隧道滲水監測&火災預警新工具
——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用光纖傳感器,目前,光纖傳感器在隧道的滲水監控和火災監控方面都有了一定的應用。

滲水監控

東京地鐵公司正在使用一種新型的光纖傳感器,用于監控東京地鐵線路隧道內的滲水現象。東京地鐵線路有167 km位于地下,且建成年代久遠,因此及時發現隧道襯砌的滲水位置對于隧道運維至關重要。由于光纖傳感器在幾何形狀方面具有很強的適應性,并且易于大規模部署,所以東京地鐵公司聯合神戶大學與設備生產企業研發了一套用于監控滲水情況的光纖傳感器系統。

該技術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象,傳感器通過光在光纖內的反射與折射的變化可以非常清晰地監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的微小差異也能夠輕易識別。

該技術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,研發人員發現列車經過時產生的額外熱量以及附著在滲水中的其他物質都有可能對監測結果造成干擾。盡管會受到干擾,但當隧道襯砌實際發生漏水時,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,該傳感器準確監測了漏水現象,并且監測結果與人工檢測的記錄和結果非常吻合。

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

火災監控

火災光纖傳感器系統在全球范圍內已經成功用于監控傳送帶、制造業工廠的自動化生產線和化工廠中。與傳統的溫度傳感器相比,光纖傳感器具有易于安裝、耐用、需要很少的維護等多種優點,因此具有優越的性價比。

目前,火災光纖傳感器也開始在隧道運維中得到應用,例如德國的聯邦49號公路Treysa/Frankenhain隧道在近期的技術擴建中安裝了新型光纖火災傳感器以取代傳統的火災傳感器。

光纖測溫原理是一種利用光纖技術來測量物體表面溫度的新型技術,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據。

光纖本身不帶電,體積小,質量輕,易彎曲,適合在隧道環境中使用;相比傳統的火災傳感器,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。

火災光纖傳感器的直徑僅為4 mm,每根光纖傳感器內都包含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。由于光纖傳感器內沒有電子元件,所以在高壓、高溫的惡劣環境比傳統的火災傳感器更為可靠,也不會在高溫中散發出有毒氣體。

結語

傳感器是實現隧道運維自動化和智能化的關鍵之一,期待光纖傳感器技術能夠得到進一步的發展,為未來隧道運維實現自動化和智能化打下堅實的基礎!