CN110926733A - 基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，包括以下步骤：i.沿隧道渗漏水风险点预埋自加热光缆，所述自加热光缆包括加热铜丝和温敏光纤；ii.自加热光缆连接至分布式测温光纤解调仪和加热控制设备；iii.分布式测温光纤解调仪和加热控制设备连接至计算机；iv.计算机控制自加热光缆进行恒功率加热；v.计算机根据光缆沿线升温速率判断漏水点位置。本发明将温敏光纤和加热铜丝封装后便于施工期间的预埋安装，加热控制设备和计算机则保证了加热能耗可控和监测工作的自动化，运营期监测成本较人工巡检大大降低。
Description
技术领域
本发明涉及铁路隧道工程领域，具体是一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法。
背景技术
随着我国铁路事业的发展，隧道工程数量也在不断增多，由于隧道建设期间勘察、设计、施工缺陷以及运营期结构维护不利等因素造成的隧道结构渗漏水已经成为了铁路隧道安全运营的重大威胁。隧道渗漏水除了会造成衬砌背后脱空、钢筋腐蚀等结构性危害外，还会影响隧道内带电设备的正常工作，引发短路等问题，必须引起铁路运营单位的足够重视。
隧道渗漏水多发生于施工缝、变形缝、伸缩缝处以及拱顶浇筑质量差的部位等，目前铁路运营单位对于隧道渗漏的监测主要天窗时间人员巡检的方式，人工成本高，监测效率低，分布式传感技术的发展为铁路隧道渗漏水自动化监测带来了可能。
目前国内外已经研发出了准分布式的渗漏水感测元件和基于铠装层湿敏力学特性的分布式渗漏水感测线缆，其中，准分布式渗漏水感测元件虽然可以通过提高元件布设数量接近分布式监测的效果，但是其成本较高，多应用于渗漏水高风险点的短期监测。基于铠装层湿敏力学特性的分布式渗漏水感测技术使用带有湿敏力学特性的铠装层包裹感测光纤，在渗漏水发生时铠装层发生应变，带动内部感测光缆变形，通过分布式光纤应变传感技术间接感测出渗漏水发生位置，但是这种技术中铠装层在干湿交替工况下的感测精度和可靠性难以保证，适用于一次性报警，难以胜任隧道全生命周期渗漏水感测。
目前国内暂无铁路隧道通过施工期预埋感测元件实现运营期长距离渗漏水分布式感测的工程实例，因此需要提出针对性的，具有可实施性的铁路隧道渗漏水分布式感测方法。
发明内容
本发明就是为了解决上述技术问题，所提供了一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法。
本发明是按照以下技术方案实现的。
一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，包括以下步骤：
i.沿隧道渗漏水风险点预埋自加热光缆，所述自加热光缆包括加热铜丝和温敏光纤；
ii.自加热光缆连接至分布式测温光纤解调仪和加热控制设备；
iii.分布式测温光纤解调仪和加热控制设备连接至计算机；
iv.计算机控制自加热光缆进行恒功率加热；
v.计算机根据光缆沿线升温速率判断漏水点位置。
进一步的，步骤i中沿隧道渗漏水风险点布设自加热光缆，自加热光缆预埋于隧道结构内或嵌入变形缝中。
进一步的，所述隧道渗漏水风险点为拱顶、拱脚、变形缝、施工缝处。
进一步的，步骤ii中将自加热光缆中的温敏光纤连接至分布式测温光纤解调仪，自加热光缆中的加热铜丝连接至加热控制设备。
进一步的，步骤iii中将分布式测温光纤解调仪和加热控制设备分别通过无线网卡和rs232接口连接至计算机，通过受激布里渊时域分析技术中的相关公式将温敏光纤光信号波长转化并输出为光纤沿线温度分布情况。
进一步的，步骤iv中计算机控制加热控制设备，为自加热光缆中的加热铜丝供电，使其加热升温，加热功率恒定且持续一定时间。
进一步的，步骤v中计算机对分布式测温光纤解调仪采传输的数字化光信号进行解析，获得自加热光缆沿线的升温速率分布情况，将升温速率明显慢于周边区段的位置判断为漏水点或漏水区域，输出报警。
本发明获得了如下的有益效果。
本发明通过将温敏光纤、加热铜丝封装为自加热光缆，利用隧道衬砌混凝土渗漏水区域比热容增大，恒功率加热下升温速率慢的特性，实现了隧道运营期渗漏水长距离分布式监测。温敏光纤和加热铜丝封装后便于施工期间的预埋安装，加热控制设备和计算机则保证了加热能耗可控和监测工作的自动化，运营期监测成本较人工巡检大大降低。
附图说明
图1 是本发明方法的流程图；
图2 是本发明监测系统构成示意图。
其中：1.自加热光缆； 2.加热铜丝；
3.温敏光纤； 4.加热控制设备；
5.分布式测温光纤解调仪； 6.计算机。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
如图1、2所示，一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，包括以下步骤：
i.沿隧道渗漏水风险点预埋自加热光缆1
沿隧道渗漏水风险点（拱顶、拱脚、变形缝、施工缝）布设带有加热铜丝2和温敏光纤3的自加热光缆1，自加热光缆1预埋于隧道结构内或嵌入变形缝中。
ii.自加热光缆连接至分布式测温光纤解调仪5和加热控制设备4
将自加热光缆1中的温敏光纤3连接至分布式测温光纤解调仪5，将自加热光缆1中的加热铜丝2连接至加热控制设备4。
iii.分布式测温光纤解调仪5和加热控制设备4连接至计算机6
将分布式测温光纤解调仪5和加热控制设备4分别通过无线网卡和rs232接口连接至计算机6，通过受激布里渊时域分析技术中的相关公式将温敏光纤光信号波长转化并输出为光纤沿线温度分布情况。
iv.计算机6控制自加热光缆1进行恒功率加热
计算机6控制加热控制设备4为自加热光缆1中的加热铜丝2供电，使其加热升温，加热功率恒定且持续一定时间。
v.计算机6根据光缆沿线升温速率判断漏水点位置
计算机6对分布式测温光纤解调仪5采传输的数字化光信号进行解析，获得自加热光缆1沿线的升温速率分布情况，将升温速率明显慢于周边区段的位置判断为漏水点或漏水区域，输出报警。
实施例1
某新建高速铁路隧道，本发明实施段落里程为DK49+430~DK51+430，共2km，DK50+430处有由隧道直通地面的疏散竖井，疏散竖井内设有设备用房。
一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，包括以下步骤：
（i）沿隧道渗漏水风险点预埋自加热光缆1
针对实施对象本身为明挖法高速铁路隧道的特点，判断线路左右线正上方拱顶以及隧道变形缝位渗漏水重要风险点，在施工过程中将自加热光缆1预埋于拱顶左右线正上方，并嵌入变形缝内。预埋安装范围为DK49+430~DK51+430，共2km，其中包括40个变形缝。
（ii）自加热光缆1连接至分布式测温光纤解调仪5和加热控制设备4
将自加热光缆1引入DK50+430处疏散竖井中，其中的温敏光纤3连接至分布式测温光纤解调仪5，加热铜丝2连接至加热控制设备4。
（iii）分布式测温光纤解调仪5和加热控制设备4连接至计算机6
在疏散竖井内设备专用机房放置计算机6、分布式测温光纤解调仪5和加热控制设备4，其中分布式测温光纤解调仪5和加热控制设备4连接至计算机6。
（iv）计算机6控制自加热光缆1进行恒功率加热
计算机6控制加热控制设备4对自加热光缆1中的加热铜丝2供电，自加热光缆1全线恒功率加热，根据测线长度和分布式测温精度，全线加热总功率约10kw，全线自加热光缆1升温5℃约需要10分钟。
（v）计算机6根据光缆沿线升温速率判断漏水点位置
分布式测温光纤解调仪5在自加热光缆1升温的过程中对温敏光纤3沿线温度进行实时感测，并将感测数据传输至计算机，计算机将自加热光缆沿线各点的温度、监测时间记录，形成沿测线的升温速率分布图，将升温速率明显低于周边区域的判定为渗漏水发生点并报警。
通过以上步骤，便可在运营期对隧道渗漏水进行长距离、分布式、自动化的监测，监测结果具有较高的可信度，且监测系统可靠性强。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
i.沿隧道渗漏水风险点预埋自加热光缆，所述自加热光缆包括加热铜丝和温敏光纤；
ii.自加热光缆连接至分布式测温光纤解调仪和加热控制设备；
iii.分布式测温光纤解调仪和加热控制设备连接至计算机；
iv.计算机控制自加热光缆进行恒功率加热；
v.计算机根据光缆沿线升温速率判断漏水点位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，其特征在于：步骤i中沿隧道渗漏水风险点布设自加热光缆，自加热光缆预埋于隧道结构内或嵌入变形缝中。
3.根据权利要求2所述的一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，其特征在于：所述隧道渗漏水风险点为拱顶、拱脚、变形缝、施工缝处。
4.根据权利要求1所述的一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，其特征在于：步骤ii中将自加热光缆中的温敏光纤连接至分布式测温光纤解调仪，自加热光缆中的加热铜丝连接至加热控制设备。
5.根据权利要求1所述的一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，其特征在于：步骤iii中将分布式测温光纤解调仪和加热控制设备分别通过无线网卡和rs232接口连接至计算机，通过受激布里渊时域分析技术中的相关公式将温敏光纤光信号波长转化并输出为光纤沿线温度分布情况。
6.根据权利要求1所述的一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，其特征在于：步骤iv中计算机控制加热控制设备，为自加热光缆中的加热铜丝供电，使其加热升温，加热功率恒定且持续一定时间。
7.根据权利要求1所述的一种基于自加热光缆的铁路隧道渗漏长距离分布式监测方法，其特征在于：步骤v中计算机对分布式测温光纤解调仪采传输的数字化光信号进行解析，获得自加热光缆沿线的升温速率分布情况，将升温速率明显慢于周边区段的位置判断为漏水点或漏水区域，输出报警。
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