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        大型水池滲漏監(jiān)測分布式光纖綜合布設(shè)方案

        2021-03-20 08:33:30康業(yè)淵
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:感溫止水帶光纜

        張 娜,康業(yè)淵

        (1.中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計研究院有限公司,北京100024;2.中國葛洲壩集團(tuán)國際工程有限公司,北京100025)

        溫度作為一種天然示蹤劑, 在滲漏監(jiān)測中具有獨(dú)特優(yōu)勢[1],近年來國內(nèi)外許多工程實(shí)例證實(shí)了溫度資料對水工建筑物滲漏監(jiān)測的重要性[2]。 借助先進(jìn)并成熟的分布式光纖溫度傳感技術(shù)進(jìn)行水工建筑物滲漏監(jiān)測引起了學(xué)術(shù)界和工程界的高度關(guān)注[3]。分布式光纖溫度傳感技術(shù)以光纖為媒質(zhì)、 以光信號為載體,故其不受電磁干擾,精度高、靈敏度高[4-6];能夠準(zhǔn)確實(shí)時測出光纖沿線任一點(diǎn)的溫度值, 通過光纖傳感網(wǎng)絡(luò)合理優(yōu)化布設(shè), 可以實(shí)現(xiàn)溫度分布式監(jiān)測[7]。 同時,分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)(DTS)測溫所用光纖為普通通信光纜, 既作為傳感器又作為傳輸介質(zhì),其結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜,不僅方便施工且可維護(hù)性強(qiáng)、可靠性高,施工時成活率大大高于其他裸光纖。

        分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)滲漏監(jiān)測的基本原理為通過分布式感溫光纖直接感知并實(shí)時監(jiān)測溫度,一旦滲漏發(fā)生,滲漏水流引起局部光纖溫度變化,顯示為溫度突變點(diǎn), 根據(jù)溫度突變點(diǎn)的位置和溫度變化劇烈程度, 實(shí)現(xiàn)對發(fā)生滲漏的定位及定量分析滲漏大小。一般而言,分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)監(jiān)測滲漏有兩種方法[8]:梯度法和電熱法。 梯度法即利用光纖系統(tǒng)直接測量介質(zhì)內(nèi)實(shí)際溫度, 不對光纜進(jìn)行加熱, 其依靠滲漏區(qū)和非滲漏區(qū)的溫度差異來判別滲流發(fā)生的位置,溫差越大,溫度梯度就越大,越容易判別滲漏位置。因此,該方法應(yīng)用的前提是水溫和量測位置介質(zhì)溫度有一定差別。 為克服前面所述各種不利因素的影響, 提高分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)監(jiān)測滲漏的應(yīng)用范圍和監(jiān)測精度, 可以采用電熱脈沖法, 通過對光纖保護(hù)層的金屬鎧或特制光纖中的電導(dǎo)體通電,對光纖進(jìn)行加熱,加熱過程中可看到滲漏區(qū)的明顯溫度分布異常。

        大型水池滲漏監(jiān)測目前主要通過觀察排水溝出水情況,判斷是否發(fā)生滲漏及初步評判滲漏大小,而無法判斷滲漏發(fā)生位置,一旦發(fā)生滲漏,修復(fù)處理起來相當(dāng)困難。 基于分布式光纖溫度傳感技術(shù)在堤防及水庫大壩滲漏監(jiān)測在國內(nèi)外均有相關(guān)研究和應(yīng)用實(shí)例, 但該技術(shù)在大型水池滲漏監(jiān)測方面的研究和應(yīng)用幾乎為零。

        1 分布式光纖兩種布設(shè)方案

        大型鋼筋混凝土水池底板分縫處 (包括施工縫和結(jié)構(gòu)縫)屬于薄弱環(huán)節(jié),易發(fā)生滲漏。 根據(jù)大型水池底板分縫分塊,在分縫處下部設(shè)置排水盲溝,排水盲溝內(nèi)澆筑無砂混凝土(如圖1),感溫光纜布設(shè)在底板分縫下方,形成滲漏監(jiān)測的分布式光纖網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)對大型水池滲漏的實(shí)時、在線、分布式監(jiān)控。 一旦分縫處發(fā)生滲漏,滲水將垂直掠過感溫光纖,引起感溫光纖溫度變化, 同時滲水經(jīng)過無砂混凝土匯集于上部帶孔陶瓷管或UPVC管并排出。 采用無砂混凝土(如圖1和圖2)具有以下優(yōu)點(diǎn):①空隙大,滲透性強(qiáng);②具有較高的強(qiáng)度,對基礎(chǔ)承載能力影響較小;③便于分段施工,無需鑿毛處理。感溫光纜可采用內(nèi)置鋼絲加強(qiáng)筋四芯鎧裝光纜和內(nèi)部加裝有不銹鋼軟管兩芯鎧裝光纜,強(qiáng)度高,便于施工,光纖成活率高,可通過對內(nèi)置鋼絲和不銹鋼軟管進(jìn)行通電加熱, 實(shí)現(xiàn)電熱脈沖法滲漏監(jiān)測, 提高分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)監(jiān)測滲漏應(yīng)用范圍和監(jiān)測精度。

        圖1 無砂混凝土澆筑

        圖2 無砂混凝土多空介質(zhì)

        1.1 方案1

        鎧裝感溫光纜布設(shè)于底板分縫 (包括施工縫和結(jié)構(gòu)縫)底部止水帶下,排水盲溝無砂混凝土表面,一旦發(fā)生滲漏,分縫處滲水直接掠過感溫光纜,引起感溫光纜局部溫度異常,具體布設(shè)方案如圖3。

        圖3 方案1

        1.2 方案2

        鎧裝感溫光纜布設(shè)于底板分縫下排水盲溝無砂混凝土內(nèi), 位于施工縫正下方和上部帶孔的陶瓷管或UPVC管正上方,一旦發(fā)生滲漏,滲水通過無砂混凝土多空介質(zhì)分散傳導(dǎo)后垂直掠過感溫光纜, 引起感溫光纜局部溫度異常,具體布設(shè)方案如圖4。

        圖4 方案2

        2 兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

        2.1 方案1

        優(yōu)點(diǎn):①便于施工,分段澆筑無砂混凝土后,分段鋪設(shè)感溫光纜,再鋪設(shè)底部止水帶;②感知滲水敏感,一旦底板分縫處發(fā)生滲漏,滲水直接垂直掠過感溫光纜,引起感溫光纜溫度變化明顯,能靈敏感知是否發(fā)生滲漏及滲漏大小。

        缺點(diǎn):①直接布設(shè)在止水帶下,容易對止水帶造成損壞;②對施工質(zhì)量要求高,感溫光纜必須嚴(yán)格布設(shè)在底板縫正下方, 一旦出現(xiàn)感溫光纜未布設(shè)在底板縫正下方,測滲效果將大打折扣,甚至不能感知滲漏發(fā)生; ③底板傳遞的壓力容易造成內(nèi)部加裝有不銹鋼軟管兩芯鎧裝光纜壓扁; ④底板縱向縫合橫向縫交叉處,存在感溫光纜布設(shè)交叉,對感溫光纜和止水帶均產(chǎn)生不利影響。

        2.2 方案2

        優(yōu)點(diǎn):①對止水帶不造成影響,感溫光纜直接布設(shè)在無砂混凝土內(nèi)部,未與止水帶直接接觸;②一旦發(fā)生滲漏,滲水通過無砂混凝土多空介質(zhì)傳導(dǎo)分散,肯定會掠過感溫光纜,即只要發(fā)生滲漏,感溫光纜肯定能感知到;③感溫光纜布設(shè)在無砂混凝土內(nèi)部,不易損壞,光纖成活率高,耐久性好。

        缺點(diǎn): ①滲水通過無砂混凝土多空介質(zhì)傳導(dǎo)分散后,掠過感溫光纜僅為一小部分滲水,感知滲漏的靈敏度降低;②無砂混凝土配合比如果加水量多、骨料顆粒小,將在感溫光纜表面包裹一層水泥漿,進(jìn)一步感知滲漏的靈敏度。

        3 結(jié)語

        首次提出兩種應(yīng)用于大型、超大型水池或水池群滲漏監(jiān)測的分布式光纖布設(shè)工藝和方案,并對兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。 兩種方案均能達(dá)到感知水池底板滲漏的效果,方案1對滲漏感知敏感,但對施工要求高, 對止水帶和光纜本身均有不利影響;方案2感知滲漏的靈敏度降低, 但對止水帶不產(chǎn)生影響,光纖成活率高,耐久性好。 在條件允許的情況下,建議兩種方案結(jié)合使用,例如底板橫向縫下感溫光纜布設(shè)采用方案1, 縱向縫下感溫光纜布設(shè)采用方案2,或者底板縱向橫向縫下同時采用方案1和方案2。

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