管道三維變形監(jiān)測(cè)

一、方案背景

管道進(jìn)行選線(xiàn)時(shí)，應(yīng)盡量?jī)?yōu)先選擇順著地勢(shì)坡度、順應(yīng)地形地貌的方向來(lái)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(xiàn)中可能會(huì)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(cè)是管道工程安全監(jiān)測(cè)中最基礎(chǔ)、最重要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容之一。分布式光纖傳感技術(shù)具有分布式、長(zhǎng)距離、實(shí)時(shí)高精度等特點(diǎn)，已在管道工程領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用?；诜植际焦饫w的管道本體三維變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在管道外壁的三個(gè)方向上粘貼光纖，可以直接獲得管道本體截面上的三點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)，從而能夠計(jì)算出管道三維變形和截面受力狀況，具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更全面、更準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。GNSS技術(shù)是一個(gè)非常有效的形變監(jiān)測(cè)技術(shù)，GNSS與其它傳感器結(jié)合用于形變監(jiān)測(cè)已形成了趨勢(shì)，結(jié)合該技術(shù)可以更好對(duì)橫坡敷設(shè)的管道變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

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(diǎn)、9點(diǎn)、12點(diǎn)方向，在管道長(zhǎng)度方向上來(lái)回纏繞，通過(guò)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(cè)主機(jī)，能夠同時(shí)獲得這三條光纖沿線(xiàn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)。采取此種方式可以直接測(cè)量管道的應(yīng)變，通過(guò)三點(diǎn)應(yīng)變采集的方式可以從截面上三點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)得到這個(gè)截面的應(yīng)力信息和這個(gè)截面中心點(diǎn)的撓度，從而測(cè)量管道的“三維變形”。

用于監(jiān)測(cè)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(shí)，用PP/PE膠水在光纜路徑上點(diǎn)刷，將光纜通過(guò)點(diǎn)刷的膠水臨時(shí)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(shù)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(xiàng)目總覽”、“項(xiàng)目管理”、“賬戶(hù)管理”、“3D模型”、“系統(tǒng)首頁(yè)”、“應(yīng)力分析”、“截面受理查詢(xún)”、“預(yù)警管理”等頁(yè)面。通過(guò)管道本體監(jiān)測(cè)平臺(tái)，管道安全的管理者能夠及時(shí)、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(dòng)采集、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)手工分析、數(shù)據(jù)自動(dòng)分析、分析結(jié)果生成報(bào)告文檔、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢(xún)、報(bào)警顯示和分級(jí)、多事件識(shí)別、圖形用戶(hù)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(shí)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(cè)系統(tǒng)SDK軟件開(kāi)發(fā)包，并能滿(mǎn)足二次開(kāi)發(fā)。

此外，結(jié)合GNSS技術(shù)對(duì)橫坡坡體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)掌握橫坡的瞬時(shí)變形情況，通過(guò)在橫坡段布設(shè)幾條地表位移監(jiān)測(cè)斷面，每條斷面設(shè)置幾個(gè)地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并在坡頂?shù)鼗€(wěn)固地段布設(shè)1套基準(zhǔn)站，可以觀(guān)測(cè)斜坡地表變形情況。GNSS系統(tǒng)運(yùn)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(cè)數(shù)據(jù)，幫助用戶(hù)及時(shí)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(diǎn)

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

2）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連續(xù)有效性高，可提供管道完整性危害的實(shí)時(shí)信息；

3）專(zhuān)有的監(jiān)測(cè)軟件確保對(duì)檢測(cè)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(bào)；

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

5）結(jié)合GNSS技術(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，可以及時(shí)幫助客戶(hù)發(fā)現(xiàn)橫坡變形風(fēng)險(xiǎn)。

五、主要監(jiān)測(cè)設(shè)備

1）長(zhǎng)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(cè)站