CN213748552U - 一种滑坡区管道变形监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种滑坡区管道变形监测系统，包括滑坡稳定性监测模块、滑坡支护体监测模块、环境参量监测模块、管道应变监测模块和光纤光栅解调仪；滑坡稳定性监测模块、滑坡支护体监测模块、环境参量监测模块和管道应变监测模块使用若干个光纤光栅传感器监测管道变形及管道所处滑坡区的滑坡灾害情况；滑坡稳定性监测模块、滑坡支护体监测模块、环境参量监测模块和管道应变监测模块通过传输光纤与光纤光栅解调仪连接。本实用新型可远程实时监测管道设置的滑坡区岩土体变形的核心参量，具有引线少、抗干扰、耐腐蚀、测量操作方便、易于管理的优点。

Description

一种滑坡区管道变形监测系统

技术领域

本实用新型属于管道监测技术领域，具体涉及一种滑坡区管道变形监测系统。

背景技术

石油与天然气的安全运输是国家经济发展和人民物质生活的命脉，管道作为油气运输的主要方式其自身安全性问题显得尤为重要。近年来，由于我国油气资源地区分布不平衡，建立了一大批长距离的输油管道，其中有大量管道穿越山区。穿越山区的管道受到滑坡等地质灾害的威胁，因此及时、准确、高效地获取管道及沿线地质灾害的监测信息十分重要，从而对油气管道安全监测及沿线临危地质体监测技术手段提出了更高的要求。

针对管道的安全监测，目前采用的监测方法主要是管道内检测技术，这种技术是指在不影响油气管道输送条件下，通过使用智能检测设备完成对管道存在缺陷的检测，并对所发现的缺陷进行适用性评价以进行科学合理的维修。当前国内外所应用的智能检测器主要以漏磁检测技术(MFL)和超声检测技术(UT)为典型代表，经过近40多年的发展，得到了工业界的广泛应用。但这些技术通常无法做到长期实时长距离的检测，缺乏预警的功能，而且受到电磁场的干扰，其测量精度和适应性也受到较大影响。

针对滑坡表面变形监测，最为常见的方法有如红外测距仪、经纬仪、水准仪、全站仪、GPS等，目前使用最为成熟广泛的是GPS监测，在西气东输工程忠武输气管道中，陈珍等运用HD8200G单频GPS接收机监测滑坡，高性能配置的GPS水平定位精度可达毫米级,可用于崩塌、滑坡的位移监测。但此类方法受场地等条件的约束，实时性较差，无法满足长期监测的需要。在滑坡内部，传统方法主要采用在边坡支护体中植入电阻式应变计、振弦式应变计等方式，但这些传感器存在不耐腐蚀、易受电磁干扰等问题。

因此，急需一种具备实时、长距离、稳定监测能力的滑坡区管道变形监测系统。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种滑坡区管道变形监测系统，该滑坡区管道变形监测系统可远程实时监测管道设置的滑坡区岩土体变形的核心参量，具有引线少、抗干扰、耐腐蚀、测量操作方便、易于管理的优点。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种滑坡区管道变形监测系统，包括滑坡稳定性监测模块、滑坡支护体监测模块、环境参量监测模块、管道应变监测模块和光纤光栅解调仪；滑坡稳定性监测模块、滑坡支护体监测模块、环境参量监测模块和管道应变监测模块使用若干个光纤光栅传感器监测监测管道变形及管道所处滑坡区的滑坡灾害情况；滑坡稳定性监测模块、滑坡支护体监测模块、环境参量监测模块和管道应变监测模块通过传输光纤与光纤光栅解调仪连接；滑坡稳定性监测模块用于监测滑坡区不同深度的土层变形量和位移量；滑坡支护体监测模块用于监测管道及滑坡区支护设施的变形量和应变力；环境参量监测模块用于监测滑坡区不同深度的土层温度、含水层的孔隙水压力以及滑坡区周围水体的水位；管道应变监测模块用于监测管道轴向的应变力和应变值；光纤光栅解调仪接收并解算滑坡稳定性监测模块、滑坡支护体监测模块、环境参量监测模块、管道应变监测模块传输的信号。

优选的，滑坡稳定性监测模块包括光纤光栅位移计、光纤光栅测斜管和光纤光栅定点光缆；光纤光栅位移计设置在滑坡区不同深度土层中，各光纤光栅位移计通过光缆串联以检测滑坡区各土层变形量；光纤光栅测斜管设置在滑坡区基岩面以下用于监测滑坡区深部土体水平位移；光纤光栅定点光缆固定在滑坡区表面沿滑坡区主滑方向的两坡表固定物之间用于监测滑坡区沿坡表方向的变形量。

优选的，滑坡支护体监测模块包括光纤光栅土压力盒、光纤光栅钢筋应力计、光纤光栅锚索测力计和光纤光栅埋入应变计，光纤光栅土压力盒设置于管道两侧，用于监测管道壁土体的压力；滑坡支护设施包括桩体；桩体包括钢筋，钢筋包括锚杆和钢筋笼；光纤光栅钢筋应力计焊接在钢筋笼和锚杆上，光纤光栅钢筋应力计用于测量钢筋的应变力；光纤光栅锚索测力计用于测量锚杆的锚头的应变力；光纤光栅埋入应变计绑扎在钢筋笼上，用来测量桩体内变形量和应变力。

优选的，环境参量监测模块包括光纤光栅渗压计、光纤光栅液位计和光纤光栅温度计，光纤光栅渗压计、光纤光栅液位计、光纤光栅温度计设置在不同深度土层中分别用于监测滑坡区不同深度土层的温度、水位和含水层的孔隙水压力。

优选的，管道应变监测模块包括光纤光栅串，光纤光栅串沿管道表面轴向设置用于监测管道轴向应变力和应变值。

优选的，还包括监控主机，监控主机通过无线远程传输网络接收光纤光栅解调仪传输的数据并进行数据处理。

优选的，各光纤光栅传感器一端熔接引线互相串联连接，各光纤光栅传感器另一端熔接跳线连接光纤光栅解调仪。

优选的，无线远程传输网络为3G或4G移动通信网络。

优选的，所述光纤光栅解调仪包括温度控制系统，所述温度控制系统包括温度控制电路、温度传感器和温度调节装置。

优选的，所述温度传感器与所述温度控制电路相耦合，所述温度调节装置与所述温度控制电路相耦合，所述温度传感器包括一组温度传感器，所述温度调节装置包括制冷加热器，所述制冷加热器为半导体制冷器。

本实用新型基于光纤布拉格光栅传感原理、利用各类光纤光栅传感器植入管道和管道设置的滑坡区土体、结构体中监测应力、应变、温度和含水率，以测量滑坡区岩土体变形核心参量，监测滑坡地区埋地输油管道变形情况，有效预警地质灾害及管道破坏情况，提升滑坡区输油管道监测的技术水平。

光纤光栅传感器较常规电测类传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、长距离传输、易于组网、长期稳定性好等优势，在工程检测与监测中得到了广泛应用。

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)技术是一种准分布式光纤监测技术，它通过复用技术可将多个FBG串在同一根光纤上，形成监测网络。FBG感测原理是利用光纤中反射光波长变化量和光纤轴向应变或环境温度之间的线性关系来实现传感，该关系可以表示为：

式中，Δλ为FBG波长变化量，ε为光纤轴向应变，ΔT为温度变化，P_e为光纤的弹光系数，α为光纤热膨胀系数，ξ为光纤的热光系数。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的滑坡区管道综合监测系统兼具滑坡灾害和管道变形监测的功能，不仅可以即时地反映滑坡体的稳定性，还可全面监测管道的受力变形状态，实现了滑坡区管道变形的多参量监测。光纤光栅传感监测技术可对岩土体变形、温度、支护抗滑桩、锚固体受力、地下水位变化等进行全面定期监测，运用多种指标进行判别和预警，降低了单一因素导致的误报警概率，提升了应用价值和推广前景；

本实用新型中各类光纤光栅传感器小巧灵活，易于植入各类岩土体、结构体中，降低了大规模开挖铺设的成本；光纤光栅传感器高灵敏度的特点提升了测量数据的分辨力和精确性；光纤光栅传感器采用光作为传输媒介，不受电磁场等外界因素干扰，提升了监测的长期性和稳定性；各类光纤光栅传感器均可串联成网，减少了接线的数量，提高了测量的效率；

本实用新型的监测系统可结合地质灾害事件探测器及时对滑坡、滚石、坍塌及拉裂等事件进行探测，可实现远程自动化监测。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型功能模块结构示意图；

图2是本实用新型各部件设置示意图。

图中标记为：1、滑坡稳定性监测模块；11、光纤光栅位移计；12、光纤光栅测斜管；13、光纤光栅定点光缆；14、坡表固定物；2、滑坡支护体监测模块；21、光纤光栅土压力盒；22、光纤光栅钢筋应力计；23、光纤光栅锚索测力计；24、光纤光栅埋入应变计；3、环境参量监测模块；31、光纤光栅渗压计；32、光纤光栅液位计；33、光纤光栅温度计；4、管道应变监测模块；41、光纤光栅串；5、光纤光栅解调仪；6、光纤光栅传感器；7、管道；8、滑坡区；9、传输光纤；10、监控主机；11、无线远程传输网络。

具体实施方式

下面结合附图描述本实用新型的优选实施方式。

如图1、图2所示，一种滑坡区管道变形监测系统，包括滑坡稳定性监测模块1、滑坡支护体监测模块2、环境参量监测模块3、管道应变监测模块4和光纤光栅解调仪5；滑坡稳定性监测模块1、滑坡支护体监测模块2、环境参量监测模块3和管道应变监测模块4使用若干个光纤光栅传感器6监测管道7变形及管道7所处滑坡区8的滑坡灾害情况。滑坡稳定性监测模块1、滑坡支护体监测模块2、环境参量监测模块3、管道应变监测模块4通过传输光纤9与光纤光栅解调仪5连接。光纤光栅解调仪接收5并解算滑坡稳定性监测模块、滑坡支护体监测模块、环境参量监测模块和管道应变监测模块传输的信号。

具体的，滑坡稳定性监测模块1用于监测滑坡区8不同深度的土层变形量和位移量。滑坡稳定性监测模块1包括光纤光栅位移计11、光纤光栅测斜管12和光纤光栅定点光缆13。

光纤光栅位移计11设置在滑坡区8不同深度土层中，各光纤光栅位移计11通过光缆串联以监测滑坡区8各土层变形量。光纤光栅位移计11的设置方法是：利用在拟监测滑坡区8上的桩孔，将多个光纤光栅位移计11分别埋入监测目标地层中然后用光缆串联起来。

光纤光栅测斜管12设置在滑坡区8基岩面以下用于监测滑坡区8深部土体水平位移。光纤光栅测斜管12的设置方法是：在拟监测的滑坡区8上用地质钻孔沿滑坡体铅锤方向钻进工艺钻孔，钻孔深度延伸至基岩面下3～5m，钻孔清孔完成后下放光纤光栅测斜管，下放时调整导槽方向使光纤光栅测斜管12的方向朝向滑坡体滑动的方向，完成后回填M5水泥砂浆。多个光纤光栅测斜管12由一根光纤串联，该光纤的强度高于普通的光纤光栅串，因为普通的光纤光栅串刻写时需要剥去涂覆层，光纤光栅测斜管12使用的光纤刻写时不剥去涂覆层。

光纤光栅定点光缆13固定在滑坡区8表面沿滑坡区8主滑方向的两坡表固定物14之间用于监测滑坡区8沿坡表方向的变形量。光纤光栅定点光缆13通过测量两坡表固定物14之间的应变，计算得到两坡表固定物14之间的相对位移量，从而得到沿坡表方向的变形量。

具体的，滑坡支护体监测模块2用于监测管道7及滑坡区支护设施的变形量和应变力。滑坡支护体监测模块2包括光纤光栅土压力盒21、光纤光栅钢筋应力计22、光纤光栅锚索测力计23和光纤光栅埋入应变计24。滑坡支护设施包括桩体；桩体包括钢筋，钢筋包括锚杆和钢筋笼。

光纤光栅土压力盒21设置于管道7两侧，用于监测管道7管壁土体的压力。光纤光栅土压力盒21的设置方法是：沿管道7走向两侧开槽，深度与管道7埋深一致，布设两组光纤光栅土压力盒21，使光纤光栅土压力盒21的受力敏感面迎向滑坡区8滑动的方向，回填土体，这样位于上部的一组光纤光栅土压力盒21可测得滑坡区8土体对管体6的推力，下部的一组光纤光栅土压力盒21可测得管体6对滑坡区8土体的推力，两者的差值即可视为管体6对滑坡区8土体的抗滑力。

光纤光栅钢筋应力计22焊接在钢筋笼和锚杆上，用于测量钢筋的应变力。光纤光栅钢筋应力计22的设置方法是：将锚杆截断，在断点处安装，用来测量锚杆的内力；将光纤光栅钢筋应力计22焊接在钢筋笼上，用来测量桩体内力。

光纤光栅锚索测力计23用于测量锚杆的锚头的应变力。光纤光栅锚索测力计23的设置方法是：将锚杆截断，在锚头焊接安装。

光纤光栅埋入应变计24绑扎在钢筋笼上与钢筋笼一并浇筑且沿钢筋笼两侧对称布设，用来测量桩体内变形量和应变力。

具体的，环境参量监测模块3用于监测滑坡区8不同深度的土层温度、含水层的孔隙水压力以及滑坡区8周围水体的水位。环境参量监测模块3包括光纤光栅渗压计31、光纤光栅液位计32和光纤光栅温度计33。

光纤光栅渗压计31、光纤光栅液位计32和光纤光栅温度计33设置在不同深度土层中分别用于监测滑坡区8不同深度土层的温度、水位和含水层的孔隙水压力。光纤光栅渗压计31和光纤光栅液位计32的设置方法是：在拟监测的滑坡上用地质钻孔钻进工艺钻孔，钻孔深度至水位面以下，将光纤光栅渗压计31和光纤光栅液位计32放入不同的深度测量不同深度土层的孔隙水压力和水位。光纤光栅温度计33的设置方法是：在拟监测的滑坡区8上用地质钻孔钻进工艺钻孔，将光纤光栅温度计33放入不同深度测量地温场的变化。光纤光栅液位计32也可用于监测滑坡区8周围水体中的水位高度，如河流、冲沟等。

具体的，管道应变监测模块4用于监测管道7轴向的应变力和应变值。管道应变监测模块4包括光纤光栅串41，光纤光栅串41沿管道7表面轴向设置用于监测管道7轴向应变力和应变值。管道应变监测模块4由特制的光纤光栅串41构成，根据实际需求可以在同一根光纤上刻写多个光栅点，光栅点与光栅点之间的间隔也可定制。通过将光纤光栅串41沿管道7轴向铺设，可以实现对管道7的轴向应变监测。光纤光栅串41具体安装方法是：刮开管道7表面的防腐层，将管道7表面打磨光滑，按照实际要求的点位进行铺设，先用快干胶初步固定，再涂刷一层环氧树脂，静置24小时。光纤光栅串41沿管道7轴向黏贴在管道7表面，即可测得管道7轴向应变值，根据钢材弹性理论，已知应变和弹性模量就可求得应力。

具体的，还包括监控主机10，监控主机10通过无线远程传输网络101接收光纤光栅解调仪5传输的数据并进行数据处理。监控主机10可以是个人电脑。

具体的，各光纤光栅传感器6一端熔接引线互相串联连接，各光纤光栅传感器6另一端熔接跳线连接光纤光栅解调仪5。

具体的，无线远程传输网络101为3G或4G移动通信网络。

具体的，光纤光栅解调仪5可以是便携式解调仪以用于现场分析解算监测，光纤光栅解调仪5也可以是多通道的光纤光栅网络分析仪用于集中远程分析解算监测。

具体的，所述光纤光栅解调仪5包括温度控制系统，所述温度控制系统包括温度控制电路、温度传感器和温度调节装置，所述温度传感器与所述温度控制电路相耦合，所述温度调节装置与所述温度控制电路相耦合，所述温度传感器包括一组温度传感器，所述温度调节装置包括制冷加热器，所述制冷加热器为半导体制冷器。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滑坡区管道变形监测系统，其特征在于，包括滑坡稳定性监测模块、滑坡支护体监测模块、环境参量监测模块、管道应变监测模块和光纤光栅解调仪；

所述滑坡稳定性监测模块、所述滑坡支护体监测模块、所述环境参量监测模块和所述管道应变监测模块使用若干个光纤光栅传感器监测监测管道变形及管道所处滑坡区的滑坡灾害情况；

所述滑坡稳定性监测模块、所述滑坡支护体监测模块、所述环境参量监测模块和所述管道应变监测模块通过传输光纤与所述光纤光栅解调仪连接；

所述滑坡稳定性监测模块用于监测滑坡区不同深度的土层变形量和位移量；

所述滑坡支护体监测模块用于监测管道及滑坡区支护设施的变形量和应变力；

所述环境参量监测模块用于监测滑坡区不同深度的土层温度、含水层的孔隙水压力以及滑坡区周围水体的水位；

所述管道应变监测模块用于监测管道轴向的应变力和应变值；

所述光纤光栅解调仪接收并解算所述滑坡稳定性监测模块、所述滑坡支护体监测模块、所述环境参量监测模块、所述管道应变监测模块传输的信号。

2.根据权利要求1所述的一种滑坡区管道变形监测系统，其特征在于，所述滑坡稳定性监测模块包括光纤光栅位移计、光纤光栅测斜管和光纤光栅定点光缆；所述光纤光栅位移计设置在滑坡区不同深度土层中，各所述光纤光栅位移计通过光缆串联以检测滑坡区各土层变形量；所述光纤光栅测斜管设置在滑坡区基岩面以下用于监测滑坡区深部土体水平位移；所述光纤光栅定点光缆固定在滑坡区表面沿滑坡区主滑方向的两坡表固定物之间用于监测滑坡区沿坡表方向的变形量。

3.根据权利要求1所述的一种滑坡区管道变形监测系统，其特征在于，所述滑坡支护体监测模块包括光纤光栅土压力盒、光纤光栅钢筋应力计、光纤光栅锚索测力计和光纤光栅埋入应变计，所述光纤光栅土压力盒设置于管道两侧，用于监测管道壁土体的压力；所述滑坡支护设施包括桩体；所述桩体包括钢筋，所述钢筋包括锚杆和钢筋笼；所述光纤光栅钢筋应力计焊接在所述钢筋笼和所述锚杆上，所述光纤光栅钢筋应力计用于测量所述钢筋的应变力；所述光纤光栅锚索测力计用于测量所述锚杆的锚头的应变力；所述光纤光栅埋入应变计绑扎在所述钢筋笼上，用来测量所述桩体内变形量和应变力。

4.根据权利要求1所述的一种滑坡区管道变形监测系统，其特征在于，所述环境参量监测模块包括光纤光栅渗压计、光纤光栅液位计和光纤光栅温度计，所述光纤光栅渗压计、所述光纤光栅液位计、所述光纤光栅温度计设置在不同深度土层中分别用于监测滑坡区不同深度土层的温度、水位和含水层的孔隙水压力。

5.根据权利要求1所述的一种滑坡区管道变形监测系统，其特征在于，所述管道应变监测模块包括光纤光栅串，所述光纤光栅串沿管道表面轴向设置用于监测管道轴向应变力和应变值。

6.根据权利要求1所述的一种滑坡区管道变形监测系统，其特征在于，还包括监控主机，所述监控主机通过无线远程传输网络接收所述光纤光栅解调仪传输的数据并进行数据处理。

7.根据权利要求1所述的一种滑坡区管道变形监测系统，其特征在于，各所述光纤光栅传感器一端熔接引线互相串联连接，各所述光纤光栅传感器另一端熔接跳线连接所述光纤光栅解调仪。

8.根据权利要求6所述的一种滑坡区管道变形监测系统，其特征在于，所述无线远程传输网络为3G或4G移动通信网络。

9.根据权利要求1所述的一种滑坡区管道变形监测系统，其特征在于，所述光纤光栅解调仪包括温度控制系统，所述温度控制系统包括温度控制电路、温度传感器和温度调节装置。

10.根据权利要求9所述的一种滑坡区管道变形监测系统，其特征在于，所述温度传感器与所述温度控制电路相耦合，所述温度调节装置与所述温度控制电路相耦合，所述温度传感器包括一组温度传感器，所述温度调节装置包括制冷加热器，所述制冷加热器为半导体制冷器。

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