灘海陸岸平臺(tái)在線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

1、<p>　　灘海陸岸平臺(tái)在線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)研究</p><p>　　摘 要：應(yīng)用自動(dòng)化測(cè)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過對(duì)灘海陸岸平臺(tái)形變指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，開發(fā)集施工控制、安全運(yùn)營(yíng)于一體的灘海陸岸平臺(tái)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，消除了人工監(jiān)測(cè)的短板，對(duì)于及時(shí)掌握灘海陸岸平臺(tái)安全預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)灘海油田安全、科學(xué)開發(fā)意義重大。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：灘海陸岸平臺(tái) 安全 在線監(jiān)測(cè) </p>

2、<p><b>　　一、引言 </b></p><p>　　隨著我國(guó)東部油田相繼進(jìn)入開發(fā)中后期，環(huán)渤海灣水深0-5m的灘海地區(qū)已經(jīng)成為東部油田重要的產(chǎn)量接替陣地。目前，建設(shè)離岸灘海陸岸平臺(tái)是灘海油田的有效開發(fā)方式，但由于灘海陸岸平臺(tái)處于復(fù)雜的海洋環(huán)境中，長(zhǎng)期受到風(fēng)浪、潮流、海冰、風(fēng)暴潮和地震等多種海洋動(dòng)力環(huán)境因素的共同影響，在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中，容易造成圍堤防護(hù)層破壞以及島體滑移、沉

3、降、斷裂等結(jié)構(gòu)異常變形，因此必須通過安全監(jiān)測(cè)及時(shí)獲取信息，對(duì)各種災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警和反演分析。 </p><p>　　二、灘海陸岸平臺(tái)安全監(jiān)測(cè)問題 </p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于灘海油田灘海陸岸平臺(tái)安全監(jiān)測(cè)主要方式是人工定期監(jiān)測(cè)，而且監(jiān)測(cè)工作的開展側(cè)重在灘海陸岸平臺(tái)運(yùn)營(yíng)期，這種傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)方式存在以下問題： </p><p>　　外業(yè)受海況條件影響較大，存在較大安

4、全風(fēng)險(xiǎn)。 </p><p>　　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集周期長(zhǎng)，不連續(xù)，誤差大。 </p><p><b>　　自動(dòng)化程度低。 </b></p><p>　　三、灘海陸岸平臺(tái)在線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)研究 </p><p>　　灘海陸岸平臺(tái)主要由島壁、島芯及防護(hù)組成，監(jiān)測(cè)內(nèi)容確定為表層沉降、測(cè)斜和孔隙水壓力。 </p><

5、p><b>　　1.表層沉降 </b></p><p>　　施工開始前設(shè)一個(gè)穩(wěn)定的水準(zhǔn)基點(diǎn)，作為測(cè)量參考點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)定期進(jìn)行校核；根據(jù)設(shè)計(jì)要求在島面上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)； 采用可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集的振弦式靜力水準(zhǔn)儀。測(cè)試系統(tǒng)組成見圖2-1，振弦式靜力水準(zhǔn)儀見圖2-2。 </p><p>　　圖2-1 靜力水準(zhǔn)系統(tǒng) </p><p>　　圖2-2

6、 振弦式靜力水準(zhǔn)儀 </p><p>　　該系統(tǒng)的特點(diǎn)是，采用電渦流傳感原理，通過連通管連接基準(zhǔn)水箱和安裝在待測(cè)點(diǎn)的容器，將測(cè)點(diǎn)垂直位移通過連通管轉(zhuǎn)變成測(cè)點(diǎn)水頭（壓力）的變化，再通過感應(yīng)波紋管轉(zhuǎn)換成微小位移傳遞給固定位置的電渦流傳感器，這些轉(zhuǎn)換均通過恒彈性體（或線性傳遞）實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)全部接觸埋設(shè)介質(zhì)的零部件均采用耐海水腐蝕材質(zhì)制成，包括信號(hào)電纜護(hù)套。測(cè)量時(shí)以數(shù)字式的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換成測(cè)點(diǎn)高

7、程。 </p><p><b>　　2.測(cè)斜 </b></p><p>　　按設(shè)計(jì)要求在島面的四周設(shè)置深層位移（測(cè)斜）監(jiān)測(cè)點(diǎn)。測(cè)斜儀的工作原理見圖2-3，測(cè)斜的水平位移按式（1）、（2） 計(jì)算。 </p><p>　　δ=∑Δi （1） </p><p>　　Δi=LsinΔθi （2） </p><

8、p>　　圖2-3測(cè)斜儀的工作原理 </p><p>　　儀器組成（結(jié)構(gòu)形式）見圖2-4。 </p><p>　　圖2-4孔內(nèi)導(dǎo)向安裝式固定傾斜儀 </p><p>　　采用鉆孔埋設(shè)法，鉆機(jī)成孔至所需標(biāo)高，埋設(shè)測(cè)斜管，測(cè)斜管連接時(shí)導(dǎo)槽要相通，而且管連接處及管端均需封緊，十字槽一軸對(duì)準(zhǔn)潛在的水平位移主方向（即垂直灘海陸岸平臺(tái)方向）；測(cè)斜管埋設(shè)后，需在鉆孔與測(cè)斜管之

9、間填充與地基土相近的材料使之密實(shí)，以確保測(cè)斜管與地基變形的完全響應(yīng)；測(cè)斜管設(shè)置好后，在管中安置固定式測(cè)斜儀，間距3m一只，每管設(shè)置10只，每只固定式測(cè)斜儀均由導(dǎo)線從一頭引出，集中至遠(yuǎn)端固定集線箱中。集線箱設(shè)置一個(gè)發(fā)射站內(nèi)，然后通過有線或無線傳輸?shù)姆椒▊魉椭帘O(jiān)控室。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由固定式測(cè)斜儀、電壓數(shù)字輸出模塊、485-232集線器模塊、電源模塊、無線傳輸終端、防水機(jī)箱以及防雷擊裝置組成。據(jù)程序設(shè)置定期采集傳感器數(shù)據(jù)并通過無線傳輸終端傳送到

10、監(jiān)控中心。 </p><p><b>　　3.孔隙水壓力 </b></p><p>　　按設(shè)計(jì)要求在島面上設(shè)置孔隙水壓力觀測(cè)點(diǎn)。孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)先在室內(nèi)進(jìn)行儀器的檢驗(yàn)，即孔壓計(jì)率定，有水壓條件下頻率～壓力率定結(jié)果，各測(cè)頭率定結(jié)果應(yīng)有良好的重復(fù)性；選擇測(cè)頭量程，根據(jù)測(cè)點(diǎn)的靜水頭和可能出現(xiàn)的超靜水壓力最大組合選擇，量程一般選擇最大組合的1.5～2.0倍，并兼顧測(cè)頭安全和靈

11、敏度。 </p><p>　　測(cè)頭埋設(shè)前需置于盛水容器中浸泡至飽和不少于24小時(shí)，直至安裝到達(dá)設(shè)計(jì)位置始終不得脫水，在孔隙水壓力計(jì)外側(cè)需包扎反濾層；孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)采用鉆孔法，搭設(shè)工作平臺(tái)，在工作平臺(tái)上用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，將孔隙水壓力計(jì)埋入鉆孔中，周圍回填透水填料（中粗砂等），上下兩個(gè)孔隙水壓力計(jì)之間應(yīng)有高度不小于1m的隔水填料（直徑2cm左右的風(fēng)干粘土球）分隔，投放粘土球應(yīng)緩慢均勻，保證隔水效果，本工程粘土層厚度較

12、?。ú糠终惩翆雍穸葍H1m），孔壓計(jì)埋設(shè)難度大，部分孔壓計(jì)讀數(shù)參考使用；測(cè)試孔口同樣采用用粘土球填實(shí)封嚴(yán)，防止地表水滲入，孔口設(shè)置防護(hù)裝置及警示標(biāo)志；測(cè)試儀器電纜引出集中至發(fā)射站中，有防潮防水措施，埋設(shè)過程詳細(xì)記錄，附鉆孔柱狀圖及孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)位置標(biāo)高，埋設(shè)結(jié)束及時(shí)測(cè)量記錄測(cè)值；逐日定時(shí)測(cè)量，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后確定初始值。觀測(cè)頻率根據(jù)施工情況確定，孔隙水壓力上升期間應(yīng)逐日定時(shí)測(cè)定。出現(xiàn)孔壓上升較大或接近控制值時(shí)，應(yīng)加大監(jiān)測(cè)密度跟蹤觀測(cè)，當(dāng)停止

13、加載一周后，地基穩(wěn)定性逐漸轉(zhuǎn)好，可減少至每2～3天觀測(cè)1次；監(jiān)測(cè)孔隙水壓力的同時(shí)必須記錄監(jiān)測(cè)斷面附近的荷載變化情況，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，及時(shí)繪制孔隙水壓力～荷載～時(shí)間關(guān)系曲線。</p><p><b>　　4.遠(yuǎn)程數(shù)控采集 </b></p><p>　　4.1數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ) </p><p>　　將表層沉降、孔壓、測(cè)斜的測(cè)量數(shù)值分類接入智能采集裝

14、置的測(cè)量模塊，定時(shí)采集并存儲(chǔ)。智能采集裝置見圖2-5，智能采集裝置實(shí)物圖見圖2-6。 </p><p>　　圖2-5智能采集裝置 </p><p>　　圖2-6智能采集裝置實(shí)物圖 </p><p>　　4.2數(shù)據(jù)發(fā)射與接收 </p><p>　　將智能采集裝置的數(shù)據(jù)通無線傳輸?shù)姆绞?，將存在采集器的存?chǔ)芯片上的數(shù)據(jù)由通訊模塊通過RS485、GS

15、M＼GPRS可傳輸?shù)缴衔粰C(jī)并進(jìn)行處理。傳遞過程見圖2-8采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸示意圖。傳入（全國(guó)范圍內(nèi)）指定的監(jiān)測(cè)中心的計(jì)算機(jī)內(nèi)部接收存儲(chǔ)。。 </p><p><b>　　4.3數(shù)據(jù)處理 </b></p><p>　　在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)整理成報(bào)表和圖形，進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。 </p><p>　　四、在線安全監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn) </p&

16、gt;<p>　　灘海陸岸平臺(tái)安在線全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以按預(yù)定的頻次自動(dòng)獲得可靠、準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步證實(shí)。并進(jìn)行一整套自動(dòng)檢測(cè)、確認(rèn)傳感器和系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)。其最主要的特點(diǎn)為實(shí)時(shí)性，即遠(yuǎn)程管理人員可在第一時(shí)間獲取施工過程中灘海陸岸平臺(tái)的全部沉降和位移信息，而獲取的過程是自動(dòng)的，無需技術(shù)人員值守干預(yù)，尤其是適用于在惡劣海況條件下人工不能直接進(jìn)行的安全采集數(shù)據(jù)，最大限度地減少勞動(dòng)力，降低監(jiān)測(cè)人員風(fēng)

17、險(xiǎn)和運(yùn)營(yíng)成本。 </p><p><b>　　五、結(jié)論 </b></p><p>　　灘海灘海陸岸平臺(tái)在線安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，確定了離岸深水灘海陸岸平臺(tái)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)： 表層沉降、測(cè)斜、孔隙水壓力。系統(tǒng)達(dá)到了無人值守和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的。這對(duì)跟蹤灘海陸岸平臺(tái)產(chǎn)生的變形過程，進(jìn)行預(yù)警和反演分析具有十分重要的意義。 </p><p><b>　　

18、參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]張啟岳.土石壩觀測(cè)技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1993：36-62. </p><p>　　[2]JTJ203-2001.水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2001. </p><p>　　[3]YS5229-96.巖土工程監(jiān)測(cè)規(guī)范[S].北京：中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司，1997. <