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    基于分布式光纖傳感技術的路面沉降監測預警方案

    [ 作者:杭州邁煌科技有限公司2021-03-10點擊:388]

    一、背景闡述
    由于地下水的長期超量開采,中國成為世界上超采地下水嚴重的國家之一,地面沉降面積大、類型復雜、危害多樣。地面沉降對環境、居民生活、工程建設的危害愈演愈烈,嚴重制約著社會經濟可持續發展。
    城鎮馬路上載重車輛的輾壓,會引起地下管線受力變形,導致管體或者焊縫開裂而發生泄漏。管道泄漏帶走泥沙淘空地基,是引發路面沉降塌陷的主要原因;各種無序甚至非法施工,是導致地下空間結構受損、路面塌陷沉降的次要原因。同時,由于地面塌陷,又會反過來加劇事故,導致管道斷裂、爆管、爆炸,人防工程、地鐵、隧道等地下空間結構受損,造成財產損失和人員傷亡,并引發次生災害和環境污染。
    近年來統計,每年發生500-1000起,造成很大的經濟損失,尤其是在城市和人口密集的城鎮地區。

    二、系統介紹
    地面沉降屬于緩變型的地質災害,一般不易察覺,但形成之后又是不可恢復的,造成區域性的自然災害極其嚴重。因此,在某種意義上,控沉也就是防沉,防沉是否有效與監測直接相關,而預防路面(地面)沉降必須有完善的監測設施,配套的監測方法。
    杭州邁煌科技有限公司提供的基于分布式光纖傳感技術的路面沉降監測系統可以實時監測馬路下面的管道泄漏、地下建筑物、地下水的長期超量開采引起的變形和沉降,可以提前預警路面塌陷。完全實現了自動數據采集、有線或無線數據傳輸、自動數據處理及AI分析計算功能,在全國處于先進水平。該系統符合《DZT0283-2015地面沉降調查與監測規范》。

    三、針對管道泄漏和地下空間沉降監測預警方案

    3.1、既有在役運行老舊管道泄漏的解決方案
    采用準分布式光纖聲波偵聽系統實現泄漏監測和爆管預警。光纖水聽器一般采用Michelson干涉儀結構,由光纖耦合器、傳感臂光纖、參考臂光纖、反射鏡組成。光纖水聽器探測管道泄露次聲信號的精度較高。
    1)系統優勢
    靈活機動:適用于既有在線運行的管線全線或者高后果區(局部區域)的泄漏、爆管監測和開挖破壞預警;
    安裝便捷:無需全線開挖,在待監測區域每隔500~1000米(根據管線材質、管徑、輸送介質、運行壓力確定),在管道上方開挖lm*lm的土坑,在管道表面粘貼 (不破壞管道外防腐層、不開焊、不動火)光纖水聽器;
    組網方便:可采用既有/新建光纜、也可用無線4G/5G網絡傳輸信號;
    節約投資:系統可根據需要局部監測;還可以更換地點重復使用;

    2)性能指標:
    傳感器工作頻率:10Hz-2.5kHz;
    傳感器典型布置間距:≧300~1000m;
    聲壓傳感器靈敏度:≧ -150dB;
    動態范圍:100dB;
    報警準確率:≧97%;
    定位精度:小于5m(或兩只相鄰傳感器之間距離的7%) ;
    單套理論可監測距離:> 100Km。

    3.2、針對新建管道的解決方案
    在新建管道時同步建設分布式光纖傳感器系統,是管道安全健康狀態監測的最佳選擇。在管道安裝過程中,同步在管道外壁敷設微振動傳感光纜,單端連接分布式光纖振動信號解調主機,即可實現實時分布式管道泄露監測和爆管及第三方開挖破壞預警。
    1)對于方便施工人員進入的大口徑管道,建議在管道內壁敷設傳感光纜,優點如下:
    • 管道內施工光纜可以排除交叉、跳躍施工、惡劣天氣和環境因素的干擾,施工方便、快捷;

    • 高強度的管道本體可以很好的保護脆弱的傳感光纜;
    • 管道內環境噪聲相對較小,光纜采集的信號更準確;
    • 管道的壽命遠遠大于25年,管道內敷設光纜便于全線更換到期老化的光纜;
    2)主要性能指標:
    測量距離:單向≧50km , 雙向≧100Km;
    定位精度:<10米;
    響應時間:<3秒;
    誤報率:<5%;
    漏報率:≦1.0%
    故障報警:光纜斷裂后系統自動報警并定位故障點位置。
    數據存儲:報警數據記錄、查詢功能
    報警信號輸出:通過RS232、RJ45接口以及繼電器輸出、網絡傳輸;
    3.3、針對地下空間結構的安全狀態監測預警方案
    無序甚至非法的施工,如開挖、打樁、定向鉆、盾構,會嚴重危及人防工程、地鐵、隧道、管廊等地下結構安全。采用以上分布式光纖振動傳感技術,在地下結構物內壁敷設振動傳感光纜,實現對第三方施工引發的振動信號的實時分布式監測,并發出及時預警和定位。

    3.4 針對地下空間結構的健康狀態監測預警方案
    路面車輛輾壓、地面建筑物占壓、設計、施工及材料存在的瑕疵、地下水的影響、地展、采空區沉降等諸多因素,會導致地下空間結構發生沉降和變形塌陷。采用分布式光纖應變傳感技術通過對地鐵、隧道、管廊的沉降和變形監測可實現地面塌陷預警。

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