Page 87 - 2023年第54卷第5期

地感知断丝信号，更好地反映不同类型断丝信号特征。断丝试验需将 ＰＣＣＰ砂浆保护层剥落开展断丝
试验，如图 １（ｂ）所示。ＰＣＣＰ管体的几何参数和力学参数如表 １所示。

图 １ ＰＣＣＰ断丝试验光纤传感器布设

表 １ ＰＣＣＰ管体参数

几何参数 参数值?ｍｍ 力学参数 参数值?ＭＰａ
管长 ５０００ 工作内压 ０．８
管径 ３４００ 设计内压 １．１２
内层混凝土厚度 ７５ 钢丝强度 １５７０
钢筒厚度 １．５ 钢丝弹性模量 ２０５０００
管芯混凝土厚度 ２８０ 钢筒强度 ２１５
钢丝直径 ７ 钢筋预应力 １１７７．５
缠丝间距 １６．５ 混凝土强度 ５５
砂浆保护层厚度 ３２ 砂浆强度 ４５

２．２ 断丝试验 根据目前 ＰＣＣＰ事故报告，管线断丝的原因主要包 括 两 类： 一 类 是 由 于 钢 筋 生 产
质量导致的氢脆断裂；另一类是由于土壤中离子进入混凝土而导致的腐蚀断裂。本次试验采用 人
工切割和电化学腐蚀的方式分别模拟两种断丝信号；敲击信号是用地质锤锤 击 ＰＣＣＰ砂 浆 保 护 层
得到。点 Ａ处试验是在管内无内 压 的 条 件 下 进 行。 在 点 Ｂ和 点 Ｃ处 则 采 用 逐 级 加 压 的 方 式 施 加
内水压力，每增加 ０．１ＭＰａ并稳压 ５ｍｉｎ。在点 Ｂ处，选用质量分数为 ５％的 ＮａＣｌ溶液对钢丝进行
２
电化学加速腐蚀，腐蚀电流为１０ｍＡ?ｃｍ 。在点 Ｃ处，当管体内压达到 ０．８ＭＰａ时切割钢丝。切割
断丝试验和腐蚀断丝试验如图 ２所示。在试验过程中，采用光纤信号解译设备 ＭＳ － ＤＡＳ２０００ＩＩＩ对断
丝信号和环境噪音进行监测。
在 ＰＣＣＰ断丝试验中共收集了 １３７组信号数据，包括 ４１组切割断丝信号、４６组 腐 蚀 断 丝 信 号
和 ５０组敲击噪声信号。本研究在断丝试验光纤 布 设 过 程 中， 采 用 强 力 胶 水 和 环 氧 树 脂 对 光 纤 传
感器进行固定，保证光纤传感器与 ＰＣＣＰ管 壁 振 动 相 一 致。 其 他 声 音 或 振 动 无 法 引 起 管 壁 振 动，
分布式光纤传感器 无 法 感 知， 因 此 得 到 的 断 丝 信 号 信 噪 比 较 高， 可 直 接 用 于 ＰＣＣＰ断 丝 信 号
识别。
断丝信号波形整体符合指数衰减的规律。图 ３展示了切割断丝信号、腐蚀断丝信号和敲击噪声
信号，相比于切割断丝，腐蚀断丝信号振幅更大，衰减时间更长；敲击噪声信号的衰减规律不完全
符合指数衰 减 规 律， 振 幅 很 小，这 是 因 为 敲 击 的 能 量 远 小 于 断 丝 能 量， 因 此 产 生 的 振 动 信 号 也
较弱。

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