浅谈在上海长江隧桥中光纤光栅火灾探测技术的应用

　　摘要：隧道火灾报警对监测系统的可靠性、实时性、长期稳定性等性能参数有很高的要求，尤其是在长距离、连续监测的情况下没有好的解决方案。本文分析了上海隧道火灾监测工程的特点和要求，并结合以往类似工程的设计、施工经验，提出了基于光纤光栅感温探测器的隧道火灾报警监测方案，通过对探测器、系统软件和控制系统等几个方面的设计，来实现在无人干预的情况下，对隧道火情进行长期、实时、在线的自动监测。

　　关键字：隧道火灾报警;光纤光栅感温监测系统;光纤光栅火灾探测技术

　　一 隧道火灾监测技术概况

　　隧道火灾起火原因通常有：汽车相撞、车辆装载物品燃烧或爆炸、电力电气线路短路等事故引发等[1-3]。隧道火灾的特点是：起火速度快、明火事故多于阴燃火、烟雾大不容易排出且升温快。

　　光纤光栅传感技术是近几年发展起来的新一代传感技术，它采用对波长信号的数字式测量方法，具有极高的测量精度和抗干扰能力，光纤光栅火灾报警具有灵敏度高、防电磁干扰、耐腐蚀、远程操控能力等优点，可实现分布式传感。

　　二、上海长江隧道项目概况

　　上海长江隧桥采用“南隧北桥”方案，以隧道形式穿越长江口南港水域，以桥梁形式跨越长江口北港水域。工程按高速公路标准，双向六车道，设计车速80-100公里/小时。隧桥左右隧道各长约8公里，隧道采用单向3车道，单隧道宽约13米。

　　三、火灾探测系统解决方案

　　(一)系统结构

　　系统由前端采集设备、数据处理设备、火灾报警控制器及计算机控制系统四大部分组成.

　　(二)系统设计

　　根据本项目特点，在隧道内火灾报警系统采用手动报警系统和自动检测相结合的方式，通过区域控制器监测到的火灾情况控制隧道风机、照明系统等，实时监测，实现报警联动[13-16]。

　　本工程采用武汉理工光科股份有限公司的TGW系列光纤光栅感温火灾探测系统，系统包含：前端采集设备、数据处理设备、系统软件设计、火灾报警控制器等四大模块。

　　(三)工程设计

　　(1)布设方案

　　左线和右线隧道各长8公里，方案采用分区监测的方式对隧道火情进行监控，每个分区长25米;一根光纤光栅传感器可覆盖10个分区，每个分区布置5个光纤光栅探头，探头间距为5米，行车隧道中的一根光纤光栅传感器光纤光栅感温点为50点，可对250米的距离进行监测。

　　隧道单向3车道，宽13米，方案采用两条光纤光栅传感器沿隧道并行布置,在电缆通道和逃生通道沿线也布置光纤光栅传感器。

　　隧道现场监控设备分别设在浦东工作井设备室、长兴岛工作井设备室。每个设备室设一台区域火灾报警控制器，所有的光纤光栅传感器均用传输光缆就近连接至隧道设备室的仪表柜，分别与对应的信号处理器连接。

　　(2)施工设计

　　Ø 探测器部分：

　　探测器通常安装在隧道顶部，据天花板100mm到150mm，以保证光缆周围良好的空气流动。

　　Ø 传输光缆部分：

　　光纤光栅感温火灾报警系统的信号传输采用A护套阻燃防鼠光缆，光缆沿隧道侧面底部的电缆沟布置，在光纤接续盒处通过隧道壁的穿护管连接光纤光栅探测器。

　　Ø 信号处理器部分：

　　光纤光栅感温火灾探测信号处理器采用DC24V供电,信号处理器的8个光通道接口分别连接左行隧道和右行隧道的光纤光栅传感器。信号处理器将各个分区的报警信号通过RS485/232接口输出给区域火灾报警控制器。

　　Ø 区域火灾报警控制器部分:

　　区域火灾报警控制器负责接收来自信号处理器的温度信号、开关量报警信号或故障信号，提供报警、故障、分区位置等信息，将这些信号通过通信端口传送至消防计算机系统，并接受消防计算机的控制指令。

　　(四)系统特点

　　光纤光栅感温火灾报警监测系统特点如下：

　　1) 准确性可靠性

　　采用先进的数字式测量技术，不受光源波动、连续损耗、光缆的随机振动等因素影响

　　2) 环境适应性强

　　抗恶劣环境能力强，防护等级高(IP67)，不受电磁场的干扰、电绝缘性好、抗辐射、耐潮湿、耐化学侵蚀等

　　3) 多通道同步检测

　　光纤光栅信号处理器采用多通道同步检测技术，使全系统检测似乎间不受多通道影响，实现快速响应。

　　4) 响应时间短

　　该光纤光栅感温火灾报警监测系统的响应时间不超过1秒，而且与监测长度与测量精度无关，对温度变化作出及时的反应。

　　四、监测结果

　　(一)系统整体性能

　　本工程采用的TGW系列光纤光栅感温火灾探测系统，自隧道通车以来，该系统运行良好，达到设计要求。于2010年2月12日下午6时，下行隧道电缆通道内敷设的22万伏超高压电缆突发短路故障，引发局部火警，安装在电缆通道内的光纤光栅探测器及时探测到此次火警，并向火灾报警主机发出了火警信号，火灾报警主机立即正确的联动了相应的控制模块和消防设备。此次突发火情，证明该系统工作正常、可靠。

　　(二)后期运营维护

　　光纤光栅感温火灾探测系统前端信号采集采用无电探测技术，布设简单，长期运行基本免维护。控制室设备采用模块化设计，采用标准接口，后期运营维护方便。

　　五、总结

　　光纤光栅感温火灾报警监测系统在现场使用中，取得了良好的效果，不仅证明了光纤光栅感温技术在传感隧道火灾报警监测中应用的可行性，而且表现出比其他技术更加优异的性能。

　　光纤光栅感温火灾探测报警系统在上海长江隧道中的成功应用，为长距离、多车道的隧道火灾监测提供了一个优秀的解决方案。

　　参考文献

　　[1] 吕康成、朱光仪，公路隧道运营设施[M]，人民交通出版社,1998

　　[2] 张兴凯，地下工程火灾原理及应用[M]，首都经济贸易大学出版社，1997

　　[3] 吴德兴,高速公路特长隧道及隧道群营运管理设施设计2001’中瑞公路隧道技术交流，中国交通部公路司，2001.4

　　[4] 陈 飚，光纤光栅传感隧道火灾自动报警监测系统的研究，2006

　　[5] 王毅才，隧道工程[M],人民交通出版社, 1987