezpieczeństwa budowy i eksploatacji danego tunelu. W artykule omówiono możliwości zastosowania punktowych pomiarów czujnikami strunowymi oraz geometrycznie ciągłych pomiarów światłowodowych DFOS. Współcześnie coraz częściej wykorzystuje się zalety obu tych technologii w celu stworzenia hybrydowych systemów monitorowania.

EN

Very high consequences of potential failure characterise tunnel infrastructure. Thus, it is necessary to properly control its deformation state by measuring selected physical quantities, e.g. strains and displacements, enabling the safety assessment of a given tunnel during its construction or operation. The paper discusses the possibilities of spot measurements by vibrating wire gauges and geometrically continuous measurements by distributed fibre optic sensors (DFOS). Today, the advantages of both technologies are increasingly being combined to create hybrid monitoring systems.

Słowa kluczowe

PL

tunel; monitorowanie konstrukcji; czujniki strunowe; czujniki światłowodowe DFOS; odkształcenie; przemieszczenie; temperatura; przeciek; zarysowanie

EN

tunnel; structural health monitoring; vibrating wire gauges; distributed fibre optic sensing; DFOS; strains; displacement; temperature; leakage; cracking

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej
• Czasopismo: Drogownictwo
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 7-8
• Strony: 248--260
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sieńko Rafał

• Politechnika Krakowska

• https://orcid.org/0000-0002-2751-7558

autor

Bednarski Łukasz

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

• https://orcid.org/0000-0002-5404-9921

autor

Howiacki Tomasz

• SHM System

autor

Zuziak Katarzyna

• Nerve-Sensors

autor

Monsberger Christoph

• ACI Monitoring GmbH, Graz, Austria

Bibliografia

• [1] Sieńko R., Bednarski Ł., Howiacki T. Monitorowanie górotworu oraz tunelu podczas jego realizacji. Budownictwo Górnicze i Tunelowe 3 (2016), ISSN 1234–5342
• [2] PN-EN 1990: Eurokod 0, Podstawy projektowania konstrukcji.
• [3] PN-EN 1997-1: Eurokod 7: Projektowanie geotechniczne – Część 1: Zasady ogólne.
• [4] PN-EN 1997-2: Eurokod 7: Projektowanie geotechniczne – Część 2: Rozpoznanie i badanie podłoża gruntowego.
• [5] Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 25 kwietnia 2012 r. w sprawie ustalania geotechnicznych warunków posadawiania obiektów budowlanych.
• [6] Instrukcja ITB 443/2009 System kompleksowego zarządzania jakością w budownictwie. Bezdotykowe metody obserwacji i pomiarów obiektów budowlanych. Warszawa, Wydawnictwo ITB 2009.
• [7] Bednarski Ł., Sieńko R. Pomiary odkształceń konstrukcji czujnikami strunowymi. Inżynieria i Budownictwo, 11/2013, str. 615– 619.
• [8] Bednarski Ł., Sieńko R., Howiacki T. Wybrane zagadnienia monitorowania konstrukcji. XXX Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk, 25–28.03.2015.
• [9] Dibiago E. A Case study of Vibrating-Wire Sensors That Have Vibrated Continuously For 27 Years. Field Measurements in Geomechanics, September 15–18, 2003
• [10] Bednarski Ł., Sieńko R., Howiacki T. Analysis of rheological phenomena in reinforced concrete cross-section of Rędziński bridge pylon based on in situ measurements. Procedia Engineering 108 (2015), Science Direct, Elsevier, ISSN: 1877–7058, 09.07.2015, s. 536–543.
• [11] Bednarski Ł., Sieńko R., Howiacki T. Estimation of the value and the variability of elastic modulus of concrete in existing structure on the basis of continuous in situ measurements. Cement-Lime-Concrete, 6/2014, ISSN: 1425–8129, 396–404
• [12] www.geokon.com
• [13] Howiacki T., Jedliński S., Mieszczak M. System monitorowania konstrukcji Kopca Kościuszki w Krakowie. XXVII Konferencja Naukowo-Techniczna Awarie Budowlane 2015, Szczecin–Międzyzdroje, 20–23.05.2015.
• [14] Sieńko R., Bednarski Ł., Howiacki T. Continuous structural health monitoring of selected geotechnical quantities within Kościuszko Mound in Cracow. MATEC Web of Conferences, 117, 00157 (2017), ISNN: 2261–236X
• [15] Palmieri, L., Schenato, L. Distributed Optical Fiber Sensing Based on Rayleigh Scattering. The Open Optics Journal 7, (Suppl-1, M7): 104–127, 2016.
• [16] Feng, Ch., Kadum J. E., Schneider, T. The State-of-the-Art of Brillouin Distributed Fiber Sensing. W IntechOpen, Fiber Optic Sensing – Principle, Measurement and Applications edited by Shien-Kuei Liaw, 2019
• [17] Bado, M. F., Casas J. R. A Review of Recent Distributed Optical Fiber Sensors Applications for Civil Engineering Structural Health Monitoring. Sensors 21, 1818 (2021); https://doi.org/10.3390/s21051818
• [18] Sieńko R., Bednarski Ł., Howiacki T., Zuziak K. Composite and monolithic DFOS sensors for load tests and long-term structural monitoring of road infrastructure. 10th European Workshop on Structural Health Monitoring (EWSHM2022), Palermo, Italy, July 4–7, 2022
• [19] Sieńko R., Bednarski Ł., Howiacki T. Distributed fibre optic sensing for safety monitoring of concrete, steel and composite bridges. 11th International Conference on Bridge Maintainance, Safety and Management (IABMAS2022), Barcelona, Spain, July 11–15, 2022
• [20] Popielski P., Bednarz B., Sieńko R., Howiacki T., Bednarski Ł., Zaborski B. Monitoring of Large Diameter Sewage Collector Strengthened with Glass-Fiber Reinforced Plastic (GRP) Panels by Means of Distributed Fiber Optic Sensors (DFOS). Sensors 2021, 21(19), 6607; https://doi.org/10.3390/s21196607
• [21] Bednarski Ł., Sieńko R., Grygierek M., Howiacki T. New Distributed Fibre Optic 3DSensor with Thermal Self-Compensation System: Design, Research and Field Proof Application inside Geotechnical Structure. Sensors 2021, 21(15), 5089; https://doi.org/10.3390/s21155089
• [22] Bednarz B., Popielski P., Sieńko R., Howiacki T., Bednarski Ł. Distributed Fibre Optic Sensing (DFOS) for Deformation Assessment of Composite Collectors and Pipelines. Sensors 2021, 21(17), 5904; https://doi.org/10.3390/s21175904
• [23] C.M. Monsberger, W. Lienhart. Distributed fiber optic shape sensing along shotcrete tunnel linings: Methodology, field applications, and monitoring results. Journal of Civil Structural Health Monitoring 11: 337–350; 2021, doi: 10.1007/s13349-020-00455-8
• [24] Vorwagner A., Kwapisz M., Lienhart W., Winkler M., Monsberger C.M., Prammer D. Verteilte Rissbreitenmessung im Betonbau mittels faseroptischer Sensorik – Neue Anwendung von verteilten faseroptischen Messsystemen. Beton- und Stahlbetonbau 116: 727–740; 2020, doi: 10.1002/best.202100060
• [25] Monsberger C.M., Bauer P., Buchmayer F., Lienhart W. Large-scale distributed fiber optic sensing network for short and long-term integrity monitoring of tunnel linings. Journal of Civil Structural Health Monitoring; 2021, doi: 10.1007/s13349-022-00560-w
• [26] www.nerve-sensors.com
• [27] Sieńko R., Bednarski Ł., Howiacki T. Smart Composite Rebars Based on DFOS Technology as Nervous System of Hybrid Footbridge Deck: A Case Study. European Workshop on Structural Health Monitoring, Special Collection of 2020 Papers, Volume 2, Springer, 2021, 340–350, ISBN 978-3-030-64908-1
• [28] Kulpa M., Howiacki T., Wiater A., Siwowski T., Sieńko R. Strain and displacement measurement based on distributed fibre optic sensing (DFOS) system integrated with FRP composite sandwich panel. Measurement 175(15):109099, https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109099
• [29] Wagner L., Kluckner A., Monsberger C.M., Wolf P., Prall K., Schubert W., Lienhart W. Direct and Distributed Strain Measurements Inside a Shotcrete Lining: Concept and Realisation. Rock Mechanics and Rock Engineering 2019, 53: 641–652; doi:10.1007/s00603-019-01923-4
• [30] De Battista N., Elshafie M., Soga K., Williamson M., Hazelden G., Hsu Y.S. Strain monitoring using embedded fibre optic sensors in a sprayed concrete tunnel lining during the excavation of crosspassages. 7th International Conference on Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure – SHMII, Turin, Italy, 2015: 47–56
• [31] Lienhart W., Buchmayer F., Klug F., Monsberger C.M. Distributed Fiber Optic Sensing on a Large Tunnel Construction Site: Increased Safety, More Efficient Construction and Basis for Condition-Based Maintenance. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Smart Infrastructure and Construction 172 (4): 148–159; 2020, doi: 10.1680/jsmic.20.00006
• [32] Buchmayer F., Monsberger C.M., Lienhart W. Distributed fibre optic sensing for long-term monitoring of tunnel inner linings in anhydrite. 8th Civil Structural Health Monitoring Workshop (CSHM-8), Naples, Italy, 2021, (Online-Event): 13p
• [33] Monsberger C.M., Lienhart W., Moritz B. In-situ assessment of strain behaviour inside tunnel linings using distributed fibre optic sensors. Geomechanics and Tunnelling 11 (6): 701–709; 2018, doi:10.1002/geot.201800050
• [34] Soga K., Kwan V., Pelecanos L., Rui Y., Schwamb T., Seo H., Wilcock M. The Role of Distributed Sensing in Understanding the Engineering Performance of Geotechnical Structures. Geotechnical Engineering for Infrastructure and Development. ICE Virtual Library: London, UK: 13–48; 2015, doi: 10.1680/ecsmge.60678