一、背景闡述

        由于地下水的長期超量開采，中國成為世界上超采地下水嚴(yán)重的國家之一，地面沉降面積大、類型復(fù)雜、危害多樣。地面沉降對環(huán)境、居民生活、工程建設(shè)的危害愈演愈烈，嚴(yán)重制約著社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

       另一方面城鎮(zhèn)馬路上載重車輛的輾壓，會引起地下管道管線受力變形，導(dǎo)致管體或者焊縫開裂而發(fā)生泄漏。管道泄漏帶走泥沙淘空地基，是引發(fā)路面沉降塌陷的主要原因；各種無序甚至非法施工，是導(dǎo)致地下空間結(jié)構(gòu)受損、路面塌陷沉降的次要原因。同時，由于地面塌陷，又會反過來加劇事故，導(dǎo)致管道斷裂、爆管、爆炸，人防工程、地鐵、隧道等地下空間結(jié)構(gòu)受損，造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，并引發(fā)次生災(zāi)害和環(huán)境污染，尤其是在城市和人口密集的城鎮(zhèn)地區(qū)。

二、系統(tǒng)概述

       無論何種原因引起的地面沉降，在某種意義上，控沉也就是防沉，防沉是否有效與監(jiān)測直接相關(guān)，而預(yù)防路面（地面）沉降必須有完善的監(jiān)測設(shè)施，配套的監(jiān)測方法。

      杭州邁煌科技有限公司提供的基于分布式光纖傳感技術(shù)的路面沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)測馬路下面的管道泄漏、地下建筑物、地下水的長期超量開采引起的變形和沉降，提前預(yù)警路面塌陷。*實(shí)現(xiàn)了自動數(shù)據(jù)采集、有線或無線數(shù)據(jù)傳輸、自動數(shù)據(jù)處理及AI分析計(jì)算功能，在全國處于先進(jìn)水平。該系統(tǒng)符合《DZT0283-2015地面沉降調(diào)查與監(jiān)測規(guī)范》。

三、針對管道泄漏和地下空間沉降監(jiān)測預(yù)警解決方案

3.1、老舊管道泄漏的解決方案

采用準(zhǔn)分布式光纖聲波偵聽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)泄漏監(jiān)測和爆管預(yù)警。光纖水聽器一般采用Michelson干涉儀結(jié)構(gòu)，由光纖耦合器、傳感臂光纖、參考臂光纖、反射鏡組成。光纖水聽器探測管道泄露次聲信號的精度較高。

1）系統(tǒng)優(yōu)勢

靈活機(jī)動：適用于既有在線運(yùn)行的管線全線或者高后果區(qū)（局部區(qū)域）的泄漏、爆管監(jiān)測和開挖破壞預(yù)警；

安裝便捷：無需全線開挖，在待監(jiān)測區(qū)域每隔500～1000米（根據(jù)管線材質(zhì)、管徑、輸送介質(zhì)、運(yùn)行壓力確定），在管道上方開挖lm*lm的土坑，在管道表面粘貼 （不破壞管道外防腐層、不開焊、不動火）光纖水聽器；

組網(wǎng)方便：可采用既有／新建光纜、也可用無線4G/5G網(wǎng)絡(luò)傳輸信號；

節(jié)約投資：系統(tǒng)可根據(jù)需要局部監(jiān)測；還可以更換地點(diǎn)重復(fù)使用；

2）性能指標(biāo)：

水聽器工作頻率：10Hz-2.5kHz;

水聽器典型布置間距：≧300～1000m；

聲壓傳感器靈敏度：≧ -150dB;

動態(tài)范圍：100dB；

報(bào)警準(zhǔn)確率：≧97%;

定位精度：小于50m(或兩只相鄰傳感器之間距離的7%) ;

單套理論可監(jiān)測距離：> 100Km。

3.2、針對新建管道泄漏的解決方案

在新建管道時同步建設(shè)分布式光纖傳感監(jiān)測系統(tǒng)，是管道安全健康狀態(tài)監(jiān)測的zuijia選擇之一。在管道安裝過程中，同步在管道外壁敷設(shè)微振動傳感光纜，單端連接分布式光纖振動信號解調(diào)主機(jī)，即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時分布式管道泄露監(jiān)測和爆管及第三方開挖破壞預(yù)警。

1）對于方便施工人員進(jìn)入的大口徑管道，建議在管道內(nèi)壁敷設(shè)傳感光纜，優(yōu)點(diǎn)如下：

• 高強(qiáng)度的管道本體可以很好的保護(hù)脆弱的傳感光纜；

• 管道內(nèi)環(huán)境噪聲相對較小，光纜采集的信號更準(zhǔn)確；

• 管道內(nèi)施工光纜可以排除交叉、跳躍施工、惡劣天氣和環(huán)境因素的干擾，施工方便、快捷；

• 管道的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于25年，管道內(nèi)敷設(shè)光纜便于全線更換到期老化的光纜;

2）主要性能指標(biāo)：

測量距離：單向≧50km , 雙向≧100Km;

定位精度：<10米；

響應(yīng)時間：<3秒；

誤報(bào)率：<5%;

漏報(bào)率：≦1.0%

故障報(bào)警：光纜斷裂后系統(tǒng)自動報(bào)警并定位故障點(diǎn)位置。

數(shù)據(jù)存儲：報(bào)警數(shù)據(jù)記錄、查詢功能

報(bào)警信號輸出：通過RS232、RJ45接口以及繼電器輸出、網(wǎng)絡(luò)傳輸；

3.3、針對地下空間結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警解決方案

無序甚至非法的施工，如開挖、打樁、定向鉆、盾構(gòu)，會嚴(yán)重危及人防工程、地鐵、隧道、管廊等地下結(jié)構(gòu)安全。采用以上分布式光纖振動傳感技術(shù)，在地下結(jié)構(gòu)物內(nèi)壁敷設(shè)振動傳感光纜，實(shí)現(xiàn)對第三方施工引發(fā)的振動信號的實(shí)時分布式監(jiān)測，并發(fā)出及時預(yù)警和定位。

3.4、針對地下空間結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)監(jiān)測預(yù)警解決方案

路面車輛輾壓、地面建筑物占壓、設(shè)計(jì)、施工及材料存在的瑕疵、地下水的影響、地展、采空區(qū)沉降等諸多因素，會導(dǎo)致地下空間結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降和變形塌陷。采用分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)通過對地鐵、隧道、管廊的沉降和變形監(jiān)測可實(shí)現(xiàn)地面塌陷預(yù)警。