管道三維變形監(jiān)測

一、方案背景

管道進(jìn)行選線時，應(yīng)盡量優(yōu)先選擇順著地勢坡度、順應(yīng)地形地貌的方向來敷設(shè)管道，比如沿著山脊或沿谷地等方向。避免在橫坡的地方進(jìn)行管道敷設(shè)，但由于地形和地物等條件的限制，在管道全線中可能會存在需要在橫坡敷設(shè)的地方，橫坡地段地形復(fù)雜，管道受基礎(chǔ)沉降變形、環(huán)境變化等因素的影響，容易產(chǎn)生受彎變形。管道受彎變形監(jiān)測是管道工程安全監(jiān)測中最基礎(chǔ)、最重要的監(jiān)測內(nèi)容之一。分布式光纖傳感技術(shù)具有分布式、長距離、實時高精度等特點，已在管道工程領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。基于分布式光纖的管道本體三維變形監(jiān)測系統(tǒng)在管道外壁的三個方向上粘貼光纖，可以直接獲得管道本體截面上的三點應(yīng)變數(shù)據(jù)，從而能夠計算出管道三維變形和截面受力狀況，具有監(jiān)測數(shù)據(jù)更全面、更準(zhǔn)確的優(yōu)勢。GNSS技術(shù)是一個非常有效的形變監(jiān)測技術(shù)，GNSS與其它傳感器結(jié)合用于形變監(jiān)測已形成了趨勢，結(jié)合該技術(shù)可以更好對橫坡敷設(shè)的管道變形進(jìn)行監(jiān)測。

二、方案概述

在橫坡敷設(shè)段的管道3PE表面，采用一根光纖緊密粘貼在管道截面的3點、9點、12點方向，在管道長度方向上來回纏繞，通過和同溝敷設(shè)通信光纜中的兩芯光纖相互熔接組成回路，接入分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測主機(jī)，能夠同時獲得這三條光纖沿線的應(yīng)變數(shù)據(jù)。采取此種方式可以直接測量管道的應(yīng)變，通過三點應(yīng)變采集的方式可以從截面上三點的應(yīng)變數(shù)據(jù)得到這個截面的應(yīng)力信息和這個截面中心點的撓度，從而測量管道的“三維變形”。

用于監(jiān)測的光纖可以是緊套纖或者鎧裝結(jié)構(gòu)的光纜。其中O段光纖可借助使用通信光纜中閑置光纖而不必額外鋪設(shè)。在粘貼光纜時，用PP/PE膠水在光纜路徑上點刷，將光纜通過點刷的膠水臨時固定到管道表面，保持拉直和輕微繃緊，之后使用定制的環(huán)氧樹脂膠均勻涂刷在光纜路徑上。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析和展示集中在云服務(wù)器的網(wǎng)站中，分為“企業(yè)管理”、“項目總覽”、“項目管理”、“賬戶管理”、“3D模型”、“系統(tǒng)首頁”、“應(yīng)力分析”、“截面受理查詢”、“預(yù)警管理”等頁面。通過管道本體監(jiān)測平臺，管道安全的管理者能夠及時、準(zhǔn)確地掌握管道本體的狀態(tài)、撓度及應(yīng)力值。

軟件功能：

1、具有數(shù)據(jù)手工錄入、批量導(dǎo)入以及系統(tǒng)自動采集、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)手工分析、數(shù)據(jù)自動分析、分析結(jié)果生成報告文檔、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、報警顯示和分級、多事件識別、圖形用戶界面、遠(yuǎn)程修改等功能；

2、能夠以三維可視化模式展示管道任意截面的軸向應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、管道上覆土壓力分布，同時設(shè)置多種應(yīng)力應(yīng)變預(yù)警模式；

3、能夠以三維可視化模式展示管道的三維變形特征，包括管道垂直向彎曲撓度和水平向位移，可設(shè)置彎曲撓度預(yù)警閾值；

4、能夠連接第三方控制系統(tǒng)功能，支持虛擬化架構(gòu)，支持中文操作界面,可人機(jī)交互；

5、能提供監(jiān)測系統(tǒng)SDK軟件開發(fā)包，并能滿足二次開發(fā)。

此外，結(jié)合GNSS技術(shù)對橫坡坡體進(jìn)行監(jiān)測，可以實時掌握橫坡的瞬時變形情況，通過在橫坡段布設(shè)幾條地表位移監(jiān)測斷面，每條斷面設(shè)置幾個地表位移監(jiān)測點，并在坡頂?shù)鼗€(wěn)固地段布設(shè)1套基準(zhǔn)站，可以觀測斜坡地表變形情況。GNSS系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有很高的穩(wěn)定性，GNSS技術(shù)可以提供高精度的管道橫坡監(jiān)測數(shù)據(jù)，幫助用戶及時了解管道的狀態(tài)，預(yù)防意外事故的發(fā)生。

三、方案示意圖

四、方案功能特點

1）可直接獲得管道本體截面上的三點應(yīng)變數(shù)據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)全面、準(zhǔn)確；

2）監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)有效性高，可提供管道完整性危害的實時信息；

3）專有的監(jiān)測軟件確保對檢測到的事件進(jìn)行智能分析，建立有效的通信預(yù)警，并最小化誤報；

4）同時具備光纖分布式的優(yōu)點和截面三點式傳感器直接測量和三維測量的優(yōu)點。

5）結(jié)合GNSS技術(shù)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性高，可以及時幫助客戶發(fā)現(xiàn)橫坡變形風(fēng)險。

五、主要監(jiān)測設(shè)備

1）長距離分布式光纖解調(diào)儀Vision DITEST

2）應(yīng)變傳感光纜SMC

3）GNSS地表位移監(jiān)測站