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工程概況

橋梁建成以后，由于受氣候、環(huán)境因素的影響，結(jié)構(gòu)材料會(huì)被腐蝕和逐漸老化，長(zhǎng)期的靜、動(dòng)力荷載作用，使其強(qiáng)度和剛度隨著時(shí)間的增加和降低。這不僅會(huì)影響行車安全，更會(huì)使橋梁的使用壽命縮短。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其安全性能進(jìn)行評(píng)估是橋梁運(yùn)營(yíng)日常管理的重要內(nèi)容。橋梁健康監(jiān)測(cè)具有十分重要的作用。

參考規(guī)范

4.2.1《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTG B01-2003

4.2.2《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》JTG D60-2004

4.2.3《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D62-2004

4.2.4《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ 025-86

4.2.5《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ 004-89

4.2.6《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ 041-2000

4.2.7《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》JTGF80/2-2004

4.2.8《工程振動(dòng)測(cè)量?jī)x器和測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中國(guó)計(jì)量出版社，1999

4.2.9《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50168-2006

4.2.10《電子設(shè)備雷擊保護(hù)導(dǎo)則》GB/T 7450-1987

4.2.11《民用閉路電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB 50198-94

4.2.12《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)及驗(yàn)收規(guī)范》GB/T50311-2000

4.2.13《建筑電氣安裝工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》GBJ 303-88

4.2.14《光纜線路對(duì)地絕緣指標(biāo)及測(cè)試方法》YD5012-2003

4.2.15《光纜通信工程無(wú)人值守電源設(shè)備安裝設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》YD5046-97

4.2.16《電信網(wǎng)光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)工程及驗(yàn)收暫行技術(shù)規(guī)定》YDJ44-89

4.2.17《光纖傳輸衰減變化的監(jiān)測(cè)方法 傳輸功率監(jiān)測(cè)法》YD/T 629.1-93

4.2.18《光纖傳輸衰減變化的檢測(cè)方法 后向散射監(jiān)測(cè)法》YD/T 629.2-93

4.2.19《光纖配線架技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》YD/T 778-95

4.2.20《大芯徑大數(shù)值孔徑多模光纖光纜》YD/T 816-2003

4.2.21《光纜拉伸-應(yīng)變性能測(cè)試方法》YD/T 825-1996

4.2.22《光纖固定衰減器技術(shù)條件》YD/T 894-1997

施工方案

方案

湖南磐固光纖光柵在線結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合設(shè)計(jì)理論、施工檢測(cè)、質(zhì)量監(jiān)督、養(yǎng)護(hù)管理的要求，科學(xué)的全面覆蓋隧道的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位的監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)主要包括三大部分，即：現(xiàn)場(chǎng)無(wú)電監(jiān)測(cè)區(qū)、隧道監(jiān)控室以及遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，該系統(tǒng)可以完全取代傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式中的現(xiàn)場(chǎng)采集和遠(yuǎn)程傳輸部分。

原理

光纖光柵（Fiber Bragg Grating）傳感技術(shù)是上世紀(jì)末期開(kāi)始發(fā)展并得到國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的一種世界上先進(jìn)的光纖數(shù)碼傳感技術(shù)。其實(shí)現(xiàn)原理是：直接在石英單模光纖上制作多個(gè)光柵，封裝保護(hù)后形成光纖傳感鏈，可高精度地同時(shí)測(cè)量溫度、應(yīng)變、壓力、位移等多種物理量。由于光纖傳感鏈中傳感器和傳輸線是合一的，均為石英單模光纖，唯一的區(qū)別在于傳感器是石英單模光纖中經(jīng)過(guò)加工、處理、封裝、保護(hù)的局部一段長(zhǎng)度（一般為10mm左右）。所以，光纖光柵傳感技術(shù)最主要的優(yōu)點(diǎn)就在于現(xiàn)場(chǎng)不供電，免受雷擊損壞和電磁干擾；此外，由于光纖光柵溫度在線監(jiān)測(cè)儀采用并行光譜探測(cè)技術(shù)，系統(tǒng)中所有感溫探頭的單次同步掃描時(shí)間小于一秒鐘，加之感溫探頭的快速導(dǎo)熱封裝，使得開(kāi)關(guān)柜及電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠在事故隱患產(chǎn)生時(shí)提前預(yù)警，有效避免事故的發(fā)生。系統(tǒng)提供移動(dòng)端報(bào)警機(jī)制，不僅值班室會(huì)及時(shí)響應(yīng)，同時(shí)將報(bào)警訊息以短信形式發(fā)送至相關(guān)管理人員手機(jī)移動(dòng)端。

特點(diǎn)

光纖光柵傳感器具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

（1）傳感器體積小、重量輕、外形可變，適合埋入大型結(jié)構(gòu)中，可測(cè)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)定性好，可重復(fù)使用；

（2）與光纖之間存在天然的兼容性，易與光纖連接，光譜特性好，低損耗、可靠 性高；

（3）具有絕緣性，不影響待測(cè)結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點(diǎn)，適合 在惡劣環(huán)境中工作；

（4）一根光纖可以串聯(lián)多個(gè)光纖光柵傳感器，由其構(gòu)成傳感陣列，與波分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量；

（5）傳感器靈敏度高、分辨率大。

實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn):

（1）自動(dòng)對(duì)光纖光柵應(yīng)變傳感器所在隧道區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)應(yīng)變監(jiān)控，檢測(cè)隧道現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變的異常波動(dòng)，在事故發(fā)生前及時(shí)報(bào)警。

（2）各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值和報(bào)警信息都保存到大容量?jī)?chǔ)存器中，系統(tǒng)按照時(shí)間將數(shù)據(jù)分為歷史信息、實(shí)時(shí)信息; 管理操作人員可以遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)調(diào)整被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔滿足實(shí)際要求；管理操作人員可在局域網(wǎng)上查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的歷史應(yīng)變值變化曲線，為決策和維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

（3）可對(duì)隧道應(yīng)變的異常報(bào)警觸發(fā)條件進(jìn)行設(shè)定，以適用不同季節(jié)氣溫條件下實(shí)際運(yùn)行的差異

（4）分析儀報(bào)警接口輸出開(kāi)關(guān)量可直接接入儀表操作室現(xiàn)有的燈光、廣播、其它系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警并在值班室顯示，也可通過(guò)手機(jī)短信發(fā)送信息至相關(guān)人員手機(jī)。

（5）具有自檢功能，可對(duì)光纖傳輸線路的損耗及斷點(diǎn)位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，方便系統(tǒng)調(diào)試、維護(hù)及線路檢修。

安裝流程

安裝流程圖

（1）現(xiàn)場(chǎng)無(wú)點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)

現(xiàn)場(chǎng)是由多個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感、光纖光柵自溫補(bǔ)應(yīng)變傳感器基于傳輸光纜組成，應(yīng)變、溫度的物理量轉(zhuǎn)換成光信號(hào)有光纖傳輸給分析儀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)自動(dòng)采集。

（2）隧道監(jiān)控室

在隧道監(jiān)控室放置光纖光柵傳感分析儀和無(wú)線GPRS通訊傳輸設(shè)備，分析儀把監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器傳輸過(guò)來(lái)的光信號(hào)解調(diào)成應(yīng)變、溫度的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)隧道附近的基站，利用無(wú)線GPRS通訊設(shè)備將數(shù)據(jù)傳出傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控中心的信息管理系統(tǒng)。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控中心信息管理系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)中心信息管理系統(tǒng)主要包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示與分析、隧道安全評(píng)估分析顯示、監(jiān)控報(bào)警、日常安全檢查記錄、數(shù)據(jù)庫(kù)等幾個(gè)子系統(tǒng)。

其中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示與分析、系統(tǒng)的報(bào)警、隧道安全評(píng)估分析顯示、日常安全檢查記錄、數(shù)據(jù)庫(kù)等是隧道光纖光柵在線結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，運(yùn)行在實(shí)時(shí)監(jiān)控工作站上。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

光纖光棚在線結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

實(shí)例