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技术专访 第三十期|基于传感技术的路面塌陷综合监测预警方案 ... ...

2020-7-1 17:53
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新基建如火如荼,老管线状况百出,路面塌陷愈演愈烈。

编前语:

新基建如火如荼,老管线状况百出,路面塌陷愈演愈烈。据专业机构统计,不到一年时间,全国城镇发生地面塌陷142起,发生管线泄漏207起,事故数量呈逐年上升趋势。


Q:城市路面塌陷的成因有哪些?又会带来哪些影响?


A: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。



Q:针对路面塌陷的现象的发生,我们是否可以实现提前预警?又有怎样的应对方案呢?


A:地面塌陷,是一个缓慢的过程,通过实时分布式监测马路下面的管道泄漏,和地下建筑物的变形和沉降,可以提前预警路面塌陷。



针对既有在役运行老旧管道的解决方案


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~ 数千米(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)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50m(或两只相邻传感器之间距离的7%) ;
单套理论可监测距离:> 100Km。

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:

· 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;
· 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;

泄漏监测系统原理图


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;


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。


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。


分布式光纤传感技术的优势


小编说:感谢北京百世通管道科技有限公司董事长缪总(缪宏)的分享,我们期待更多监测技术的分享,投稿请联系52监测网小编(微信号: jiance52)


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