專利名稱：管道滑坡表部位移監(jiān)測預警方法和系統(tǒng)及系統(tǒng)的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于光纖光柵的管道滑坡表部位移監(jiān)測預警方法和系統(tǒng)及系統(tǒng) 的構(gòu)建方法。涉及測量應(yīng)力及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
滑坡是指構(gòu)成斜坡的巖土體在重力作用下伴隨其下部軟弱面上的剪切作用過 程而產(chǎn)生整體運動現(xiàn)象?；聻?zāi)害是造成人類生命財產(chǎn)損失的地質(zhì)災(zāi)害的主要形 式之一。長距離輸油或輸氣管道輸送距離可達數(shù)千公里，穿越眾多地質(zhì)地貌單元， 常不可避免地要穿過地質(zhì)條件復雜的地區(qū)，如山區(qū)、凍土區(qū)等。因為選線的不充 分或管道建設(shè)誘發(fā)滑坡或地震誘發(fā)滑坡等原因，在山區(qū)敷設(shè)的管道有可能在活動 滑坡體內(nèi)通過，管道的安全運營遭受這些活動滑坡的嚴重威脅。這些有可能要威 脅管道安全的滑坡稱之為管道滑坡。
在過去四十年的管道運輸歷史中，以滑坡為主的地質(zhì)災(zāi)害曾多次造成管道事
故。歐洲天然氣管道事故數(shù)據(jù)小組(EGIG)調(diào)查的1970年到2001年的西歐管道 事故中，7%是由地質(zhì)災(zāi)害導致的；美國交通部統(tǒng)計的1984年到2001天然氣輸送 數(shù)據(jù)表明，8.5%的事故是由地質(zhì)災(zāi)害引起的；加拿大國家能源委員會調(diào)查顯示影 響加拿大運營的管道事故的12%是地質(zhì)災(zāi)害導致的。1987年3月由地震導致的巨 型滑坡使橫貫厄瓜多爾管道發(fā)生40km長的斷裂，停輸兩個星期，經(jīng)濟損失達7 億美元。1995年及1996年冬天，由于華盛頓西部的特強降雨誘發(fā)滑坡，導致美 國西北輸氣管線三處管道發(fā)生斷裂。
我國的管道工業(yè)正處在蓬勃發(fā)展之中，這些管道大多將我國西部豐富的石油 天然氣輸送到我國的東部，而我國的西部、西南部集中了我國大多數(shù)山地，管道 就不可避免地要穿越地質(zhì)災(zāi)害嚴重地區(qū)。忠武輸氣管道忠縣-宜昌409公里段處于 渝東鄂西山區(qū)，山峰層巒疊嶂、高差顯著，地形、地質(zhì)條件復雜，發(fā)育有多組地 質(zhì)災(zāi)害易發(fā)巖層，是滑坡、危巖崩塌的頻發(fā)地段。2003年建成投產(chǎn)的蘭成渝成品 油管道蘭州至廣元段，構(gòu)造活躍，巖性破碎，地形切割發(fā)育，投產(chǎn)后投入巨資用 于地質(zhì)災(zāi)害防治，但2007年的調(diào)查顯示威脅管道安全的地質(zhì)災(zāi)害仍有530處之多。 西氣東輸工程干線總長約4000公里，遭受各種地質(zhì)災(zāi)害嚴重威脅,其中查明的滑 坡災(zāi)害達39處之多。面對眾多的管道滑坡災(zāi)害，我國的管道運營公司經(jīng)常釆取積極的工程治理措 施，但這些措施也存在一些的弊端，首先是成本高，其次是防治工程也并非"一 勞永逸"，設(shè)計施工的不確定因素較多，再者治理的周期長。而監(jiān)測則是一種高效、 低成本的防治措施。意大利SNAM公司將監(jiān)測管道作為防治滑坡災(zāi)害的主要方式， 他們對管道進行了長達三十年的監(jiān)測，成功避免了大量的管道事故。我國的西氣 東輸、忠武線等管道投產(chǎn)后對滑坡也進行有效的監(jiān)測。
地表絕對變形包括大地測量技術(shù)和空天技術(shù)，前者有經(jīng)緯儀、測距儀、全站
儀、激光掃描技術(shù)(LIDAR),后者有全球定位系統(tǒng)(GPS)、合成孔徑雷達干涉技 術(shù)(InSAR)等。這些技術(shù)監(jiān)測滑坡的主要缺點是不能實現(xiàn)實時自動監(jiān)測，或者如 果實現(xiàn)了實時自動監(jiān)測，然而將貴重的自動監(jiān)測儀器放置在滑坡表部是不安全的， 可能被盜或被破壞。
分布式光纖技術(shù)已應(yīng)用于監(jiān)測滑坡變形，有兩種方式。 一種是不選任何物體 作為載體，光纖直接感受土體的變形，因為土體顆粒松散且容易大變形，這樣光 纖很難與土體協(xié)調(diào)變形，且局部土體的大變形容易破壞光纖。另一種方式是選構(gòu) 筑體作為載體，通過監(jiān)測構(gòu)筑體的變形間蘿反映滑坡的變形。通常的方法是選滑 坡治理工程的構(gòu)筑物作為載體，這種方法一般應(yīng)用于滑坡治理工程的效果監(jiān)測； 另外的方法是選取滑坡體上的已有的其他構(gòu)筑物(如自上而下的階梯)作為變形 載體，這種方法可操作性強，但監(jiān)測結(jié)果難以定量計算變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種空間分辨率高、成本低的管道滑坡表部位移監(jiān)測預 警方法和系統(tǒng)及系統(tǒng)的構(gòu)建方法。
本發(fā)明提出了 一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的管道滑坡表部位移監(jiān)測預警方法 和系統(tǒng)及其構(gòu)建方法。這種系統(tǒng)采用光纖光柵傳感技術(shù)，對滑坡表部位移、滑坡 對管道的推力監(jiān)測及管道應(yīng)變進行監(jiān)測。并構(gòu)建了監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時 自動釆集、遠程傳輸和自動分析。
光纖布喇格光柵(Fiber Bragg Grating, FBG,簡稱光纖光柵)是近20年來
迅速發(fā)展起來的微光學元件，是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏 性是指激光通過摻雜光纖時，光纖的折射率將隨光強的空間分布發(fā)生相應(yīng)變化的 特性。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其作用的實質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個窄 帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。
光纖光柵傳感是一種在由光纖刻制而成的波長選擇反射器，其背向反射光中心波長&與光柵周期A和纖芯折射率"':〃有關(guān)，即
々= 八
FBG光纖光柵傳感的基本原理是，當光柵周圍的溫度、應(yīng)變、應(yīng)力或其它待 測物理量發(fā)生變化時，將導致光柵周期或纖芯折射率的變化，從而使光纖光柵的 中心波長產(chǎn)生位移A^，通過檢測光柵波長的位移情況，即可獲得待測物理量的 變化情況。即
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式中&為應(yīng)變傳感靈敏度系數(shù)，^為光纖光柵溫度傳感靈敏度系數(shù)。
對于FBG纖芯為純石英的情況，^為lpmAie,、為10pm/。C。光纖材質(zhì)、 寫入工藝和封裝材料都會影響FBG的應(yīng)變和溫度傳感靈敏度系數(shù)，應(yīng)用前必須對 以上參數(shù)進行標定。
光纖光柵可制成各種傳感器件，在傳感領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的電傳感 器相比，光纖光柵傳感器具有自己獨特的優(yōu)點l.傳感頭結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重 量輕、外形可變，適合埋入各種大型結(jié)構(gòu)中，可測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變及結(jié) 構(gòu)損傷等，穩(wěn)定性、重復性好；2.與光纖之間存在天然的兼容性，易與光,纖連接、 光損耗低、光譜特性好、可靠性高；3.具有非傳導性，對被測介質(zhì)影響小，又具 有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點，適合在惡劣環(huán)境中工作；4.輕巧柔軟，可以在一 根光纖中寫入多個光柵，構(gòu)成傳感陣列，與波分復用和時分復用系統(tǒng)相結(jié)合，實 現(xiàn)分布式傳感；5.測量信息以波長編碼，因而光纖光柵傳感器不受光源的光強波 動、光纖連接與耦合損耗、光波偏振態(tài)變化等因素的影響，具較強的抗干擾能力； 6.高靈敏度、高分辯力。
與廣泛使用的布里淵光時域反射計BOTDR相比，光纖光柵傳感器的優(yōu)點有 l.對測量點能精確定位，分辨率高；2.成本低；3.能對傳感部分進行加工、封裝， 使其更適合現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。
由于這些優(yōu)點，在巖土工程領(lǐng)域中，光纖光柵傳感器很容易埋入巖土體中對 其內(nèi)部的應(yīng)變和溫度進行高分辨率和大范圍測量，技術(shù)優(yōu)勢非常明顯，尤其體現(xiàn) 在能獲得長期、可靠的巖土體變形數(shù)據(jù)。目前光纖光柵傳感技術(shù)還未用于滑坡的 表部位移或深部位移監(jiān)測。
本發(fā)明提出的基于光纖光柵傳感技術(shù)的管道滑坡表部位移監(jiān)測預警方法如圖 l所示，包括對滑坡表部位移監(jiān)測、滑坡對管道的推力監(jiān)測及管道應(yīng)變監(jiān)測三部 分?；卤聿课灰票O(jiān)測方法是在滑坡表部地下一定深度的垂直于滑坡變形方向
埋設(shè)一細長混凝土地梁2，并地梁2兩端固定約束，在混凝土地梁2中心鋼筋17 的軸向方向上粘貼串聯(lián)組成的傳感器組封裝裸地梁光纖光柵傳感器20，各傳感器 的引纖熔接后接至連接光纖;在地梁2的一端引出光纖光柵傳感器組的信號接頭; 將信號接頭與光纜5連接，通過光纜5將信號引到監(jiān)測站。在監(jiān)測站，上位計算 機8調(diào)用自編的程序，控制光纖光柵解調(diào)儀7，完成數(shù)據(jù)的實時自動采集；實現(xiàn) 在土體變形導致細長混凝土地梁2發(fā)生變形時，監(jiān)測地梁伸長變形的程度和位置。 其中
地梁光纖光柵傳感器20粘貼在鋼筋的軸向方向，是為獲取鋼筋的軸向應(yīng)變； 地梁光纖光柵傳感器20可采用等間距連接，在認為是滑坡13變形的關(guān)鍵區(qū)， 加密布置傳感器。
而滑坡表部位移對管道產(chǎn)生的影響，則還需測滑坡對管道的推力及管道的應(yīng)變。
滑坡對管道的推力監(jiān)測方法是用固定在管道上的封裝土壓力盒光纖光柵傳 感器氣測壓力；土壓力盒光纖光柵傳感器4通過土壓力盒支架21固定在管道14 上，并土壓力盒光纖光柵傳感器4感受壓力的敏感面朝向滑坡13的滑動方向。這 樣土壓力盒光纖光柵傳感器4測量的壓力就是滑坡13對管道l4的正面推力。
管道應(yīng)變監(jiān)測方法是:在滑坡13的兩側(cè)邊緣及滑坡的中心位置的管道14上， 均勻布置管道監(jiān)測截面，且監(jiān)測截面的間距不宜超過60m;在管道14的每個監(jiān)測 截面上均勻布置3個管體光纖光柵應(yīng)變傳感器3,監(jiān)測管道14軸向的應(yīng)變。
大量的研究表明，滑坡13對管道14作用應(yīng)力關(guān)鍵表現(xiàn)在軸向上，對管道14 軸向應(yīng)力的測量就能較好地判斷管道14的可接受應(yīng)力狀態(tài)。因此管體光纖光柵應(yīng) 變傳感器3僅測量管道軸向的應(yīng)變，基于鋼材彈性理論，已知應(yīng)變就可求出應(yīng)力。
按照上述的方法構(gòu)建的管道滑坡表部位移監(jiān)測預警系統(tǒng)電原理框圖如圖2所 示，是由滑坡表部位移監(jiān)測裝置、滑坡對管道的推力監(jiān)測裝置、管道應(yīng)變監(jiān)測裝 置、現(xiàn)場監(jiān)測站、辦公室的接收終端組成。以一定結(jié)構(gòu)形式安裝在滑坡內(nèi)或管道 上的現(xiàn)場滑坡表部位移監(jiān)測裝置的地梁應(yīng)變光纖光柵傳感器20、滑坡對管道的推 力監(jiān)測裝置的土壓力盒應(yīng)變光纖光柵傳感器4和管道應(yīng)變監(jiān)測裝置的管體應(yīng)變光 纖光柵傳感器3輸出分別接現(xiàn)場監(jiān)測站的自動光轉(zhuǎn)換開關(guān)6，自動光轉(zhuǎn)換開關(guān)6 輸出接光纖光柵解調(diào)儀7的輸入，另外上位計算機8的一端輸出接自動光轉(zhuǎn)換開 關(guān)6的一端輸入；光纖光柵解調(diào)儀7的輸出也接上位計算機8的輸入；上位計算機8的輸出接GPRS傳輸模塊9，由辦公室的接收終端GPRS接收模塊10接下位計 算機11的輸入，下位計算機11的輸出接報警器12和顯示器。
該系統(tǒng)的電原理如圖3所示，分別監(jiān)測滑坡表部位移、滑坡對管道的推力和 管道應(yīng)變的三個光纖光柵傳感器--地梁光纖光柵傳感器20、 土壓力盒光纖光柵傳 感器4、管體光纖光柵傳感器3的PC接頭用光纖與光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接， 光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的R232直接接上位計算機8的R232，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接 光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的CH1端，光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的LAN端口接上位 計算機8的LAN端口 ，上位計算機8的R232端口接GPRS傳輸模塊9西門子MC35i 的R232端口， GPRS傳輸模塊9經(jīng)天線GSM、 GPRS網(wǎng)絡(luò)，被GPRS接收模塊10天 線GSM接收后由R232接到下位計算機11的R232,下位計算機11的輸出由R232 接報警器12 DS-7400的R232，下位計算機11的輸出由VGA端接顯示器的VGA端。
監(jiān)測滑坡表部位移、滑坡對管道的推力和管道應(yīng)變的三種光纖光柵傳感器的 輸出信號經(jīng)逐一導通給光纖光柵解調(diào)儀7,光纖光柵解調(diào)儀7解調(diào)出各光纖光柵 傳感器的中心波長位移量輸給上位計算機8,光轉(zhuǎn)換開關(guān)6給光纖光柵解調(diào)儀7 導通信號的周期由上位計算機8控制,。上位計算機8自動計算出各監(jiān)測量輸給 GPRS傳輸模塊9并接受GPRS傳輸模塊9的信號進行控制，GPRS傳輸模塊9將上 位計算機8計算的各監(jiān)測量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的接受終端 GPRS接收模塊IO，也可接受接收終端的信號，發(fā)送給下位計算機ll處理后，由 顯示器顯示并由報警器12報警。
滑坡表部位移監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成如圖4-圖7所示。該裝置由中心有鋼筋的細長 混凝土地梁2和地梁光纖光柵傳感器20組成。在混凝土地梁2中心的鋼筋17上 粘貼串聯(lián)組成的傳感器組封裝裸地梁光纖光柵傳感器20 (見圖7)后，埋于地下
一定深度的垂直于滑坡變形方向的地槽中?；卤聿课灰票O(jiān)測的地梁光纖光柵傳 感器20輸出接光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸入，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接光纖光柵解調(diào)器7輸入， 光纖光柵解調(diào)儀7的輸出接現(xiàn)場上位計算機8。該裝置的地梁光纖光柵傳感器20 是由中心有鋼筋的細長混凝土地梁和光纖光柵傳感器組成，在混凝土地梁中心的 鋼筋上粘貼串聯(lián)組成的傳感器組封裝裸地梁光纖光柵傳感器20后，埋于地下一定 深度的垂直于滑坡變形方向的地槽中。
構(gòu)建方法是在滑坡地表上開挖出一條地槽，地槽的延伸方向垂直于滑坡13 變形方向。在地槽里澆注小石混凝土地梁2。在地梁2兩端的非滑坡區(qū)域，開挖 作業(yè)坑，用于澆注混凝土地錨19,從而固定混凝土地梁2的兩端。用焊接方式連
9接鋼筋17,鋼筋17的長度要能跨越監(jiān)測區(qū)的滑坡13寬度。在鋼筋17上粘貼封
裝裸地梁光纖光柵傳感器20，用泡沬密封膠密封。地梁光纖光柵傳感器20粘貼 在鋼筋17的軸向方向，以獲取鋼筋17的軸向應(yīng)變；釆用串聯(lián)的方式組成傳感器 組，各地梁光纖光柵傳感器20的引纖熔接后接至連接光纖；地梁光纖光柵傳感器 20可釆用等間距連接，在認為是滑坡變形的關(guān)鍵區(qū)，可加密布置地梁光纖光柵傳 感器20。在地梁2澆注一半高度時放置粘有地梁光纖光柵傳感器20的鋼筋17， 使鋼筋17處于混凝土地梁2的中心位置，然后繼續(xù)澆注另 一半混凝土。對混凝土 養(yǎng)護后回填地槽。澆注混凝土地錨19,地錨19內(nèi)的鋼筋籠與地梁鋼筋17良好搭 接，從而實現(xiàn)地梁2兩端固定約東。在地梁2的一端引出地梁光纖光柵傳感器20 組的信號接頭；將信號接頭與光纜5連接，通過光纜5將信號引到監(jiān)測站。
該裝置的監(jiān)測原理是(如圖6、圖7所示)，當滑坡13表面土體發(fā)生位移(變 形)時，土體變形導致混凝土地梁2發(fā)生變形，由于地梁2是細長構(gòu)件，地梁2 的變形以軸向伸長為主。地梁2的兩端埋設(shè)于滑坡區(qū)外的穩(wěn)定坡體中，這樣地梁 2的兩端受固定約束，可將地梁2的變形等同于簡支梁的變形問題，地梁2發(fā)生 伸長應(yīng)變的程度和位置就表現(xiàn)了滑坡13表部發(fā)生的變形的大小及位置。地梁2 發(fā)生伸長變形的程度和位置由地梁2中鋼筋17上的鋼筋光纖光柵傳感器20的應(yīng) 變值讀出。通過對應(yīng)變值進行二重積分，則可由光纖光柵傳感器應(yīng)變計算地梁2 的撓度，這一撓度即為滑坡表部位移。
滑坡對管道的推力監(jiān)測裝置的構(gòu)成如圖8所示，是滑坡13對管道14推力監(jiān) 測的土壓力盒光纖光柵傳感器4輸出接光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸入，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接 光柵解調(diào)儀7輸入，光柵解調(diào)儀的輸出接現(xiàn)場上位計算機8。而滑坡13對管道14 推力監(jiān)測的光纖光柵傳感器釆用光纖光柵封裝土壓力盒光纖光柵傳感器4; 土壓 力盒光纖光柵傳感器4通過土壓力盒支架21固定在管道14上，并土壓力盒光纖 光柵傳感器4感受壓力的敏感面朝向滑坡13的滑動方向。這樣土壓力盒光纖光柵 傳感器3測量的壓力就是滑坡13對管道14的正面推力。
該裝置單通道的電原理如圖3所示，滑坡13對管道14推力監(jiān)測的土壓力盒 光纖光柵傳感器4的PC接頭用光纖與光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接，光轉(zhuǎn)換開關(guān) 6的R232直接接上位計算機8的R232,光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接光纖光柵解 調(diào)儀7 SM125的CH1端，光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的LAN端口接上位計算機8的 L認端口。
滑坡對管道的推力監(jiān)測裝置的構(gòu)建方法如圖8所示，土壓力盒光纖光柵傳感器4通過土壓力盒支架21固定在管道14上，土壓力盒光纖光柵傳感器4感受壓 力的敏感面朝向滑坡13的滑動方向。這樣土壓力盒光纖光柵傳感器4測量的壓力 就是滑坡13對管道14的正面推力。土壓力盒支架21由兩塊圓弧形鋼板卡箍組成, 其中一段圓弧形鋼板上焊有底座，土壓力盒光纖光柵傳感器4嵌入底座中，并保 持一定的裕量，使土壓力盒能自由變形。土壓力盒支架21兩端的卡箍連接件23 通過螺帽連接。當滑坡13滑動時，滑坡13對土壓力盒的推力可通過土壓力盒光 纖光柵傳感器4測量，該測量值減去土壓力盒光纖光柵傳感器4承受的土體自重 壓力，即為滑坡13變形對管道14產(chǎn)生的推力。
管體應(yīng)力的監(jiān)測裝置的構(gòu)成如圖9、

圖10所示，是在滑坡的兩側(cè)邊緣及滑坡 的中心位置各布置一管道監(jiān)測截面，在管道14的每個監(jiān)測截面的外周均勻布置3 個管體光纖光柵傳感器3且3個管體光纖光柵傳感器3布置在與管道14軸線垂直 的平面上。管體光纖光柵傳感器3輸出接光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸入，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出 接光纖光柵解調(diào)儀7輸入，光纖光柵解調(diào)儀7的輸出接現(xiàn)場上位計算機8。
該裝置單通道的電原理如圖3所示，管體光纖光柵傳感器3的PC接頭用光纖 與光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的R232直接接上位計算機8的R232， 光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的CH1端，光纖光柵解調(diào)儀 7 SM125的LAN端口接上位計算機8的LAN端口 。
管體應(yīng)力的監(jiān)測裝置的構(gòu)建方法如圖9、圖10所示，在滑坡的兩側(cè)邊緣及滑 坡的中心位置各布置一管道監(jiān)測截面，且監(jiān)測截面的間距不宜超過60m。在管道 14的每個監(jiān)測截面的外周均勻布置3個管體光纖光柵傳感器3且3個管體光纖光 柵傳感器3布置在與管道14軸線垂直的平面上。安裝管體光纖光柵傳感器3時， 完全刮開管道14防腐層，并打磨管道14表面至光滑，用快干膠3粘貼管體光纖 光柵傳感器封裝24封裝好管體光纖光柵傳感器3。待三個管體光纖光柵傳感器3 全部粘貼好后，將管體光纖光柵傳感器3的引纖一并引至地面，并進行保護。
當管道14軸向承受拉/壓應(yīng)力時，三個管體光纖光柵傳感器3承受拉/壓應(yīng)變； 按照一定的算法，由該截面三處應(yīng)變，即可求出該管道14截面上最大應(yīng)變的大小 和位置?；阡摬膹椥岳碚摚纯汕蟪龉艿?4截面上最大的拉/壓應(yīng)力的大小。 監(jiān)測截面的選擇對監(jiān)測效果很重要。
大量的研究表明，滑坡13對管道14作用應(yīng)力關(guān)鍵表現(xiàn)在軸向上，對管道14 軸向應(yīng)力的測量就能較好地判斷管道14的可接受應(yīng)力狀態(tài)。因此，管體光纖光柵 傳感器3僅測量管道14軸向的應(yīng)變。現(xiàn)場監(jiān)測站設(shè)置在滑坡現(xiàn)場，包括光纖接線盒、連接光纜5、光轉(zhuǎn)換開關(guān)6、
光纖光柵解調(diào)儀7、上位計算機8、 GPRS傳輸模塊9;由各光纖光柵傳感器的光纖 接線盒和連接光纜5將滑坡13上各個位置的光纖光柵傳感器接到監(jiān)測站的光轉(zhuǎn)換 開關(guān)6,光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接光纖光柵解調(diào)儀7，光纖光柵解調(diào)儀7輸出接上位計 算機8，上位計算機8輸出接GPRS傳輸模塊9。各光纖光柵傳感器的光纖接線盒 和連接光纜5將滑坡13上各個位置的光纖光柵傳感器信號集中傳輸?shù)奖O(jiān)測站的光 轉(zhuǎn)換開關(guān)6，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6將各通道信號依次轉(zhuǎn)換給光纖光柵解調(diào)儀7，光纖光柵 解調(diào)儀7解調(diào)出各光纖光柵傳感器的中心波長位移量給上位計算機8，上位計算 機8自動計算出各監(jiān)測量輸給GPRS傳輸模塊9并接受GPRS傳輸模塊9的信號進 行控制，GPRS傳輸模塊9將上位計算機8計算的各監(jiān)測量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò) 傳輸?shù)轿挥谵k公室的接受終端，也可接受接收終端的信號，發(fā)送給下位計算機11。 其中
光轉(zhuǎn)換開關(guān)6:由于監(jiān)測滑坡和管道的光纖光柵傳感器很多，信號通道眾多， 無法一次連接到光纖光柵解調(diào)儀7上，用光特換開關(guān)6將各通道信號依次轉(zhuǎn)換給 光纖光柵解調(diào)儀7分析；該光轉(zhuǎn)換開關(guān)6選用巿銷產(chǎn)品；
光纖光柵解調(diào)儀7:用于解調(diào)出各光纖光柵傳感器的中心波長位移量；選用 巿銷產(chǎn)品；
上位計算機8及程序用于控制光纖光柵解調(diào)儀7解調(diào)的頻率，并將光纖光 柵解調(diào)儀7解調(diào)出的中心波長位移量自動計算出各監(jiān)測量，如滑坡的深部位移、 表部位移、管體最大應(yīng)變等，將監(jiān)測量發(fā)送給GPRS傳輸模塊9，并接受GPRS傳 輸模塊9的信號進行控制；上位計算機8選用巿銷產(chǎn)品，程序自編；
GPRS傳輸模塊9:用于將上位計算機8計算的各監(jiān)測量通過公眾無線通信網(wǎng) 絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的接受終端，也可接受接收終端的信號，發(fā)送給下位計算機 11。
位于辦公室的接收終端包括如下2個部分
1) GPRS接收模塊IO,用于接收現(xiàn)場監(jiān)測站GPRS傳輸模塊9發(fā)送的監(jiān)測量， 并傳輸給終端下位計算機11，也可給現(xiàn)場GPRS傳輸模塊9發(fā)送反饋指令；
2) 下位計算機ll及程序，用于下載終端GPRS接收模塊10的信號，并調(diào)用 程序進行自動分析，將分析結(jié)果與報警閥值進行對比，必要的時候?qū)嵤﹫缶?br> 3) 報警器12，用于當分析結(jié)果超過報警閥值時，發(fā)生聲音警示信號；報警
12器12由下位計算機11及程序控制。
該系統(tǒng)的工作原理是這樣的，當滑坡13滑動時，埋于滑坡13淺表部的地梁
2在承受滑坡13推力的過程中產(chǎn)生伸長應(yīng)變,地梁2上的地梁光纖光柵傳感器20 感受到拉應(yīng)變，通過計算可得出地梁水平向的位移分布，即滑坡表部的水平位移 分布；滑坡13活動過程中，管道14承受滑坡13推力而發(fā)生管體14應(yīng)變變化， 通過管體光纖光柵傳感器3測量；在管道14與滑坡13的接觸面上，滑坡13對管 道14的推力通過土壓力盒光纖光柵傳感器4測量。
通過連接光纜5,將滑坡上各個位置的傳感器信號集中傳輸?shù)焦廪D(zhuǎn)換開關(guān)6, 光轉(zhuǎn)換開關(guān)6將各通道信號依次轉(zhuǎn)換給光纖光柵解調(diào)儀7,光纖光柵解調(diào)儀7解 調(diào)出各傳感器波長中心波長位移量并傳感給上位計算機8，上位計算機8將解調(diào) 儀解調(diào)出的中心波長位移量自動計算為各監(jiān)測量，如滑坡13的深部位移、表部位 移、管體最大應(yīng)變、界面推力等，并將監(jiān)測量發(fā)送給現(xiàn)場GPRS傳輸模塊9， GPRS 傳輸模塊9通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)將信號傳輸給終端GPRS接收模塊10,終端GPRS 接收模塊IO發(fā)送給終端下位計算機11，終端下位計算機11將各監(jiān)測量與報警閥 值對比，必要的時候給出報警。
本方法和系統(tǒng)及系統(tǒng)的構(gòu)建方法的優(yōu)點表現(xiàn)在
1) 提出對滑坡13表部位移及其影響下管道14進行聯(lián)合監(jiān)測的方法，揭示了 滑坡13和管道14的相互作用特點；用多指標進行滑坡13影響下的管道14的安 全預警，極大避免了管道14滑坡監(jiān)測預警中的不確定性或錯誤預警；
2) 將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用于管道滑坡13的系統(tǒng)監(jiān)測，該技術(shù)抗干擾、耐 腐蝕、易于組網(wǎng)等有時明顯；通過構(gòu)筑特定的載體，實現(xiàn)了用光纖光柵傳感技術(shù) 監(jiān)測滑坡深部位移和表部位移，與傳統(tǒng)的監(jiān)測滑坡表部位移的技術(shù)手段相比，光 纖光柵傳感技術(shù)易于實現(xiàn)自動實時監(jiān)測，空間分辨率高，且成本較低；
3) 管道應(yīng)變監(jiān)測，是在每個監(jiān)測截面均勻安裝3個傳感器，通過特定的算法 得出該監(jiān)測截面的最大應(yīng)變分布，用最少的監(jiān)測點實現(xiàn)了監(jiān)測目的，節(jié)約了成本， 也減少的安裝時間及對管道的損傷；
4) 所有的監(jiān)測量均通過光纖光柵傳感技術(shù)來實現(xiàn)，易于構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)，易于
實現(xiàn)管道滑坡聯(lián)合監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時自動釆集分析及遠程發(fā)布,遠程實時自動報警； 避免了繁瑣的人工釆集數(shù)據(jù)，減少了報警時間，這對管道應(yīng)急措施的釆取至關(guān)重 要。
附圖說圖1管道滑坡表部位移監(jiān)測預警系統(tǒng)構(gòu)成示意圖 圖2滑坡表部位移監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖 圖3滑坡表部位移監(jiān)測系統(tǒng)電原理圖 圖4滑坡表部位移監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)圖
圖5地梁結(jié)構(gòu)圖(橫剖視圖) 圖6滑坡表部位移監(jiān)測裝置安裝示意圖 圖7光纖光柵傳感器在地梁鋼筋上的安裝圖 圖8土壓力傳感器示意圖 圖9管體應(yīng)力的監(jiān)測裝置示意圖(橫斷面圖) 圖IO管體應(yīng)力的監(jiān)測裝置示意圖 其中 2—地梁
3—管體光纖光柵傳感器
5—光纜
7—光纖光柵^調(diào)儀
9一GPRS傳輸模塊 ll一下位計算機 13-滑坡 15-滑動面 18-邊坡
21-土壓力盒支架 23-卡箍連接件
4一土壓力盒光纖光柵傳感器 6—光轉(zhuǎn)換開關(guān) 8—上位計算機 IO—GPRS接收模塊 12-報警器 14-管道 17-鋼筋
20-地梁光纖光柵傳感器 22-支架卡箍
24-管體光纖光柵傳感器封裝
具體實施例方式
實施例.本例是一試驗方法和系統(tǒng)，并在一寬300m、滑坡厚29m、基覆截面即 為滑面的覆蓋層慢速滑坡體上作試驗。本管道滑坡表部位移監(jiān)測預警系統(tǒng)如圖2 所示，是由滑坡表部位移監(jiān)測裝置、滑坡對管道的推力監(jiān)測裝置、管道應(yīng)變監(jiān)測 裝置、現(xiàn)場監(jiān)測站、辦公室的接收終端組成。以一定結(jié)構(gòu)形式安裝在滑坡內(nèi)的現(xiàn) 場滑坡表部位移監(jiān)測裝置的地梁應(yīng)變光纖光柵傳感器20、滑坡對管道的推力監(jiān)測
14裝置的土壓力盒應(yīng)變光纖光柵傳感器4和管道應(yīng)變監(jiān)測裝置的管體應(yīng)變光纖光柵
傳感器3輸出分別接現(xiàn)場監(jiān)測站的自動光轉(zhuǎn)換開關(guān)6，自動光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接 光纖光柵解調(diào)儀7的輸入，另外上位計算機8的一端輸出接自動光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的 一端輸入；光纖光柵解調(diào)儀7的輸出也接上位計算機8的輸入；上位計算機8的 輸出接GPRS傳輸模塊9,由辦公室的接收終端GPRS接收模塊10接下位計算機11 的輸入，下位計算機ll的輸出接報警器12和顯示器。
該系統(tǒng)的電原理如圖3所示，分別監(jiān)測滑坡表部位移、滑坡對管道的推力和 管道應(yīng)變的三個光纖光柵傳感器一地梁光纖光柵傳感器20、 土壓力盒光纖光柵傳 感器4、管體光纖光柵傳感器3的PC接頭用光纖與光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接， 光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的R232直接接上位計算機8的R232，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接 光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的CH1端，光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的LAN端口接上位 計算機8的LAN端口 ，上位計算機8的R232端口接GPRS傳輸模塊9西門子MC35i 的R232端口， GPRS傳輸模塊9經(jīng)天線GSM、 GPRS網(wǎng)絡(luò)，被GPRS接收模塊10天 線GSM接收后由R232接到下位計算機11的R232,下位計算機11的輸出由R232 接報警器12 DS-7400的R232，下位計算機11的輸出由VGA端接萆示器的VGA端。
監(jiān)測滑坡表部位移、滑坡對管道的推力和管道應(yīng)變的三種光纖光柵傳感器的 輸出信號經(jīng)逐一導通給光纖光柵解調(diào)儀7,光纖光柵解調(diào)儀7解調(diào)出各光纖光柵 傳感器的中心波長位移量輸給上位計算機8,光轉(zhuǎn)換開關(guān)6給光纖光柵解調(diào)儀7 導通信號的周期由上位機8控制。上位計算機8自動計算出各監(jiān)測量輸給GPRS 傳輸模塊9并接受GPRS傳輸模塊9的信號進行控制，GPRS傳輸模塊9將上位計 算機8計算的各監(jiān)測量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k公室的接受終端GPRS 接收模塊IO，也可接受接收終端的信號，發(fā)送給下位計算機ll處理后，由顯示 器顯示并由報警器12報警。
滑坡表部位移監(jiān)測裝置(見圖4-圖7)是釆用一種慢速土質(zhì)滑坡表部位移監(jiān) 測光纖光柵傳感裝置實現(xiàn)的。該裝置由中心有鋼筋的細長混凝土地梁2和地梁光 纖光柵傳感器20組成。在混凝土地梁2中心的鋼筋17上粘貼串聯(lián)組成的傳感器 組封裝裸地梁光纖光柵傳感器20后，埋于地下一定深度的垂直于滑坡變形方向的 地槽中。滑坡表部位移監(jiān)測的地梁光纖光柵傳感器20輸出接光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸入， 光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接光纖光柵解調(diào)器7輸入，光纖光柵解調(diào)儀7的輸出接現(xiàn)場上 位計算機8。該裝置的地梁光纖光柵傳感器20 (見圖14 )是由中心有鋼筋的細長 混凝土地梁和光纖光柵傳感器組成，在混凝土地梁中心的鋼筋上粘貼串聯(lián)組成的傳感器組封裝裸地梁光纖光柵傳感器20后，埋于地下一定深度的垂直于滑坡變形 方向的地槽中。
該裝置單通道的電原理如圖3所示，監(jiān)測滑坡深部位移的地梁光纖光柵傳感
器20的PC接頭用光纖與光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的R232直 接接上位計算機8的R232，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接光纖光柵解調(diào)儀7 SM125 的CH1端，光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的LAN端口接上位計算機8的LAN端口。
該裝置的監(jiān)測原理是，當滑坡13表面土體發(fā)生位移(變形)時，土體變形導 致混凝土地梁2發(fā)生變形，由于地梁2是細長構(gòu)件，地梁2的變形以軸向伸長為 主。地梁2的兩端埋設(shè)于滑坡區(qū)外的穩(wěn)定坡體中，這樣地梁2的兩端受固定約東， 可將地梁2的變形等同于簡支梁的變形問題，地梁2發(fā)生伸長應(yīng)變的程度和位置 就表現(xiàn)了滑坡13表部發(fā)生的變形的大小及位置。地梁2發(fā)生伸長變形的程度和位 置由地梁2中鋼筋17上的鋼筋光纖光柵傳感器20的應(yīng)變值讀出。通過對應(yīng)變值 進行二重積分，則可由光纖光柵傳感器應(yīng)變計算地梁2的撓度，這一撓度即為滑 坡表部位移。
其構(gòu)建方法如下
如圖4-圖7所示，在滑坡地表上開挖出一條深1.2m,寬lm的地槽，地槽的 延伸方向垂直于滑坡13變形方向。在地槽里澆注小石混凝土地梁2。在地梁2兩 端的非滑坡區(qū)域，開挖深1.5m、寬lm、長lm的作業(yè)坑，用于澆注混凝土地錨19, 從而固定混凝土地梁2的兩端。用焊接方式連接鋼筋17,鋼筋17的長度要能跨 越監(jiān)測區(qū)的滑坡13寬度，鋼筋選用cH4mm—級圓鋼。在鋼筋17上粘貼封裝裸 地梁光纖光柵傳感器20，用泡沬密封膠密封。地梁光纖光柵傳感器20粘貼在鋼 筋17的軸向方向，以獲取鋼筋17的軸向應(yīng)變；采用串聯(lián)的方式組成傳感器組， 各地梁光纖光柵傳感器20的引纖熔接后接至連接光纖；地梁光纖光柵傳感器20 可采用等間距連接，在認為是滑坡變形的關(guān)鍵區(qū)，可加密布置地梁光纖光柵傳感 器20。在地槽里澆注C20小石混凝土地梁2，地梁2高20cm,寬30cm。在地梁2 澆注一半高度時放置粘有地梁光纖光柵傳感器20的鋼筋17，使鋼筋17處于混凝 土地梁2的中心位置，然后繼續(xù)澆注混凝土至20cm高度。對混凝土養(yǎng)護后回填地 槽。澆注混凝土地錨19,地錨19內(nèi)的鋼筋籠與地梁鋼筋17良好搭接，從而實現(xiàn) 地梁2兩端固定約束。在地梁2的一端引出地梁光纖光柵傳感器20組的信號接頭； 將信號接頭與光纜5連接，通過光纜5將信號引到監(jiān)測站。
滑坡對管道的推力監(jiān)測裝置如圖8所示，是滑坡13對管道14推力監(jiān)測的土壓力盒光纖光柵傳感器4輸出接光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸入，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接光柵解
調(diào)儀7輸入，光柵解調(diào)儀的輸出接現(xiàn)場上位計算機8。而滑坡13對管道14推力 監(jiān)測的光纖光柵傳感器采用光纖光柵封裝土壓力盒光纖光柵傳感器4; 土壓力盒 光纖光柵傳感器4通過土壓力盒支架21固定在管道14上，并土壓力盒光纖光柵 傳感器4感受壓力的敏感面朝向滑坡13的滑動方向。這樣土壓力盒光纖光柵傳感 器4測量的壓力就是滑坡13對管道14的正面推力。
滑坡對管道的推力監(jiān)測裝置的構(gòu)建方法如圖8所示，土壓力盒光纖光柵傳感 器4通過土壓力盒支架21固定在管道14上，土壓力盒光纖光柵傳感器4感受壓 力的敏感面朝向滑坡13的滑動方向。這樣土壓力盒光纖光柵傳感器4測量的壓力 就是滑坡13對管道14的正面推力。土壓力盒支架21由兩塊圓弧形鋼板卡箍組成， 其中一段圓弧形鋼板上焊有底座，土壓力盒光纖光柵傳感器4嵌入底座中，并保 持一定的裕量，使土壓力盒能自由變形。土壓力盒支架21兩端的卡箍連接件23 通過螺帽連接。當滑坡13滑動時，滑坡13對土壓力盒的推力可通過土壓力盒光 纖光柵傳感器4測量，該測量值減去土壓力盒光纖光柵傳感器4承受的土體自重 壓力，即為滑坡13變形對管道14產(chǎn)生的推為。
該裝置單通道的電原理如圖3所示，滑坡13對管道14推力監(jiān)測的土壓力盒 光纖光柵傳感器4的PC接頭用光纖與光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接，光轉(zhuǎn)換開關(guān) 6的R232直接接上位計算機8的R232，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接光纖光柵解 調(diào)儀7 SM125的CH1端，光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的L緒端口接上位計算機8的 LAN端口。
管體應(yīng)力的監(jiān)測裝置如圖9、圖10所示，是在滑坡的兩側(cè)邊緣及滑坡的中 心位置各布置一管道監(jiān)測截面，在管道14的每個監(jiān)測截面的外周均勻布置3個管 體光纖光柵傳感器3且3個管體光纖光柵傳感器3布置在與管道14軸線垂直的平 面上。管體光纖光柵傳感器3輸出接光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸入，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接光 纖光柵解調(diào)儀7輸入，光纖光柵解調(diào)儀7的輸出接現(xiàn)場上位計算機8。
該裝置的電原理如圖3所示,管體光纖光柵傳感器3的PC接頭用光纖與光轉(zhuǎn) 換開關(guān)6的PC接頭連接，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6的R232直接接上位計算機8的R232，光 轉(zhuǎn)換開關(guān)6的PC接頭連接光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的CH1端，光纖光柵解調(diào)儀7 SM125的LAN端口接上位計算機8的LAN端口。
管體應(yīng)力的監(jiān)測裝置的構(gòu)建方法如圖9、圖10所示，在100 m寬的滑坡13 的兩側(cè)邊緣及滑坡的中心位置各布置一管道監(jiān)測截面，監(jiān)測截面的間距為50m。
17在管道14的每個監(jiān)測截面的外周均勻布置3個管體光纖光柵傳感器3且3個管體 光纖光柵傳感器3布置在與管道14軸線垂直的平面上。安裝管體光纖光柵傳感器 3時，完全刮開管道14防腐層，并打磨管道14表面至光滑，用快干膠3粘貼管 體光纖光柵傳感器封裝24封裝好管體光纖光柵傳感器3。待三個管體光纖光柵傳 感器3全部粘貼好后，將管體光纖光柵傳感器3的引纖一并引至地面，并進行保 護。
當管道14軸向承受拉/壓應(yīng)力時，三個管體光纖光柵傳感器3承受拉/壓應(yīng)變； 按照一定的算法，由該截面三處應(yīng)變，即可求出該管道14截面上最大應(yīng)變的大小 和位置?；阡摬膹椥岳碚?，即可求出管道14截面上最大的拉/壓應(yīng)力的大小。 監(jiān)測截面的選擇對監(jiān)測效果很重要。
大量的研究表明，滑坡13對管道14作用應(yīng)力關(guān)鍵表現(xiàn)在軸向上，對管道14 軸向應(yīng)力的測量就能較好地判斷管道14的可接受應(yīng)力狀態(tài)。因此，管體光纖光柵. 傳感器3僅測量管道14軸向的應(yīng)變。
上述監(jiān)測裝置中
光纖光柵傳感器選用自行設(shè)計封裝的光纖光柵傳感器。 光轉(zhuǎn)換開關(guān)選用光隆SUM-FSW; 光柵解調(diào)儀選用SM125。'
現(xiàn)場監(jiān)測站設(shè)置在滑坡現(xiàn)場，包括光纖接線盒、連接光纜5、光轉(zhuǎn)換開關(guān)6、 光纖光柵解調(diào)儀7、上位計算機8、 GPRS傳輸模塊9;由各光纖光柵傳感器的光纖 接線盒和連接光纜5將滑坡13上各個位置的光纖光柵傳感器接到監(jiān)測站的光轉(zhuǎn)換 開關(guān)6，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6輸出接光纖光柵解調(diào)儀7，光纖光柵解調(diào)儀7輸出接上位計 算機8,上位計算機8輸出接GPRS傳輸模塊9。各光纖光柵傳感器的光纖接線盒 和連接光纜5將滑坡13上各個位置的光纖光柵傳感器信號集中傳輸?shù)奖O(jiān)測站的光 轉(zhuǎn)換開關(guān)6，光轉(zhuǎn)換開關(guān)6將各通道信號依次轉(zhuǎn)換給光纖光柵解調(diào)儀7，光纖光柵 解調(diào)儀7解調(diào)出各光纖光柵傳感器的中心波長位移量給上位計算機8，上位計算 機8自動計算出各監(jiān)測量輸給GPRS傳輸模塊9并接受GPRS傳輸模塊9的信號進 行控制，GPRS傳輸模塊9將上位計算機8計算的各監(jiān)測量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò) 傳輸?shù)轿挥谵k公室的接受終端，也可接受接收終端的信號，發(fā)送給下位計算機11。
其中
光轉(zhuǎn)換開關(guān)選用光隆科技SIM-FSW; 光纖光柵解調(diào)儀選用SM125;上位計算機及程序選用研華IPC-610,程序自編； GPRS傳輸模塊西門子MC35i 位于辦公室的接收終端包括如下2個部分
(1 )GPRS接收模塊IO,用于接收現(xiàn)場監(jiān)測站GPRS傳輸模塊9發(fā)送的監(jiān)測量, 并傳輸給終端下位計算機11,也可給現(xiàn)場GPRS傳輸模塊9發(fā)送反饋指令；
(2) 下位計算機ll及程序，用于下載終端GPRS接收模塊10的信號，并調(diào) 用程序進行自動分析，將分析結(jié)果與報警閥值進行對比，必要的時候?qū)嵤﹫缶?br> (3) 報警器12，用于當分析結(jié)果超過報警閥值時，發(fā)生聲音警示信號；報 警器12由下位計算機11及程序控制。
該系統(tǒng)的工作原理是這樣的，當滑坡13滑動時，埋于滑坡13深部的測斜管 1受滑坡13 土體推力而發(fā)生彎曲應(yīng)變，測斜管1上的測斜管光纖光柵傳感器16 感受到拉應(yīng)變，通過計算可得出測斜管上的水平位移，即滑坡13深部的水平位移; 埋于滑坡13淺表部的地梁2在承受滑坡13推力的過程中產(chǎn)生伸長應(yīng)變，地梁2 上的地梁光纖光柵傳感器20感受到拉應(yīng)變,通過計算可得出地梁水平向的位移分 布，即滑坡表部的水平位移分布；滑坡13活動過程中，管道14承受滑坡13推力 而發(fā)生管體14應(yīng)變變化，通過管體光纖光柵傳感器3測量；在管道14與滑坡13 的接觸面上，滑坡13對管道14的推力通過土壓力盒光纖光柵傳感器4測量。
通過連接光纜5，將滑坡上各個位置的傳感器信號集中傳輸?shù)焦廪D(zhuǎn)換開關(guān)6， 光轉(zhuǎn)換開關(guān)6將各通道信號依次轉(zhuǎn)換給光纖光柵解調(diào)儀7,光纖光柵解調(diào)儀7解 調(diào)出各傳感器波長中心波長位移量并傳感給上位計算機8，上位計算機8將解調(diào) 儀解調(diào)出的中心波長位移量自動計算為各監(jiān)測量，如滑坡13的深部位移、表部位 移、管體最大應(yīng)變、界面推力等，并將監(jiān)測量發(fā)送給現(xiàn)場GPRS傳輸模塊9， GPRS 傳輸模塊9通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)將信號傳輸給終端GPRS接收模塊10,終端GPRS 接收模塊IO發(fā)送給終端下位計算機11，終端下位計算機11將各監(jiān)測量與報警閥 值對比，必要的時候給出報警。
其中
GPRS接收模塊10:選用西門子MC35i; 下位計算機ll及程序下位機選用研華IPC-610;程序自編。 報警器12:選用博世DS-7400。
用上述方法構(gòu)建的系統(tǒng)在進行監(jiān)測時，若滑坡13滑動，埋于滑坡13淺表部 的地梁2在承受滑坡13推力的過程中產(chǎn)生伸長應(yīng)變，地梁2上的地梁光纖光柵傳感器20感受到拉應(yīng)變，通過計算可得出地梁2水平向的位移分布，即滑坡13表
部的水平位移分布；滑坡13活動過程中，管道14承受滑坡13推力而發(fā)生管體 14應(yīng)變變化，通過管體光纖光柵傳感器3測量；在管道14與滑坡13的接觸面上， 滑坡13對管道14的推力通過封裝土壓力盒光纖光柵傳感器4測量；由此，就可 完整地測量出管道14上所受到的各種應(yīng)力。
經(jīng)長時間的監(jiān)測，本例易于構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)，易于實現(xiàn)管道滑坡13聯(lián)合監(jiān)測數(shù) 據(jù)的實時自動采集分析及遠程發(fā)布，遠程實時自動報警。避免了繁瑣的人工釆集 數(shù)據(jù)，減少了報警時間，這對管道應(yīng)急措施的采取至關(guān)重要。
權(quán)利要求
1.一種管道滑坡表部位移監(jiān)測預警方法，其特征是將監(jiān)測分為滑坡表部位移監(jiān)測、滑坡對管道的推力監(jiān)測及管道應(yīng)變監(jiān)測三部分滑坡表部位移監(jiān)測方法是在滑坡(13)表部地下一定深度的垂直于滑坡(13)變形方向埋設(shè)一細長混凝土地梁(2)，并地梁(2)兩端固定約束，在混凝土地梁(2)中心鋼筋(17)的軸向方向上粘貼串聯(lián)組成的傳感器組封裝裸地梁光纖光柵傳感器(20)，各傳感器的引纖熔接后接至連接光纖；在地梁(2)的一端引出光纖光柵傳感器組的信號接頭；將信號接頭與光纜(5)連接，通過光纜(5)將信號引到監(jiān)測站；在監(jiān)測站，上位計算機(8)調(diào)用自編的程序，控制光纖光柵解調(diào)儀(17)，完成數(shù)據(jù)的實時自動采集；實現(xiàn)在土體變形導致細長混凝土地梁(2)發(fā)生變形時，監(jiān)測地梁(2)伸長變形的程度和位置；滑坡對管道的推力監(jiān)測方法是用固定在管道(14)上的封裝土壓力盒光纖光柵傳感器(4)并土壓力盒光纖光柵傳感器(4)感受壓力的敏感面朝向滑坡(13)的滑動方向測壓力；這樣土壓力盒光纖光柵傳感器(4)測量的壓力就是滑坡(13)對管道的正面推力；管道應(yīng)變監(jiān)測方法是在滑坡(13)的兩側(cè)邊緣及滑坡的中心位置的管道(14)上，均勻布置管道(14)監(jiān)測截面，且監(jiān)測截面的間距不宜超過60m；在管道(14)的每個監(jiān)測截面上均勻布置3個管體應(yīng)變光纖光柵傳感器(3)，監(jiān)測管道(14)軸向的應(yīng)變。
2. —種如權(quán)利要求1所述管道滑坡表部位移監(jiān)測預警方法的管道滑坡表部位 移監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征是由滑坡表部位移監(jiān)測裝置、滑坡對管道的推力監(jiān)測裝 置、管道應(yīng)變監(jiān)測裝置、現(xiàn)場監(jiān)測站、辦公室的接收終端組成；以一定結(jié)構(gòu)形式 安裝在滑坡內(nèi)或管道上的現(xiàn)場滑坡深部位移監(jiān)測裝置的滑坡表部位移監(jiān)測裝置的 地梁光纖光柵傳感器(20)、滑坡對管道的推力監(jiān)測裝置的土壓力盒光纖光柵傳感 器(4)和管道應(yīng)變監(jiān)測裝置的管體光纖光柵傳感器(3)輸出分別接現(xiàn)場監(jiān)測站 的自動光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)，自動光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)輸出接光纖光柵解調(diào)儀(7)的輸 入，光纖光柵解調(diào)儀(7)的輸出也接上位計算機(8)的輸入；上位計算機(8) 的輸出接GPRS傳輸模塊(9)，由辦公室的接收終端GPRS接收模塊(10)接下位 計算機(11)的輸入，下位計算機(11)的輸出接報警器(12)和顯示器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的管道滑坡表部位移監(jiān)測預警系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng) 的電原理是分別監(jiān)測滑坡表部位移、滑坡對管道的推力和管道應(yīng)變的三個光纖 光柵傳感器--地梁光纖光柵傳感器(20)、 土壓力盒光纖光柵傳感器(4)、管體光纖光柵傳感器(3)的PC接頭用光纖與光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)的(PC)接頭連接，光轉(zhuǎn) 換開關(guān)(6)的(R232)直接接上位計算機(8)的(R232 ),光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)的 (PC)接頭連接光纖光柵解調(diào)儀(7) SM125的(CH1)端，光纖光柵解調(diào)儀(7 ) SM125的(LAN)端口接上位計算機(8)的(LAN)端口，上位計算機(8 )的(R232 ) 端口接GPRS傳輸模塊(9)西門子MC35i的(R232 )端口， GPRS傳輸模塊(9) 經(jīng)天線GSM、 GPRS網(wǎng)絡(luò)，被GPRS接收模塊(10 )天線GSM接收后由(R232 )接到 下位計算機U1)的(R232 ),下位計算機(ll)的輸出由(R232 )接報警器U2) DS- 400的(R232)，下位計算機(11)的輸出由(VGA)端接顯示器的(VGA)端；監(jiān)測滑坡表部位移、滑坡對管道的推力和管道應(yīng)變的三個光纖光柵傳感器-地梁光纖光柵傳感器(20)、 土壓力盒光纖光柵傳感器U)、管體光纖光柵傳感器 (3 )的輸出信號經(jīng)光纖光柵解調(diào)儀(7 )光纖光柵(7 )解調(diào)出各光纖光柵傳感器 的中心波長位移量輸給上位計算機(8);上位計算機(8)自動計算出各監(jiān)測量輸 給GPRS傳輸模塊(9)并接受GPRS傳輸模塊(9)的信號進行控制，GPRS傳輸模 塊(9)將上位計算機(8)計算的各監(jiān)測量通過公眾無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿挥谵k 公室的接受終端GPRS接收模塊(10),也可接受接收終端的信號，發(fā)^給下位計 算機(ll)處理后，由顯示器顯示并由報警器(12)報警。
4. 一種如權(quán)利要求2所述管道滑坡表部位移監(jiān)測預警系統(tǒng)的管道滑坡表部位 移監(jiān)測預警系的構(gòu)建方法，其特征是其構(gòu)建方法如下滑坡表部位移監(jiān)測裝置的構(gòu)建方法是在滑坡地表上開挖出 一條地槽，地槽的延伸方向垂直于滑坡(13)變形方向； 在地槽里澆注小石混凝土地梁(2);在地梁(2)兩端的非滑坡區(qū)域，澆注固定混 凝土地梁(2 )的混凝土地錨(19 );混凝土地錨(19 )內(nèi)的鋼筋籠與地梁鋼筋(17 ) 良好搭接，使地梁(2)兩端固定約束；用焊接方式連接鋼筋(17)，鋼筋(17) 的長度要能跨越監(jiān)測區(qū)的滑坡(13)寬度；在鋼筋(17)上粘貼封裝裸地梁光纖 光柵傳感器(20 ),用泡沬密封膠密封；地梁光纖光柵傳感器(20 )粘貼在鋼筋(17 ) 的軸向方向；釆用串聯(lián)的方式組成傳感器組，各地梁光纖光柵傳感器(20)的引 纖熔接后接至連接光纖；地梁光纖光柵傳感器(20)等間距連接，在滑坡變形的 關(guān)鍵區(qū)，加密布置地梁光纖光柵傳感器(20);在地梁(2)的一端引出地梁光纖 光柵傳感器(20)組的信號接頭；將信號接頭與光纜(5)連接，通過光纜(5) 將信號引到監(jiān)測站；滑坡對管道的推力監(jiān)測裝置的構(gòu)建方法是土壓力盒光纖光柵傳感器(4)通過土壓力盒支架(21)固定在管道(14 )上, 土壓力盒光纖光柵傳感器(4)感受壓力的敏感面朝向滑坡(13)的滑動方向；土 壓力盒支架(21)由兩塊圓弧形鋼板卡箍組成，其中一段圓弧形鋼板上焊有底座， 土壓力盒光纖光柵傳感器(4)嵌入底座中，并保持一定的裕量，使土壓力盒能自 由變形；土壓力盒支架(21)兩端的卡箍連接件(23)通過螺帽連接；管體應(yīng)力監(jiān)測裝置的構(gòu)建方法是在滑坡的兩側(cè)邊緣及滑坡的中心位置各布置一管道監(jiān)測截面，且監(jiān)測截面的 間距不宜超過60m;在管道(14)的每個監(jiān)測截面的外周均勻布置3個管體光纖 光柵傳感器(3 ),且3個管體光纖光柵傳感器(3 )布置在與管道(14 )軸線垂直 的平面上；安裝管體光纖光柵傳感器(3)時，完全刮開管道(14)防腐層，并打 磨管道(14)表面至光滑，用快干膠粘貼管體光纖光柵傳感器封裝(24)封裝好管體 光纖光柵傳感器(3);待三個管體光纖光柵傳感器(3)全部粘貼好后，將管體光纖 光柵傳感器(3)的引纖一并引至地面，并進行保護。
全文摘要
本發(fā)明是一種管道滑坡表部位移監(jiān)測預警方法和系統(tǒng)及系統(tǒng)的構(gòu)建方法。它是將監(jiān)測分為滑坡表部位移監(jiān)測、滑坡對管道的推力監(jiān)測及管道應(yīng)變監(jiān)測三部分；滑坡表部位移監(jiān)測裝置的地梁光纖光柵傳感器(20)、滑坡對管道的推力監(jiān)測裝置的土壓力盒光纖光柵傳感器(4)和管道應(yīng)變監(jiān)測裝置的管體光纖光柵傳感器(3)輸出分別依次串接現(xiàn)場監(jiān)測站的自動光轉(zhuǎn)換開關(guān)(6)、光纖光柵解調(diào)儀(7)、上位計算機(8)；上位計算機(8)輸出接GPRS傳輸模塊(9)，由辦公室的GPRS接收模塊(10)接有報警器(12)和顯示器輸出的下位計算機(11)的輸入。
文檔編號G08B21/00GK101667328SQ200810119558
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者劉建平, 荊宏遠, 蔡永軍, 郝建斌, 祎 郭, 陳朋超 申請人:中國石油天然氣股份有限公司