[发明专利]一种隧道内管道监测预警系统

说明书

本发明公开了一种隧道内管道安全监测与预警系统。该监测系统由管道变形测量单元、温度测量单元、支座位移及反力测量单元、水位探测单元、现场数据采集处理单元、现场声光报警器、远程分析与控制终端、光缆组成。各测量单元的监测信号由多通道解调模块和现场分析处理模块采集和处理，经无线传输模块由GPRS协议传输到远程分析与控制终端，由控制系统软件实现对监测信号的记录统计和预警分析，并进行安全阈值的设置、监测系统的远程控制和现场声光报警。该监测系统模块化和多通道设计，可以根据监测需要配置不同的监测项目和多组监测点，能够满足山体、河流等各种隧道穿越管道的监测预警，实现隧道内管道自动远程智能监测管理。

技术领域

本发明是一种隧道内油气管道安全监测预警系统，特别涉及山体及河流穿越隧道内油气管道的在线监测与安全预警，属于管道安全及测量技术领域。

背景技术

我国管道工程正处于高速发展时期，越来越多的管道要经过各种地质形貌区域，其中，隧道是管道穿越复杂山体和大型河流的一种主要方式。管道用隧道一般具有截面积小、穿越线路多样等特点，即隧道在满足管道安装需要的情况下，截面积尽可能小以减少开挖工程量，隧道线路可根据地形地质条件灵活设计。如山体隧道线路可采用“一”字型、“人”字型、折线型等，线路坡度可取0~30°；河流隧道线路可采用“U”字型、倒梯型或二者组合型；隧道长度则从几百米到几公里不等。隧道内的管道多采用支座式的安装方法，即在隧道内设置一系列连续的低支座，通过管卡将管道架空安装并固定在支座上，该方法施工方便、利于后期维护，适用于各种隧道线路类型，因此在隧道工程中广泛应用。

管道用隧道多为封闭空间，管理维护困难，特别是对于长距离山体隧道或河流隧道，由于通风、排水等问题，对隧道管道进行安全巡检的难度大、风险高。管道在运行使用过程中，管道内的运行压力和温度、以及环境温度都会发生变化，在温度和压力的共同作用下，管道会发生沿轴向的伸缩变形或横向的弯曲变形，特别是隧道线路有起伏变化时，线路转角处管道的变形更加显著。隧道越长管道因温度和内压变化而发生的变形程度越大，管道安全风险也越高。一方面，伸缩和弯曲变形会在管道内部产生巨大的内力，导致局部应力升高，失效风险增加；另一方面，支座、管卡或固定墩可能因无法承受管道变形带来的巨大作用力而发生破坏，从而失去对管道的固定作用，导致管道严重变形甚至破坏。此外，隧道内环境潮湿，管道、管卡及支座的腐蚀风险较高，尤其是河流隧道还有建成后充水的做法，如果管卡或支座破坏会造成管道悬空、漂浮并可能引发重大安全事故。隧道空间受限，一旦发生事故抢维修十分困难，隧道及其管道的安全管理是管道公司面临的难题。

传统上，管道用隧道在投用以后采用定期巡检的方法，每间隔一定时期专业人员进入隧道对管道、管卡、支座以及隧道结构本体进行检查。这种人工巡检的方法存在的主要问题：一是隧道空间相对封闭，要保持良好通风和照明才能进入，有些隧道长达几公里，巡检工作量大、安全风险高；二是管道、管卡和支座的变形通过人工检查的方式难以发现；三是无法实时掌握隧道内管道及附属设施的安全状态，往往是事后发现和处理；四是河流隧道内可能存在积水，巡检前要进行排水和通风作业，工程量巨大，如果隧道建成后进行了充水保护，巡检前的准备工作和难度更大。因此，隧道内管道的安全监管就成为管道运行管理中难点和薄弱环节。

已公开的现有技术中，有隧道结构本体的变形监测、不良地质区域管道监测预警、开放空间隧道天然气泄漏监测等技术和方法，未见关于隧道内管道的安全监测及预警技术。

如：专利200810072514.2公开了一种隧道围岩变形监测方法及其监测系统，将激光器固定于已稳定的隧道围岩内壁上，在施工隧道内不稳定围岩的初期支护上安装固定光敏位移信号监测器,根据实时的激光信号监测围岩变形，并提供信号处理与分析功能。

专利200810158286.0公开了一种隧道体元形变移动监测系统及监测方法,由激光扫描仪、CCD相机、速度计、惯导仪、中央控制装置及条形码组成，通过三维建模和模型重建,进行体元形变分析,从而可连续监测形变过程。