分布式光纤监测在岷江航电枢纽库区防护工程中的应用

杨皓然 丁易峰 徐超炎

（四川江源工程咨询有限公司， 四川 成都 610041）

鉴于水利工程的重要性，对其实施安全监测十分必要。通过安全监测及数据分析，可以及时掌握建筑物的工作状态，有效防止事故发生。同时，监测数据资料还能进一步验证设计施工的合理性，为其进一步改进提供科学依据[1]。

目前，安全监测通常采用单点监测方法，其存在测点少、成果不直观、易漏测等弊端[2]。而分布式光纤监测技术可通过埋设不同的光纤传感器实时监测光纤沿线任一点上的渗流、应力、应变、温度等多个参数，成果直观，并且可通过大范围网状布设，实现对工程的全方位监测[3]。

本文简要介绍了分布式光纤监测技术在岷江犍为航电枢纽库区防护工程中的应用实施，希望能为其它类似工程安全监测设计提供借鉴。

1 工程概况

岷江犍为航电枢纽工程是岷江下游河段（乐山－宜宾）航运和水电规划的第三个梯级。枢纽总库容2.27亿m³，总装机容量500MW，正常蓄水位335.00m，船闸等级为Ⅲ级，可通行1000吨级船舶，主要建筑物包括船闸、泄洪冲砂闸、发电厂房、混凝土重力堤、鱼堤、开关站和库区防护工程等。工程开发任务为以航运为主，结合发电，兼顾供水、灌溉，并促进地方经济社会发展。

犍为枢纽库区防护工程包括塘坝乡、石马坝、前丰坝防护工程，是枢纽的重要组成部分。塘坝乡防护工程由防洪堤、格栅坝、排涝隧洞和泵站组成；石马坝防护工程由垫地工程、防渗排浸工程、排水工程组成；前丰坝防护工程为垫地抬填工程。

2 目的与意义

塘坝乡防洪堤采用上游防渗面板+水平趾板+混凝土防渗墙的防渗体系，石马坝采用高压旋喷防渗墙防渗排浸，均需要对其防渗效果及安全性态进行监测、预测。鉴于该工程防渗效果的重要性，为尽量避免漏测以及准确定位渗漏通道，塘坝乡防洪堤和石马坝防渗墙采用大面积的分布式光纤监测。

布设光纤监测可在工程的施工期、蓄水初期和运行期，基于分布式监测数据，对防渗体系的渗漏状况进行研判，为防渗体系的运行性态监测和缺陷检测提供支撑，对防渗体系的防渗效果和可靠性的监测具有传统监测手段无法比拟的优势。

3 应用目标

在尽量减少对塘坝乡和石马坝防渗系统施工干扰的基础上，充分考虑现有的施工条件，在防渗墙施工过程中选择特定的距离间隔，安装监测渗漏的分布式光纤传感器。对于渗流的监测需要采用专门的电阻丝加热光缆，实现监测位置的低温补偿，最后通过融合主动温度补偿技术、分布式拉曼测温技术、数据传输及远程存储技术，构建工程防渗体系的监测数据库，开发工程渗漏的动态分析、预警预测系统，为工程的运行性态监测和安全性评估提供支撑。

4 应用方案

4.1 分布式光纤渗流传感器的埋设安装

4.1.1 塘坝乡防洪堤防渗墙分布式光纤渗流传感器的埋设安装

防渗墙位于防洪堤上游库区内，一般深度为10m左右，最深处约为18m。整个防渗墙总长度与防洪堤长度一致，约为2709m。考虑每间隔50m距离垂直布置一条紧贴防渗墙下游侧的分布式温度感测光纤用于防渗监测，共需要垂直布设54个监测位置，然后将54个监测位置的光纤进行串联，组成一整根光纤。

对于防渗墙的每个监测位置，具体的光纤安装方法是，在防渗墙开槽后、浇筑混凝土之前将分布式感测光纤布设至指定位置，浇筑混凝土施工需要避免对光缆造成破坏，混凝土浇筑完毕后光纤既埋设在防渗墙混凝土中。每个监测位置完成垂直布设光纤后，需要做好尾端保护措施，以为后期光纤的连接保存完好的接头。

4.1.2 塘坝乡防洪堤防渗面板及趾板分布式光纤渗流传感器的埋设安装

在与防渗墙监测位置相对应的位置，布设面板和趾板的光纤渗漏传感器。同样沿堤防的轴线方向每间隔50m的距离，紧贴水平趾板的底面和防渗面板的下游面布设分布式光纤渗漏传感器，用于防渗监测。共需要布设 54个监测位置。光纤渗漏传感器的预埋方法类似于在防渗面板中预埋止水带的施工方法。同样的将 54个监测位置的光纤进行串联，组成一整根光纤。由于需要光纤预埋，然后再浇筑水平趾板和防渗面板，因此光纤的韧性和耐破坏能力将决定其成活率，需要采用铠装光纤传感器，预防施工过程中的破坏。

4.1.3 石马坝高压旋喷防渗墙分布式光纤渗流传感器的埋设安装

石马坝防渗墙总长3995m，一般深度约为25m。考虑每间隔50m垂直布置一条紧贴防渗墙下游侧的分布式温度感测光纤用于防渗监测，共需要布设80个监测位置。将80个监测位置沿堤防的长度平均分成2组，每组40个。每组 40个监测位置的光纤进行串联，组成一整根光纤。由于石马坝防渗墙采用高压旋喷成墙的施工方法，无法预埋光纤传感器，因此需要待防渗墙施工完工之后，再钻孔安放光纤传感器。

4.2 光纤信号的实时采集解调和数据转发

光纤传感器通过光信号对其周围的环境变化进行感知，需要实现对光信号的发射和实时采集以及调制解调等，获取分布式光纤沿线任意位置处的信息。对解调后的数据进行暂存、打包和转发，数据格式与后台数据库系统无缝衔接，实现数据的局域网内无线远传功能和远距离后台监控。

4.3 监测数据的分析和处理

对监测数据进行实时处理和分析；通过与防渗墙渗漏进行映射分析，将光纤传回的监测数据处理成具有工程意义的渗流信息，得出渗漏的情况，并对发生的渗漏进行预警。

4.4 光纤监测分析系统

建立分布光纤监测分析系统，对监测数据、分析成果，包括数据、图表、报警信息等进行显示、打印、发布、远程传输或以其他形式进行输出。在工程现场和远距离控制中心，实现数据的实施传输，和对关键数据动态分析，对关键成果实现查询显示、曲线绘制和报警信息查询、显示和远程发布。

5 结语

岷江犍为航电枢纽塘坝乡和石马坝防护工程保护耕地面积 2487亩，保护人口 3325人，鉴于其防渗效果的重要性，采用大面积的分布式光纤进行监测，以尽量避免漏测以及准确定位渗漏通道。本文从分布式光纤渗流传感器的埋设安装、光纤信号的实时采集解调和数据转发、监测数据的分析和处理、光纤监测分析系统的建立等方面简要介绍了分布式光纤监测技术在岷江犍为航电枢纽库区防护工程中的应用实施，希望能为其它类似工程安全监测设计提供借鉴。