管道三維變形監測

一、方案背景

管道進行選線時，應盡量優先選擇順著地勢坡度、順應地形地貌的方向來敷設管道，比如沿著山脊或沿谷地等方向。避免在橫坡的地方進行管道敷設，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的地方，橫坡地段地形復雜，管道受基礎沉降變形、環境變化等因素的影響，容易產生受彎變形。管道受彎變形監測是管道工程安全監測中最基礎、最重要的監測內容之一。分布式光纖傳感技術具有分布式、長距離、實時高精度等特點，已在管道工程領域有著廣泛應用?；诜植际焦饫w的管道本體三維變形監測系統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變數據，從而能夠計算出管道三維變形和截面受力狀況，具有監測數據更全面、更準確的優勢。GNSS技術是一個非常有效的形變監測技術，GNSS與其它傳感器結合用于形變監測已形成了趨勢，結合該技術可以更好對橫坡敷設的管道變形進行監測。

二、方案概述

在橫坡敷設段的管道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，接入分布式光纖應變監測主機，能夠同時獲得這三條光纖沿線的應變數據。采取此種方式可以直接測量管道的應變，通過三點應變采集的方式可以從截面上三點的應變數據得到這個截面的應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”。

用于監測的光纖可以是緊套纖或者鎧裝結構的光纜。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。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，之后使用定制的環氧樹脂膠均勻涂刷在光纜路徑上。

系統的數據采集、分析和展示集中在云服務器的網站中，分為“企業管理”、“項目總覽”、“項目管理”、“賬戶管理”、“3D模型”、“系統首頁”、“應力分析”、“截面受理查詢”、“預警管理”等頁面。通過管道本體監測平臺，管道安全的管理者能夠及時、準確地掌握管道本體的狀態、撓度及應力值。

軟件功能：

1、具有數據手工錄入、批量導入以及系統自動采集、數據導出、數據手工分析、數據自動分析、分析結果生成報告文檔、數據存儲、數據查詢、報警顯示和分級、多事件識別、圖形用戶界面、遠程修改等功能；

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

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，可設置彎曲撓度預警閾值；

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

5、能提供監測系統SDK軟件開發包，并能滿足二次開發。

此外，結合GNSS技術對橫坡坡體進行監測，可以實時掌握橫坡的瞬時變形情況，通過在橫坡段布設幾條地表位移監測斷面，每條斷面設置幾個地表位移監測點，并在坡頂地基穩固地段布設1套基準站，可以觀測斜坡地表變形情況。GNSS系統運行穩定，具有很高的穩定性，GNSS技術可以提供高精度的管道橫坡監測數據，幫助用戶及時了解管道的狀態，預防意外事故的發生。

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變數據，監測數據全面、準確；

2）監測系統連續有效性高，可提供管道完整性危害的實時信息；

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

4）同時具備光纖分布式的優點和截面三點式傳感器直接測量和三維測量的優點。

5）結合GNSS技術，系統運行穩定，可靠性高，可以及時幫助客戶發現橫坡變形風險。

五、主要監測設備

1）長距離分布式光纖解調儀Vision DITEST

2）應變傳感光纜SMC

3）GNSS地表位移監測站