[发明专利]一种管道滑坡监测预警方法和系统及系统的构建方法

权利要求书

1.一种管道滑坡监测预警方法，其特征是将监测分为滑坡深部位移监测、滑坡表部位移监测、滑坡对管道的推力监测及管道应变监测四部分：

滑坡深部位移监测方法是：将粘贴有测斜管光纤光栅传感器(16)的测斜管(1)以粘有测斜管光纤光栅传感器(16)一侧朝向滑坡(13)潜在滑动的方向，在滑坡(13)上插入穿过所有潜在滑动面(15)并延伸至基岩面以下3～5m的钻孔内；将光纤接头与光缆(5)连接，通过光缆(5)将信号引到现场监测站；在现场监测站，上位计算机(8)调用自编的程序，控制光纤光栅解调仪(7)，实现数据的实时自动采集，测出测斜管(1)承受的最大拉应变；设基岩里的测斜管(1)是固定约束的，利用二重积分算法，通过测斜管(1)的拉应变分布就可求解出测斜管(1)的弯曲挠度，这一挠度即是滑坡深部位移量；

滑坡表部位移监测方法是：在滑坡(13)表部地下一定深度的垂直于滑坡(13)变形方向埋设一细长混凝土地梁(2)，并将地梁(2)两端固定约束，在混凝土地梁(2)中心钢筋(17)的轴向方向上粘贴地梁光纤光栅传感器(20)，地梁光纤光栅传感器(20)串联组成光纤光栅传感器组，各地梁光纤光栅传感器(20)的引纤熔接后接至连接光纤；在地梁(2)的一端引出光纤光栅传感器组的信号接头；将信号接头与光缆(5)连接，通过光缆(5)将信号引到现场监测站；在现场监测站，上位计算机(8)调用自编的程序，控制光纤光栅解调仪(17)，完成数据的实时自动采集；实现在土体变形导致细长混凝土地梁(2)发生变形时，监测地梁(2)伸长变形的程度和位置；

滑坡对管道的推力监测方法是：将土压力盒光纤光栅传感器(4)固定在管道(14)上，且土压力盒光纤光栅传感器(4)感受压力的敏感面朝向滑坡(13)滑动方向；土压力盒光纤光栅传感器(4)测量的压力就是滑坡(13)对管道的正面推力；

管道应变监测方法是：在滑坡(13)的两侧边缘及滑坡中心位置的管道(14)上，均匀布置管道(14)监测截面，且监测截面的间距不超过60m；在管道(14)的每个监测截面上均匀布置3个管体光纤光栅传感器(3)，监测管道(14)轴向的应变。

2.一种用于权利要求1所述管道滑坡监测预警方法的管道滑坡监测预警系统，其特征是由滑坡深部位移监测装置、滑坡表部位移监测装置、滑坡对管道的推力监测装置、管道应变监测装置、现场监测站、办公室的接收终端组成；滑坡深部位移监测装置的测斜管光纤光栅传感器(16)、滑坡表部位移监测装置的地梁光纤光栅传感器(20)、滑坡对管道的推力监测装置的土压力盒光纤光栅传感器(4)和管道应变监测装置的管体光纤光栅传感器(3)输出分别接现场监测站的光转换开关(6)，光转换开关(6)输出接光纤光栅解调仪(7)的输入，光纤光栅解调仪(7)的输出接上位计算机(8)的输入；上位计算机(8)的输出接GPRS传输模块(9)，由办公室的接收终端GPRS接收模块(10)接下位计算机(11)的输入，下位计算机(11)的输出接报警器(12)和显示器。

3.一种如权利要求2所述管道滑坡监测预警系统的构建方法，其特征是其构建方法如下：

滑坡深部位移监测装置的构建方法：

1)在拟监测的滑坡(13)上用地质钻进工艺钻孔，钻孔需穿过所有潜在滑动面(15)，并延伸至基岩面以下3～5m；要求钻孔终孔口径为Φ110mm，孔斜小于1°，钻井过程中除基岩孔外要求全套管护壁；

2)准备好ABS或PVC常规测斜管(1)；按钻孔深度将测斜管(1)逐节进行预连接，并在对接处作对准标记和编号，然后拆除连接；

3)下放测斜管(1)前，在钻孔内进行清孔作业，直至泥浆水变成清混水为止，确保钻孔通畅；提钻后立即下放粘贴有测斜管光纤光栅传感器(16)的测斜管(1)；

4)在第一节测斜管(1)外壁上粘贴测斜管光纤光栅传感器(16)，并在测斜管(1)外壁上刻凹槽，将连接光纤用胶布固定于凹槽内；将测斜管光纤光栅传感器(16)粘贴在测斜管(1)内壁十字导槽所处的某一平面内；

5)下放第一节测斜管(1)距孔口一定高度，按测斜管(1)的对准标记和编号连接第二节测斜管(1)，并在第二节测斜管(1)外壁上粘贴测斜管光纤光栅传感器(16)、刻槽、固定连接光纤后，下放第二节测斜管(1)；依此方法，下放所有测斜管(1)至孔内；当钻孔内水的浮力致使测斜管(1)上浮时，在测斜管(1)中注入适量清水以减小下放阻力；

6)待所有测斜管(1)下放至孔内后，调整十字导槽方向，使十字导槽方向及测斜管光纤光栅传感器(16)组的方向朝向滑坡体的位移方向；

7)向基岩与测斜管(1)间隙里注入M5细砂水泥砂浆，砂浆用注浆管引导，当注浆管下至离孔底1m处后开始注浆；在土体与测斜管(1)间隙内回填细砂；

8)在孔口做混凝土墩，在墩内埋设钢套筒，以保护测斜管光纤光栅传感器(16)组的信号接头；将信号接头与光缆(5)连接，通过光缆(5)将信号引到现场监测站；

滑坡表部位移监测装置的构建方法：

在滑坡地表上开挖出一条地槽，地槽的延伸方向垂直于滑坡(13)变形方向；在地槽里浇注小石混凝土地梁(2)；在地梁(2)两端的非滑坡区域，开挖作业坑，用于浇注混凝土地锚(19)，从而固定混凝土地梁(2)的两端；用焊接方式连接钢筋(17)，钢筋(17)的长度要能跨越监测区的滑坡(13)宽度；在钢筋(17)上粘贴地梁光纤光栅传感器(20)，用泡沫密封胶密封；地梁光纤光栅传感器(20)粘贴在钢筋(17)的轴向方向；采用串联的方式将地梁光纤光栅传感器(20)组成传感器组，各地梁光纤光栅传感器(20)的引纤熔接后接至连接光纤；地梁光纤光栅传感器(20)采用等间距连接，在滑坡变形的关键区，加密布置地梁光纤光栅传感器(20)；在地梁(2)浇注一半高度时放置粘有地梁光纤光栅传感器(20)的钢筋(17)，使钢筋(17)处于混凝土地梁(2)的中心位置，然后继续浇注另一半混凝土；对混凝土养护后回填地槽；浇注混凝土地锚(19)，地锚(19)内的钢筋笼与地梁钢筋(17)良好搭接，使地梁(2)两端固定约束；在地梁(2)的一端引出地梁光纤光栅传感器(20)组的信号接头；将信号接头与光缆(5)连接，通过光缆(5)将信号引到现场监测站；

滑坡对管道的推力监测装置的构建方法：

土压力盒光纤光栅传感器(4)通过土压力盒支架(21)固定在管道(14)上，土压力盒光纤光栅传感器(4)感受压力的敏感面朝向滑坡(13)的滑动方向；土压力盒支架(21)由两块圆弧形钢板卡箍组成，其中一段圆弧形钢板上焊有底座，土压力盒光纤光栅传感器(4)嵌入底座中，并保持一定的裕量，使土压力盒能自由变形；土压力盒支架(21)两端的卡箍连接件(23)通过螺帽连接；

管道应变监测装置的构建方法：

在滑坡的两侧边缘及滑坡的中心位置各布置一管道监测截面，且监测截面的间距不超过60m；在管道(14)的每个监测截面的外周均匀布置3个管体光纤光栅传感器(3)，且3个管体光纤光栅传感器(3)布置在与管道(14)轴线垂直的平面上；安装管体光纤光栅传感器(3)时，完全刮开管道(14)防腐层，并打磨管道(14)表面至光滑，用快干胶粘贴管体光纤光栅传感器封装(24)封装好管体光纤光栅传感器(3)；待三个管体光纤光栅传感器(3)全部粘贴好后，将管体光纤光栅传感器(3)的引纤一并引至地面，并进行保护。