隧道滲水監(jiān)測&火災(zāi)預(yù)警新工具
——隧道工程中的光纖傳感器

近年來,世界各地的隧道工作者們開始逐步嘗試在隧道運維中應(yīng)用光纖傳感器,目前,光纖傳感器在隧道的滲水監(jiān)控和火災(zāi)監(jiān)控方面都有了一定的應(yīng)用。

滲水監(jiān)控

東京地鐵公司正在使用一種新型的光纖傳感器,用于監(jiān)控東京地鐵線路隧道內(nèi)的滲水現(xiàn)象。東京地鐵線路有167 km位于地下,且建成年代久遠,因此及時發(fā)現(xiàn)隧道襯砌的滲水位置對于隧道運維至關(guān)重要。由于光纖傳感器在幾何形狀方面具有很強的適應(yīng)性,并且易于大規(guī)模部署,所以東京地鐵公司聯(lián)合神戶大學(xué)與設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)了一套用于監(jiān)控滲水情況的光纖傳感器系統(tǒng)。

該技術(shù)利用光在空氣與水中的折射率不同,來判斷混凝土是否存在滲水現(xiàn)象,傳感器通過光在光纖內(nèi)的反射與折射的變化可以非常清晰地監(jiān)測到襯砌表面是否有水-冰存在。實驗室測試證明,這種光纖傳感器敏感度極高,混凝土表面潮濕狀態(tài)的微小差異也能夠輕易識別。

該技術(shù)首先在東京地鐵的千代田線沿線進行了試驗性部署。在實際使用過程中,由于傳感器過于敏感,研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)列車經(jīng)過時產(chǎn)生的額外熱量以及附著在滲水中的其他物質(zhì)都有可能對監(jiān)測結(jié)果造成干擾。盡管會受到干擾,但當(dāng)隧道襯砌實際發(fā)生漏水時,光纖傳感器依舊可以識別出漏水情況,在長達13個月的測試期內(nèi),該傳感器準確監(jiān)測了漏水現(xiàn)象,并且監(jiān)測結(jié)果與人工檢測的記錄和結(jié)果非常吻合。

目前東京地鐵正在改進這項技術(shù),并計劃在未來利用這種傳感器收集全線的襯砌滲漏信息,以有效規(guī)劃老化的地鐵隧道維護工作。

火災(zāi)監(jiān)控

火災(zāi)光纖傳感器系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)已經(jīng)成功用于監(jiān)控傳送帶、制造業(yè)工廠的自動化生產(chǎn)線和化工廠中。與傳統(tǒng)的溫度傳感器相比,光纖傳感器具有易于安裝、耐用、需要很少的維護等多種優(yōu)點,因此具有優(yōu)越的性價比。

目前,火災(zāi)光纖傳感器也開始在隧道運維中得到應(yīng)用,例如德國的聯(lián)邦49號公路Treysa/Frankenhain隧道在近期的技術(shù)擴建中安裝了新型光纖火災(zāi)傳感器以取代傳統(tǒng)的火災(zāi)傳感器。

光纖測溫原理是一種利用光纖技術(shù)來測量物體表面溫度的新型技術(shù),其核心原理是利用光纖吸收測量物體表面的熱量,然后使用溫度傳感器對光纖的溫度變化進行測量,從而獲得物體表面的溫度數(shù)據(jù)。

光纖本身不帶電,體積小,質(zhì)量輕,易彎曲,適合在隧道環(huán)境中使用;相比傳統(tǒng)的火災(zāi)傳感器,光纖傳感器擁有更多的測量點和更大的覆蓋范圍: Treysa/Frankenhain隧道使用的DTSX1光纖傳感器的每條光纖最多可支持至多32 000個溫度測量點,單根光纖傳感器的長度最大可達16 km。

火災(zāi)光纖傳感器的直徑僅為4 mm,每根光纖傳感器內(nèi)都包含2根獨立的光纖。它們由不銹鋼保護管、阻燃且耐腐蝕的護套包圍。由于光纖傳感器內(nèi)沒有電子元件,所以在高壓、高溫的惡劣環(huán)境比傳統(tǒng)的火災(zāi)傳感器更為可靠,也不會在高溫中散發(fā)出有毒氣體。

結(jié)語

傳感器是實現(xiàn)隧道運維自動化和智能化的關(guān)鍵之一,期待光纖傳感器技術(shù)能夠得到進一步的發(fā)展,為未來隧道運維實現(xiàn)自動化和智能化打下堅實的基礎(chǔ)!