CN111609808A - 一种水封隧道油气管道变形监测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水封隧道油气管道变形监测***，包括置于隧道内的管道变形监测子***、隧道外数据采集与传输子***、以及位于监测预警中心的监测预警子***。管道变形监测子***，包括管道宏观变形监测装置与管道微观变形监测装置。管道宏观变形监测装置设置在管道位移明显处，管道微观变形监测装置临近管道宏观变形监测装置安装，综合分析管道变形与受力状态。本发明以控制关键、危险部位为原则，合理布设监测截面，监测布局更为科学、合理，经济性突出，根据监测结果进行实时分析解算与预警信息发布，及时采取防范措施，有助于保障管道运营安全。此外本监测***在安装时对管道运行工况无要求，无需降压，不影响油气管道正常运行。

Description

一种水封隧道油气管道变形监测***

技术领域

本发明涉及油气管道变形监测技术领域，具体为一种水封隧道油气管道变形监测***。

背景技术

河流穿越是长输油气管道建设中的关键性工程。近些年，油气管道在穿越大中型河流时广泛采用盾构穿越方式敷设。隧道穿越分为水封隧道和非水封隧道两类，在封水性差、洞壁有明显渗水的隧道通常采用水封的方式。

与埋地管道不同，隧道穿越段管道为适应隧道地形在结构设计上存在明显的上坡、下坡段，在转角处存在较大的弯头角度，而隧道内管道约束有限，弯头在内压作用下产生不均衡作用，易造成弯头变形，并可能引起邻近管卡破坏和较大的管道位移。特别是在水封隧道中，由于水深较深，水对管道的外压和浮力作用也将引起管道变形和位移。而水封隧道在通常情况下是注水密封运行的，人员无法进入隧道，只能通过定期检修查验管道状态。水封隧道检修前必须在抽水排干、充分通风之后人员才可进入受限空间开展管道安全检查，不仅工程量大，作业周期长，费用高，且检修前后水压和浮力变化也容易引起管道受力变化，可能威胁管道运行安全。

从近些年几处水封隧道定期检查的结果来看，管道受弯矩、轴向拉力和外压共同作用，在隧道转弯处易产生较大的荷载组合，导致局部管道明显位移，原本用于固定管道的管卡严重变形，甚至管卡的锚固螺栓断裂，严重影响管道的正常运行。由于每次管道检修只能获取检查时刻管道的位移与变形状态，而运行过程中无法掌握管道的在位状态，特别是在隧道注水、抽水、调压、隧道位移等工况下，无法实时获取管道安全状况，存在较大不确定性和风险。一旦管道受力超过管道材料强度，则会引发管道泄漏、爆燃等事故，其风险隐患巨大。隧道内管道属于高风险管段，应重点关注。开展水封隧道油气管道实时监测，通过监控管道宏观变形与微观变形，可以掌握管道的在位状态与受力情况，当发现异常时及时发布预警信息，防范管道安全事故。

发明内容

为实现水封隧道内管道变形监测，本发明提供了一种水封环境下测量管道宏观变形与微观变形的监测***，通过长期监测管道位移与管道应变，准确掌握水下管道的在位状态与受力情况，并根据监测结果开展水封隧道油气管道安全预警。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种水封隧道油气管道变形监测***，包括置于隧道内的管道变形监测子***、置于隧道外的数据采集与传输子***，以及位于监测预警中心的监测预警子***；所述管道变形监测子***，包括管道宏观变形监测装置与管道微观变形监测装置；所述数据采集与传输子***，包括光纤终端盒、光纤光栅解调仪、数据传输模块、避雷装置、供电装置，所述监测预警子***位于监测预警中心实体服务器或云服务器端；包括数据中心，用于接收监测数据与筛选数据，数据分析模块，用于开展管道位移分析与管道应变/应力分析，监测预警模块综合管道宏观位移变形与管道应力状态，并以管道本质安全监测预警为核心，根据计算得到的管道轴向附加拉、压应力最大值占轴向附加拉、压应力容许值的比例发布相应预警信息。

上述的水封隧道油气管道变形监测***中，所述管道宏观变形监测装置，包括特制不锈钢管箍、管箍固定螺栓、上调节板、光纤光栅位移计连接杆、光纤光栅位移计、下调节板、地面固定螺栓；所述特制不锈钢管箍，分为两个半圆，通过管箍固定螺栓紧固于管道表面；为防止特制不锈钢管箍损伤管道及三层PE防腐层，在管道与不锈钢管箍之间安装6mm厚橡胶板；在靠近隧道台阶一侧，将上调节板通过管箍固定螺栓与特制不锈钢管箍连接；下调节板通过地面固定螺栓固定于隧道地面上，安装时确保上调节板和下调节板中心线在竖直方向重合；在上调节板和下调节板之间安装光纤光栅位移计，并将光栅位移计两端连接杆紧固于上调节板和下调节板的卡孔内。

上述的水封隧道油气管道变形监测***中，所述管道微观变形监测装置，包括光纤光栅应变计、光纤光栅温度计、监测截面防护层、单芯铠装光缆、光缆保护管、隧道光缆、隧道光缆接续盒；光纤光栅应变计、光纤光栅温度计均安装在管道钢体表面，安装时需局部打开管道三层PE防腐层，使用点焊技术将光纤光栅应变计、光纤光栅温度计熔接在管道表面。

上述的水封隧道油气管道变形监测***中，所述管道宏观变形监测装置引出光缆与邻近所述管道微观变形监测装置引出光缆在管道顶部串联后，使用2路单芯铠装光缆通过光缆接续盒将串联光缆的首尾两端与隧道光缆熔接，单芯铠装光缆外使用光缆保护管保护，并在光缆接续盒内灌入密封胶防止水渗入。

上述的水封隧道油气管道变形监测***中，所述单芯铠装光缆接入隧道光缆时设计有备用通道，当所述管道宏观变形监测装置与所述管道微观变形监测装置组成的串联光缆出现某处故障时，由一端正向测量部分传感器数据，由另一端反向测量剩余传感器数据，确保所有传感器数据正常读取。

上述的水封隧道油气管道变形监测***中，所述数据采集与传输子***中的光纤终端盒，用于将隧道光缆中各路光缆分开，便于使用跳线与各路光缆连接，分别读取各路光缆的监测数据；光纤光栅解调仪，通过跳线与各路光缆连接，定时向各路光缆发射单波长的激光，且发射的激光可在较大波段范围内变化，同时记录各路光缆中传感器的返回波长，并存储于光纤光栅解调仪内；数据传输模块，用于将存储于光纤光栅解调仪内的监测数据传输至指定服务器端监测预警子***数据中心；避雷装置，用于防止野外空旷环境中一体化野外监测站遭受雷电影响致现场设备及线路损坏；供电装置，用于为光栅解调仪、数据传输模块供电，确保设备24小时正常工作。

上述的水封隧道油气管道变形监测***中，所述监测预警子***，数据中心接收监测数据并执行数据筛选，数据筛选分为有效数据筛选和异常数据筛选两个子步骤；设每次采集数据时发布m次数据采集命令，成功采集到n组数据，则对n组数据依次执行有效数据筛选和异常数据筛选；有效数据筛选是根据传感器量程对上述n组数据进行初步筛查，剔除超出传感器量程范围的无效数据，剩余n₂组数据；异常数据筛选是根据格拉布斯检验法对剩余n₂组数据取检出水平为5％，定义格拉布斯检验的临界值Gp(n₂)，并依次计算剩余n₂组数据的均值

标准差

及每组数的格拉布斯检验统计值

选取剩余n₂组数据中格拉布斯检验统计值最大值G_k(G_k＝max(G_i))进行分析,若G_k＞Gp(n₂)说明第k个数据为异常值，需剔除第k个数据，对剩余n₂＝n₂-1组数据重新进行上述异常数据筛选过程，直至G_k＜Gp(n₂)，说明剩余数据并非异常值，保留剩余数据并取剩余数据平均值作为本次测量结果值筛选后的监测数据，同时结束数据筛选；

上述筛选后的监测数据，进入数据分析模块开展管道位移分析与管道应变/应力分析；管道位移在考虑温度波长的前提下按照波长与位移计算公式使用监测数据直接计算得到；监测截面任意位置的管道应变值可根据同一时刻监测截面上的3组应变数据在剔除温度影响后计算得到，具体计算步骤如下：

管道应变由薄膜应变、y方向弯曲应变和z方向弯曲应变组成；设监测截面薄膜应变、最大y向弯曲应变和最大z向弯曲应变分别为ε_m、

则根据叠加原理，得管道截面上任一点处的应变为，公式1：

管道顶部和左右两侧监测应变值分别为U(0,r_o)、

其与ε_m、

的关系如下：

公式2：

公式3：

公式4：

由公式2-公式4得到由监测应变表示的监测截面薄膜应变和y方向、z方向最大弯曲分别为：

公式5：

公式6：

公式7：

组合y、z两方向的弯曲应变，可得截面最大弯曲应变为，公式8：

最大弯曲应变所在角度为，公式9：

相应地，监测截面最大与最小轴向应变为，公式10：

由监测应变表示的管道截面任一处的轴向应变为，公式11：

同样，由上式可得监测截面各角度最大轴向应变为，公式12：

监测截面平均轴向应变为，公式13：

监测截面弯曲应变为，公式14：

由公式12-公式14依据管道应力-应变关系曲线，得到监测截面各角度最大轴向应力、平均轴向应力、弯曲应力值；

监测预警子***中的监测预警模块综合管道宏观位移变形与管道应力状态，并以管道本质安全监测预警为核心发布预警信息；当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的30％时，发布蓝色预警信息；当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的60％时，发布黄色预警信息；当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的90％时，发布红色预警信息。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明选用的位移传感器与应变传感器均为无源传感器，且防水、耐水压，可用于水下长期监测，特别适用于水封隧道中油气管道宏观与微观变形监测，不会对水下管道产生不良影响，能够实现管道运行过程实时在线监测，且该***同样适用于非水封隧道内管道变形监测，并且在不调整现有监测方式的情况下还可根据实际需要替换为振弦式传感器，适用范围更广。本发明以控制关键、危险部位为原则，合理布设监测截面，监测布局更为科学、合理，经济性突出。监测预警***根据监测结果进行实时分析解算与预警信息发布，及时采取防范措施，有助于保障管道运营安全。此外本监测***在安装时对管道运行工况无要求，无需降压，不影响油气管道正常运行。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的管道变形监测***整体结构示意图。

图2是本发明管道宏观变形监测装置示意图。

图3为本发明管道微观变形监测装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

为监测隧道穿越段，特别是水封隧道穿越段油气管道变形，本发明实施例提供了一种水封隧道油气管道变形监测***，并且适用于非水封隧道穿越段管道变形监测，具体技术方案如下：

如图1所示，一种水封隧道油气管道变形监测***，包括置于隧道内的管道变形监测子***、置于隧道外的数据采集与传输子***以及位于监测预警中心的监测预警子***。

管道变形监测子***，包括管道宏观变形监测装置与管道微观变形监测装置。监测开展前，需根据现场管道中线三维测量结果建立局部坐标系下当前管道三维走向图，结合管道竣工图纸在同一局部坐标系下建立竣工时管道三维走向图；使用有限元方法建立竣工时与当前管道三维分析模型；结合现场调查情况，将隧道内不同位置管道约束转化为相应约束条件加载于竣工时管道三维分析模型上，同时对管道施加内压、外压及局部荷载，经过反复试算得到竣工时管道位形变为当前管道位形时管道的变形状态与受力状态；根据分析结果选择管道变形明显与受力集中部位开展管道宏观变形与微观变形监测。如图2所示，管道宏观变形监测装置应用时选择管道位移变形较明显处安装，管道微观变形监测装置临近管道宏观变形监测装置安装或选择管道受力集中部位安装，综合监测管道变形与受力状态。管道宏观变形监测装置，包括特制不锈钢管箍101、管箍固定螺栓105、上调节板106、光纤光栅位移计连接杆110、光纤光栅位移计107、下调节板108、地面固定螺栓109。特制不锈钢管箍101分为两个半圆，通过管箍固定螺栓105紧固于管道表面；为防止特制不锈钢管箍101损伤管道104及三层PE防腐层103，在管道104与不锈钢管箍101之间安装6mm厚橡胶板102。在靠近隧道台阶113一侧，将上调节板106通过管箍固定螺栓105与特制不锈钢管箍101连接。下调节板108通过地面固定螺栓109固定于隧道地面上，安装时确保上、下调节板中心线在竖直方向重合。在上调节板106和下调节板108之间安装光纤光栅位移计107，并将光栅位移计两端连接杆110紧固于上、下调节板的卡孔内。上、下调节板上设有不同卡孔位置，可根据管道与地面实际距离与传感器及连接杆实际长度调整安装位置。如图3所示，管道微观变形监测装置，包括光纤光栅应变计201、光纤光栅温度计202、监测截面防护层203、单芯铠装线缆204、光缆保护管205、隧道光缆111、隧道光缆接续盒206，在前期分析的可能管道应力集中部位至少安装3套光纤光栅应变计201、1套光纤光栅温度计202。光纤光栅应变计201、光纤光栅温度计202需安装在管道钢体表面，安装时需局部打开管道三层PE防腐层103，使用点焊技术将光纤光栅应变计201、光纤光栅温度计202熔接在管道表面。为加快现场施工进度，同一截面使用的光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器可提前定制并组串。之后，对三层PE防腐层103局部打开处进行烘干与粘弹体防腐，防止水汽残留腐蚀管道与传感器。防腐完成后需使用电火花检漏仪，确保完全防腐。光纤光栅应变计201、光纤光栅温度计202引出光缆需S形盘绕于管壁上，预留足够变形量，防止管道变形扯拽线缆致光缆损伤，整个监测截面使用监测截面保护层203保护。

管道宏观变形监测装置引出光缆与邻近管道微观变形监测装置引出光缆在管道顶部串联后，使用2路单芯铠装光缆204通过光缆接续盒206将串联的光缆首尾两端与隧道光缆111熔接，并在光缆接续盒206内灌入密封胶防止水渗入。单芯铠装光缆204接入隧道光缆时设计有备用通道，当管道宏观变形监测装置与管道微观变形监测装置组成的串联光缆出现某处故障时，可由一端正向测量部分传感器数据，由另一端反向测量剩余传感器数据，确保所有传感器数据正常读取。单芯铠装光缆204外穿PVC光缆保护管205。隧道光缆111选用防水、抗水压、耐水解、耐腐蚀性好、高强度的标准松套管层绞式钢丝铠装光缆，可在水下环境长期稳定运行。隧道光缆固定于隧道内台阶113一侧墙壁扶手112上方光缆盒内，并在敷设过程中预留一定长度线缆。根据隧道实际情况，以及管道宏观变形监测装置、管道微观变形监测装置安装数量与安装位置，综合确定数据采集与传输子***布设位置。隧道光缆由隧道一侧或隧道两侧引出隧道，并接入隧道口附近的数据采集与传输子***。

隧道外数据采集与传输子***包括光纤终端盒、光纤光栅解调仪、数据传输模块、避雷装置、供电装置。若现场无市电可用时，可配备太阳能电池板和蓄电池供电***，确保监测设备24小时在线监测与定时数据传输。

按照设定，数据采集与传输子***中的光纤终端盒用于将隧道内主光缆中各路光缆分开，便于使用跳线与各路光缆连接，分别读取各路监测数据。光纤光栅解调仪通过跳线与各路光缆连接，定时向各路光缆发射单波长的激光，且发射的激光可在较大波段范围内来回变化，同时记录各路光缆中传感器的返回波长，并存储于光纤终端盒内。避雷装置用于防止野外空旷环境下一体化野外监测站遭受雷电影响致现场设备及线路损坏。数据采集与传输子***定时或实时采集监测数据，并通过数据传输模块使用无线通讯网络，将数据传输至监测预警中心实体服务器或云服务器。监测预警子***，位于监测预警中心实体服务器或云服务器端，包括数据中心用于接收监测数据并执行数据筛选，数据分析模块用于开展管道位移分析与管道应变/应力分析，监测预警模块综合管道宏观位移变形与管道应力状态，并以管道本质安全监测预警为核心，根据计算得到的管道轴向附加拉、压应力最大值占轴向附加拉、压应力容许值的比例发布相应预警信息。其中数据中心接收到监测数据后需经过数据筛选。数据筛选分为有效数据筛选和异常数据筛选两个子步骤。设每次采集数据时发布m次数据采集命令，成功采集到n组数据，则对n组数据依次执行有效数据筛选和异常数据筛选。有效数据筛选是根据传感器量程对上述n组数据进行初步筛查，剔除超出传感器量程范围的无效数据，剩余n₂组数据。异常数据筛选是根据格拉布斯检验法对剩余n₂组数据取检出水平为5％定义格拉布斯检验的临界值Gp(n₂)，并依次计算剩余n₂组数据的均值

标准差

及每组数的格拉布斯检验统计值

选取剩余n₂组数据中格拉布斯检验统计值最大值G_k(G_k＝max(G_i))进行分析,若G_k＞Gp(n₂)说明第k个数据为异常值，需剔除第k个数据，对剩余n₂＝n₂-1组数据重新进行上述异常数据筛选过程，直至G_k＜Gp(n₂)，说明剩余数据并非异常值，保留剩余数据并取剩余数据平均值作为本次测量结果值筛选后的监测数据，同时结束数据筛选。

上述筛选后的监测数据，可进入数据分析模块开展管道位移分析与管道应变/应力分析。管道位移在考虑温度波长的前提下可按照波长与位移计算公式使用监测数据直接计算得到。管道应变/应力分析则相对复杂，基于弹性理论中的平截面假定和叠加原理，根据同一时刻监测截面上的3组应变数据(使用光纤光栅应变监传感器时为3组应变数据和1组温度数据)可计算出监测截面任意位置的管道应变值，具体计算步骤如下：

管道应变由薄膜应变、y方向弯曲应变和z方向弯曲应变组成。设监测截面薄膜应变、最大y向弯曲应变和最大z向弯曲应变分别为ε_m、

则根据叠加原理，得管道截面上任一点处的应变为，公式1：

对于实施例一中提及的优选轴向应变传感器安装方式，管道顶部和左右两侧监测应变值分别为U(0,r_o)、

其与ε_m、

的关系如下：

公式2：

公式3：

公式4：

由公式2-公式4可得到由监测应变表示的监测截面薄膜应变和y方向、z方向最大弯曲分别为：

公式5：

公式6：

公式7：

组合y、z两方向的弯曲应变，可得截面最大弯曲应变为，公式8：

最大弯曲应变所在角度为，公式9：

相应地，监测截面最大与最小轴向应变为，公式10：

由监测应变表示的管道截面任一处的轴向应变为，公式11：

同样，由上式可得监测截面各角度最大轴向应变为，公式12：

监测截面平均轴向应变为，公式13：

监测截面弯曲应变为，公式14：

由公式12-14依据管道应力-应变关系曲线，可得到监测截面各角度最大轴向应力、平均轴向应力、弯曲应力值。

监测预警子***中的监测预警模块综合管道宏观位移变形与管道应力状态，并以管道本质安全监测预警为核心发布预警信息；当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的30％时，发布蓝色预警信息；当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的60％时，发布黄色预警信息；当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的90％时，发布红色预警信息。监测预警子***的监测预警模块综合管道宏观位移变形与管道应力状态，并以管道本质安全监测预警为核心发布预警信息，根据计算得到的管道轴向附加拉、压应力最大值占轴向附加拉、压应力容许值的比例发布相应预警信息，并以短信形式自动推送至指定用户手机端，具体如下：

当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的30％时，监测预警子***发布蓝色预警信息；

当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的60％时，监测预警子***发布黄色预警信息；

当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的90％时，监测预警子***发布红色预警信息。

本发明选用的位移传感器与应变传感器均为无源传感器，且防水、耐水压，可用于水下长期监测，特别适用于水封隧道中油气管道宏观与微观变形监测，不会对水下管道产生不良影响，能够实现管道运行过程实时在线监测，且该***同样适用于非水封隧道内管道变形监测，并且在不调整现有监测方式的情况下还可根据实际需要替换为振弦式传感器，适用范围更广。本发明根据现场调查结果、管道竣工图纸、实测管道三维坐标以及有限元分析结果，以控制关键、危险部位为原则，合理布设监测截面，监测布局更为科学、合理，经济性突出。通过监控管道宏观变形与微观变形，实时掌握管道的在位状态与受力情况，当发现异常时及时发布预警信息。监测预警***根据监测结果进行实时分析解算与预警信息发布，及时采取防范措施，有助于保障管道运营安全。此外本监测***在安装时对管道运行工况无要求，无需降压，不影响油气管道正常运行。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水封隧道油气管道变形监测***，其特征在于，包括置于隧道内的管道变形监测子***、置于隧道外的数据采集与传输子***，以及位于监测预警中心的监测预警子***；所述管道变形监测子***，包括管道宏观变形监测装置与管道微观变形监测装置；所述数据采集与传输子***，包括光纤终端盒、光纤光栅解调仪、数据传输模块、避雷装置、供电装置，所述监测预警子***位于监测预警中心实体服务器或云服务器端；包括数据中心，用于接收监测数据与筛选数据，数据分析模块，用于开展管道位移分析与管道应变/应力分析，监测预警模块综合管道宏观位移变形与管道应力状态，并以管道本质安全监测预警为核心，根据计算得到的管道轴向附加拉、压应力最大值占轴向附加拉、压应力容许值的比例发布相应预警信息。

2.如权利要求1所述的水封隧道油气管道变形监测***，其特征在于，所述管道宏观变形监测装置，包括特制不锈钢管箍、管箍固定螺栓、上调节板、光纤光栅位移计连接杆、光纤光栅位移计、下调节板、地面固定螺栓；所述特制不锈钢管箍，分为两个半圆，通过管箍固定螺栓紧固于管道表面；为防止特制不锈钢管箍损伤管道及三层PE防腐层，在管道与不锈钢管箍之间安装6mm厚橡胶板；在靠近隧道台阶一侧，将上调节板通过管箍固定螺栓与特制不锈钢管箍连接；下调节板通过地面固定螺栓固定于隧道地面上，安装时确保上调节板和下调节板中心线在竖直方向重合；在上调节板和下调节板之间安装光纤光栅位移计，并将光栅位移计两端连接杆紧固于上调节板和下调节板的卡孔内。

3.如权利要求2所述的水封隧道油气管道变形监测***，其特征在于，所述管道微观变形监测装置，包括光纤光栅应变计、光纤光栅温度计、监测截面防护层、单芯铠装光缆、光缆保护管、隧道光缆、隧道光缆接续盒；光纤光栅应变计、光纤光栅温度计均安装在管道钢体表面，安装时需局部打开管道三层PE防腐层，使用点焊技术将光纤光栅应变计、光纤光栅温度计熔接在管道表面。

4.如权利要求3所述的水封隧道油气管道变形监测***，其特征在于，所述管道宏观变形监测装置引出光缆与邻近所述管道微观变形监测装置引出光缆在管道顶部串联后，使用2路单芯铠装光缆通过光缆接续盒将串联光缆的首尾两端与隧道光缆熔接，单芯铠装光缆外使用光缆保护管保护，并在光缆接续盒内灌入密封胶防止水渗入。

5.如权利要求4所述的水封隧道油气管道变形监测***，其特征在于，所述单芯铠装光缆接入隧道光缆时设计有备用通道，当所述管道宏观变形监测装置与所述管道微观变形监测装置组成的串联光缆出现某处故障时，由一端正向测量部分传感器数据，由另一端反向测量剩余传感器数据，确保所有传感器数据正常读取。

6.如权利要求5所述的水封隧道油气管道变形监测***，其特征在于，所述数据采集与传输子***中的光纤终端盒，用于将隧道光缆中各路光缆分开，便于使用跳线与各路光缆连接，分别读取各路光缆的监测数据；光纤光栅解调仪，通过跳线与各路光缆连接，定时向各路光缆发射单波长的激光，且发射的激光可在较大波段范围内变化，同时记录各路光缆中传感器的返回波长，并存储于光纤光栅解调仪内；数据传输模块，用于将存储于光纤光栅解调仪内的监测数据传输至指定服务器端监测预警子***数据中心；避雷装置，用于防止野外空旷环境中一体化野外监测站遭受雷电影响致现场设备及线路损坏；供电装置，用于为光栅解调仪、数据传输模块供电，确保设备24小时正常工作。

7.如权利要求6所述的水封隧道油气管道变形监测***，其特征在于，所述监测预警子***，数据中心接收监测数据与筛选数据，数据筛选分为有效数据筛选和异常数据筛选两个子步骤；设每次采集数据时发布m次数据采集命令，成功采集到n组数据，则对n组数据依次执行有效数据筛选和异常数据筛选；有效数据筛选是根据传感器量程对上述n组数据进行初步筛查，剔除超出传感器量程范围的无效数据，剩余n₂组数据；异常数据筛选是根据格拉布斯检验法对剩余n₂组数据取检出水平为5％，定义格拉布斯检验的临界值Gp(n₂)，并依次计算剩余n₂组数据的均值

标准差

及每组数的格拉布斯检验统计值

选取剩余n₂组数据中格拉布斯检验统计值最大值G_k(G_k＝max(G_i))进行分析,若G_k＞Gp(n₂)说明第k个数据为异常值，需剔除第k个数据，对剩余n₂＝n₂-1组数据重新进行上述异常数据筛选过程，直至G_k＜Gp(n₂)，说明剩余数据并非异常值，保留剩余数据并取剩余数据平均值作为本次测量结果值筛选后的监测数据，同时结束数据筛选；

上述筛选后的监测数据，进入数据分析模块开展管道位移分析与管道应变/应力分析；管道位移在考虑温度波长的前提下按照波长与位移计算公式使用监测数据直接计算得到；监测截面任意位置的管道应变值可根据同一时刻监测截面上的3组应变数据在剔除温度影响后计算得到，具体计算步骤如下：

管道应变由薄膜应变、y方向弯曲应变和z方向弯曲应变组成；设监测截面薄膜应变、最大y向弯曲应变和最大z向弯曲应变分别为ε_m、

则根据叠加原理，得管道截面上任一点处的应变为，公式1：

管道顶部和左右两侧监测应变值分别为U(0,r_o)、

其与ε_m、

的关系如下：

公式2：

公式3：

公式4：

由公式2-公式4得到由监测应变表示的监测截面薄膜应变和y方向、z方向最大弯曲分别为：

公式5：

公式6：

公式7：

组合y、z两方向的弯曲应变，可得截面最大弯曲应变为，公式8：

最大弯曲应变所在角度为，公式9：

相应地，监测截面最大与最小轴向应变为，公式10：

由监测应变表示的管道截面任一处的轴向应变为，公式11：

同样，由上式可得监测截面各角度最大轴向应变为，公式12：

监测截面平均轴向应变为，公式13：

监测截面弯曲应变为，公式14：

由公式12-公式14依据管道应力-应变关系曲线，得到监测截面各角度最大轴向应力、平均轴向应力、弯曲应力值；

监测预警子***中的监测预警模块综合管道宏观位移变形与管道应力状态，并以管道本质安全监测预警为核心发布预警信息；当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的30％时，发布蓝色预警信息；当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的60％时，发布黄色预警信息；当管道轴向附加拉、压应力值达到或超过轴向附加拉、压应力容许值的90％时，发布红色预警信息。

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