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基于分布式光纤传感技术的路面沉降监测预警方案

[ 作者:杭州迈煌科技有限公司2021-03-10点击:358]

一、背景阐述
由于地下水的长期超量开采,中国成为世界上超采地下水严重的国家之一,地面沉降面积大、类型复杂、危害多样。地面沉降对环境、居民生活、工程建设的危害愈演愈烈,严重制约着社会经济可持续发展。
城镇马路上载重车辆的辗压,会引起地下管线受力变形,导致管体或者焊缝开裂而发生泄漏。管道泄漏带走泥沙淘空地基,是引发路面沉降塌陷的主要原因;各种无序甚至非法施工,是导致地下空间结构受损、路面塌陷沉降的次要原因。同时,由于地面塌陷,又会反过来加剧事故,导致管道断裂、爆管、爆炸,人防工程、地铁、隧道等地下空间结构受损,造成财产损失和人员伤亡,并引发次生灾害和环境污染。
近年来统计,每年发生500-1000起,造成很大的经济损失,尤其是在城市和人口密集的城镇地区。

二、系统介绍
地面沉降属于缓变型的地质灾害,一般不易察觉,但形成之后又是不可恢复的,造成区域性的自然灾害极其严重。因此,在某种意义上,控沉也就是防沉,防沉是否有效与监测直接相关,而预防路面(地面)沉降必须有完善的监测设施,配套的监测方法。
杭州迈煌科技有限公司提供的基于分布式光纤传感技术的路面沉降监测系统可以实时监测马路下面的管道泄漏、地下建筑物、地下水的长期超量开采引起的变形和沉降,可以提前预警路面塌陷。完全实现了自动数据采集、有线或无线数据传输、自动数据处理及AI分析计算功能,在全国处于先进水平。该系统符合《DZT0283-2015地面沉降调查与监测规范》。

三、针对管道泄漏和地下空间沉降监测预警方案

3.1、既有在役运行老旧管道泄漏的解决方案
采用准分布式光纤声波侦听系统实现泄漏监测和爆管预警。光纤水听器一般采用Michelson干涉仪结构,由光纤耦合器、传感臂光纤、参考臂光纤、反射镜组成。光纤水听器探测管道泄露次声信号的精度较高。
1)系统优势
灵活机动:适用于既有在线运行的管线全线或者高后果区(局部区域)的泄漏、爆管监测和开挖破坏预警;
安装便捷:无需全线开挖,在待监测区域每隔500~1000米(根据管线材质、管径、输送介质、运行压力确定),在管道上方开挖lm*lm的土坑,在管道表面粘贴 (不破坏管道外防腐层、不开焊、不动火)光纤水听器;
组网方便:可采用既有/新建光缆、也可用无线4G/5G网络传输信号;
节约投资:系统可根据需要局部监测;还可以更换地点重复使用;

2)性能指标:
传感器工作频率:10Hz-2.5kHz;
传感器典型布置间距:≧300~1000m;
声压传感器灵敏度:≧ -150dB;
动态范围:100dB;
报警准确率:≧97%;
定位精度:小于5m(或两只相邻传感器之间距离的7%) ;
单套理论可监测距离:> 100Km。

3.2、针对新建管道的解决方案
在新建管道时同步建设分布式光纤传感器系统,是管道安全健康状态监测的最佳选择。在管道安装过程中,同步在管道外壁敷设微振动传感光缆,单端连接分布式光纤振动信号解调主机,即可实现实时分布式管道泄露监测和爆管及第三方开挖破坏预警。
1)对于方便施工人员进入的大口径管道,建议在管道内壁敷设传感光缆,优点如下:
• 管道内施工光缆可以排除交叉、跳跃施工、恶劣天气和环境因素的干扰,施工方便、快捷;

• 高强度的管道本体可以很好的保护脆弱的传感光缆;
• 管道内环境噪声相对较小,光缆采集的信号更准确;
• 管道的寿命远远大于25年,管道内敷设光缆便于全线更换到期老化的光缆;
2)主要性能指标:
测量距离:单向≧50km , 双向≧100Km;
定位精度:<10米;
响应时间:<3秒;
误报率:<5%;
漏报率:≦1.0%
故障报警:光缆断裂后系统自动报警并定位故障点位置。
数据存储:报警数据记录、查询功能
报警信号输出:通过RS232、RJ45接口以及继电器输出、网络传输;
3.3、针对地下空间结构的安全状态监测预警方案
无序甚至非法的施工,如开挖、打桩、定向钻、盾构,会严重危及人防工程、地铁、隧道、管廊等地下结构安全。采用以上分布式光纤振动传感技术,在地下结构物内壁敷设振动传感光缆,实现对第三方施工引发的振动信号的实时分布式监测,并发出及时预警和定位。

3.4 针对地下空间结构的健康状态监测预警方案
路面车辆辗压、地面建筑物占压、设计、施工及材料存在的瑕疵、地下水的影响、地展、采空区沉降等诸多因素,会导致地下空间结构发生沉降和变形塌陷。采用分布式光纤应变传感技术通过对地铁、隧道、管廊的沉降和变形监测可实现地面塌陷预警。

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