分布式光纖監(jiān)測(cè)在岷江航電樞紐庫(kù)區(qū)防護(hù)工程中的應(yīng)用

楊皓然 丁易峰 徐超炎

（四川江源工程咨詢(xún)有限公司， 四川 成都 610041）

鑒于水利工程的重要性，對(duì)其實(shí)施安全監(jiān)測(cè)十分必要。通過(guò)安全監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)分析，可以及時(shí)掌握建筑物的工作狀態(tài)，有效防止事故發(fā)生。同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料還能進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)施工的合理性，為其進(jìn)一步改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)[1]。

目前，安全監(jiān)測(cè)通常采用單點(diǎn)監(jiān)測(cè)方法，其存在測(cè)點(diǎn)少、成果不直觀、易漏測(cè)等弊端[2]。而分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)可通過(guò)埋設(shè)不同的光纖傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖沿線任一點(diǎn)上的滲流、應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等多個(gè)參數(shù)，成果直觀，并且可通過(guò)大范圍網(wǎng)狀布設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程的全方位監(jiān)測(cè)[3]。

本文簡(jiǎn)要介紹了分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)在岷江犍為航電樞紐庫(kù)區(qū)防護(hù)工程中的應(yīng)用實(shí)施，希望能為其它類(lèi)似工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 工程概況

岷江犍為航電樞紐工程是岷江下游河段（樂(lè)山－宜賓）航運(yùn)和水電規(guī)劃的第三個(gè)梯級(jí)。樞紐總庫(kù)容2.27億m3，總裝機(jī)容量500MW，正常蓄水位335.00m，船閘等級(jí)為Ⅲ級(jí)，可通行1000噸級(jí)船舶，主要建筑物包括船閘、泄洪沖砂閘、發(fā)電廠房、混凝土重力堤、魚(yú)堤、開(kāi)關(guān)站和庫(kù)區(qū)防護(hù)工程等。工程開(kāi)發(fā)任務(wù)為以航運(yùn)為主，結(jié)合發(fā)電，兼顧供水、灌溉，并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

犍為樞紐庫(kù)區(qū)防護(hù)工程包括塘壩鄉(xiāng)、石馬壩、前豐壩防護(hù)工程，是樞紐的重要組成部分。塘壩鄉(xiāng)防護(hù)工程由防洪堤、格柵壩、排澇隧洞和泵站組成；石馬壩防護(hù)工程由墊地工程、防滲排浸工程、排水工程組成；前豐壩防護(hù)工程為墊地抬填工程。

2 目的與意義

塘壩鄉(xiāng)防洪堤采用上游防滲面板+水平趾板+混凝土防滲墻的防滲體系，石馬壩采用高壓旋噴防滲墻防滲排浸，均需要對(duì)其防滲效果及安全性態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)。鑒于該工程防滲效果的重要性，為盡量避免漏測(cè)以及準(zhǔn)確定位滲漏通道，塘壩鄉(xiāng)防洪堤和石馬壩防滲墻采用大面積的分布式光纖監(jiān)測(cè)。

布設(shè)光纖監(jiān)測(cè)可在工程的施工期、蓄水初期和運(yùn)行期，基于分布式監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)防滲體系的滲漏狀況進(jìn)行研判，為防滲體系的運(yùn)行性態(tài)監(jiān)測(cè)和缺陷檢測(cè)提供支撐，對(duì)防滲體系的防滲效果和可靠性的監(jiān)測(cè)具有傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

3 應(yīng)用目標(biāo)

在盡量減少對(duì)塘壩鄉(xiāng)和石馬壩防滲系統(tǒng)施工干擾的基礎(chǔ)上，充分考慮現(xiàn)有的施工條件，在防滲墻施工過(guò)程中選擇特定的距離間隔，安裝監(jiān)測(cè)滲漏的分布式光纖傳感器。對(duì)于滲流的監(jiān)測(cè)需要采用專(zhuān)門(mén)的電阻絲加熱光纜，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)位置的低溫補(bǔ)償，最后通過(guò)融合主動(dòng)溫度補(bǔ)償技術(shù)、分布式拉曼測(cè)溫技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸及遠(yuǎn)程存儲(chǔ)技術(shù)，構(gòu)建工程防滲體系的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)工程滲漏的動(dòng)態(tài)分析、預(yù)警預(yù)測(cè)系統(tǒng)，為工程的運(yùn)行性態(tài)監(jiān)測(cè)和安全性評(píng)估提供支撐。

4 應(yīng)用方案

4.1 分布式光纖滲流傳感器的埋設(shè)安裝

4.1.1 塘壩鄉(xiāng)防洪堤防滲墻分布式光纖滲流傳感器的埋設(shè)安裝

防滲墻位于防洪堤上游庫(kù)區(qū)內(nèi)，一般深度為10m左右，最深處約為18m。整個(gè)防滲墻總長(zhǎng)度與防洪堤長(zhǎng)度一致，約為2709m。考慮每間隔50m距離垂直布置一條緊貼防滲墻下游側(cè)的分布式溫度感測(cè)光纖用于防滲監(jiān)測(cè)，共需要垂直布設(shè)54個(gè)監(jiān)測(cè)位置，然后將54個(gè)監(jiān)測(cè)位置的光纖進(jìn)行串聯(lián)，組成一整根光纖。

對(duì)于防滲墻的每個(gè)監(jiān)測(cè)位置，具體的光纖安裝方法是，在防滲墻開(kāi)槽后、澆筑混凝土之前將分布式感測(cè)光纖布設(shè)至指定位置，澆筑混凝土施工需要避免對(duì)光纜造成破壞，混凝土澆筑完畢后光纖既埋設(shè)在防滲墻混凝土中。每個(gè)監(jiān)測(cè)位置完成垂直布設(shè)光纖后，需要做好尾端保護(hù)措施，以為后期光纖的連接保存完好的接頭。

4.1.2 塘壩鄉(xiāng)防洪堤防滲面板及趾板分布式光纖滲流傳感器的埋設(shè)安裝

在與防滲墻監(jiān)測(cè)位置相對(duì)應(yīng)的位置，布設(shè)面板和趾板的光纖滲漏傳感器。同樣沿堤防的軸線方向每間隔50m的距離，緊貼水平趾板的底面和防滲面板的下游面布設(shè)分布式光纖滲漏傳感器，用于防滲監(jiān)測(cè)。共需要布設(shè) 54個(gè)監(jiān)測(cè)位置。光纖滲漏傳感器的預(yù)埋方法類(lèi)似于在防滲面板中預(yù)埋止水帶的施工方法。同樣的將 54個(gè)監(jiān)測(cè)位置的光纖進(jìn)行串聯(lián)，組成一整根光纖。由于需要光纖預(yù)埋，然后再澆筑水平趾板和防滲面板，因此光纖的韌性和耐破壞能力將決定其成活率，需要采用鎧裝光纖傳感器，預(yù)防施工過(guò)程中的破壞。

4.1.3 石馬壩高壓旋噴防滲墻分布式光纖滲流傳感器的埋設(shè)安裝

石馬壩防滲墻總長(zhǎng)3995m，一般深度約為25m?？紤]每間隔50m垂直布置一條緊貼防滲墻下游側(cè)的分布式溫度感測(cè)光纖用于防滲監(jiān)測(cè)，共需要布設(shè)80個(gè)監(jiān)測(cè)位置。將80個(gè)監(jiān)測(cè)位置沿堤防的長(zhǎng)度平均分成2組，每組40個(gè)。每組 40個(gè)監(jiān)測(cè)位置的光纖進(jìn)行串聯(lián)，組成一整根光纖。由于石馬壩防滲墻采用高壓旋噴成墻的施工方法，無(wú)法預(yù)埋光纖傳感器，因此需要待防滲墻施工完工之后，再鉆孔安放光纖傳感器。

4.2 光纖信號(hào)的實(shí)時(shí)采集解調(diào)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

光纖傳感器通過(guò)光信號(hào)對(duì)其周?chē)沫h(huán)境變化進(jìn)行感知，需要實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的發(fā)射和實(shí)時(shí)采集以及調(diào)制解調(diào)等，獲取分布式光纖沿線任意位置處的信息。對(duì)解調(diào)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存、打包和轉(zhuǎn)發(fā)，數(shù)據(jù)格式與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的局域網(wǎng)內(nèi)無(wú)線遠(yuǎn)傳功能和遠(yuǎn)距離后臺(tái)監(jiān)控。

4.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和處理

對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析；通過(guò)與防滲墻滲漏進(jìn)行映射分析，將光纖傳回的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理成具有工程意義的滲流信息，得出滲漏的情況，并對(duì)發(fā)生的滲漏進(jìn)行預(yù)警。

4.4 光纖監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)

建立分布光纖監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、分析成果，包括數(shù)據(jù)、圖表、報(bào)警信息等進(jìn)行顯示、打印、發(fā)布、遠(yuǎn)程傳輸或以其他形式進(jìn)行輸出。在工程現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)距離控制中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)施傳輸，和對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析，對(duì)關(guān)鍵成果實(shí)現(xiàn)查詢(xún)顯示、曲線繪制和報(bào)警信息查詢(xún)、顯示和遠(yuǎn)程發(fā)布。

5 結(jié)語(yǔ)

岷江犍為航電樞紐塘壩鄉(xiāng)和石馬壩防護(hù)工程保護(hù)耕地面積 2487畝，保護(hù)人口 3325人，鑒于其防滲效果的重要性，采用大面積的分布式光纖進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以盡量避免漏測(cè)以及準(zhǔn)確定位滲漏通道。本文從分布式光纖滲流傳感器的埋設(shè)安裝、光纖信號(hào)的實(shí)時(shí)采集解調(diào)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和處理、光纖監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的建立等方面簡(jiǎn)要介紹了分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)在岷江犍為航電樞紐庫(kù)區(qū)防護(hù)工程中的應(yīng)用實(shí)施，希望能為其它類(lèi)似工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)提供借鑒。