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海洋鉆井平臺是從事海上油氣勘探開發(fā)作業(yè)的大型鋼結(jié)構(gòu)體。自升式鉆井平臺是海上可移動式鉆井平臺的一種，作業(yè)時將樁腿插入海底泥面以下，站立在海床上，利用樁腿托起船體并保持船體底部與海平面有一定的氣隙。

隨著全球海上鉆探市場的回暖，自升式鉆井平臺的市場利用率有所回升，未來需求還將進一步提高。國內(nèi)自主研發(fā)的自升式鉆井平臺的使用規(guī)模也在逐年擴大，中國境內(nèi)作業(yè)的鉆井平臺中80%為自升式鉆井平臺。

海上鉆井平臺運營使用的安全性和可靠性非常重要，樁腿作為自升式鉆井平臺的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其安全可靠性直接關(guān)系到整個鉆井平臺在海上作業(yè)的安全。

自升式鉆井平臺的樁腿在使用過程中，長期受到海水的腐蝕及不斷變化的環(huán)境荷載的作用，在平衡位置附近循環(huán)震蕩產(chǎn)生隨時間變化的應(yīng)力（或應(yīng)變），很容易產(chǎn)生疲勞裂紋并產(chǎn)生一定的疲勞累積損傷，對整個自升式平臺的安全性構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。且樁腿處于水下，不易觀察。因此，監(jiān)測技術(shù)的采用是很重要的。

監(jiān)測技術(shù)作為工程師的眼睛，在工程的安全施工和順利運營中發(fā)揮著不可忽視的作用。目前工程監(jiān)測所采用的傳感器元件主要是基于電阻式、電感式及鋼弦式等的點式傳感器。但海洋環(huán)境惡劣，潮濕且腐蝕性強，這些常規(guī)的電類傳感器普遍存在壽命短、易受周圍環(huán)境影響、易受電磁干擾、易被腐蝕等問題。

光纖類傳感技術(shù)是近年來發(fā)展起來的先進監(jiān)測技術(shù)。光纖傳感器是利用光纖技術(shù)和光學(xué)原理，將感受的被測量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。

在光纖傳感器中，光纖既是傳感介質(zhì)，也是傳輸介質(zhì)。作為傳感介質(zhì)的光纖，具有測量敏感性高、性能穩(wěn)定的優(yōu)點；而作為傳輸介質(zhì)的光纖，在傳輸過程中不受電磁干擾、信號損失小，傳感光纖可以直接通過光纜連到控制檢測中心，這樣就可以試驗遠程分布式監(jiān)測。

SOFO(源于法語Surveilance d’Ouvrages par Fibres Optiques的首字母，意為光纖結(jié)構(gòu)監(jiān)測)是由瑞士聯(lián)邦工業(yè)學(xué)院土木工程系IMAC應(yīng)力分析實驗室開發(fā)的一種點式光纖傳感器。

SOFO系統(tǒng)包括傳感器、一套讀數(shù)儀、數(shù)據(jù)采集和分析軟件。傳感器由兩根光纖組成，分別是測量光纖和參考光纖，這兩根光纖都裝在同一根保護管中。測量光纖與被測結(jié)構(gòu)結(jié)合并隨結(jié)構(gòu)一起變形。為了測量縮短和伸長，測量光纖被預(yù)張拉了0.5%。參考光纖是松弛的，因此與結(jié)構(gòu)的變形無關(guān)；它的作用是補償溫度對傳感器的影響。讀數(shù)儀發(fā)出的光學(xué)信號(光)通過一個  耦合器進入傳感器，在兩根光纖末端被反射鏡反射回讀數(shù)儀，在讀數(shù)儀中被一對匹配光纖解調(diào)。返回光包含有結(jié)構(gòu)物變形的信息，該信息被讀數(shù)儀解碼，并在筆記本電腦上顯示。典型傳感器的長度范圍是250mm-10m，分辨率與標(biāo)距無關(guān)，為2 μm，精度為0.2%。傳感器的動態(tài)范圍在受壓時為0.5%，在伸長時為1%。

SOFO系統(tǒng)在上世紀(jì)90年代初開始研制，1995年開始商業(yè)化生產(chǎn)，隨后應(yīng)用于各種民用結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，例如巖土工程、橋梁、大壩、民用和工業(yè)建筑等。該系統(tǒng)對溫度變化、電磁場、濕度和腐蝕不敏感，至少6年內(nèi)（第一次安裝后）不受漂移的影響，這使得該系統(tǒng)既適合短期監(jiān)測也適合長期監(jiān)測(估計長期穩(wěn)定性長達20年)。傳感器可直接埋入新拌混凝土或者使用專門設(shè)計的便于安裝的L型支架在結(jié)構(gòu)表面上安裝。無需標(biāo)定，成活率高(在正常條件下，正確埋入混凝土中的傳感器的成活率高于95%)。長標(biāo)距傳感器比傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器更可靠，更精確，它測得的是長距離內(nèi)的平均應(yīng)變，不受材料局部缺陷如裂縫和氣孔的影響。

自升式海上鉆井平臺樁腿監(jiān)測基于光纖低相干涉原理的SOFO監(jiān)測系統(tǒng)，采用定期、連續(xù)和準(zhǔn)靜態(tài)監(jiān)測模式，用以增加對樁腿荷載、樁腿荷載分布、來自平臺荷載的重心等結(jié)構(gòu)情況的了解。監(jiān)測參數(shù)包括：

• 每根樁腿(共三根樁腿)某個截面的荷載

• 平均應(yīng)變

• 整體平均曲率和溫度

SOFO系統(tǒng)通過監(jiān)測樁腿每根樁（3根樁/每根樁腿）在荷載作用下產(chǎn)生的平均應(yīng)變來間接監(jiān)測每根樁腿的荷載，如圖下所示。測得了樁腿每根樁上的平均應(yīng)變，可計算出樁腿的總荷載。

整套系統(tǒng)建議采用9個SOFO標(biāo)準(zhǔn)傳感器(3個/樁腿)和9個熱電偶(三根樁腿)。使用標(biāo)準(zhǔn)的L形支架并按焊接步驟把這些傳感器安裝在表面上。

標(biāo)準(zhǔn)SOFO傳感器用于監(jiān)測平均應(yīng)變。由于樁腿由鋼材制成，而鋼材被認(rèn)為是均勻材料，建議的傳感器長度為0.5到1m。

因為結(jié)構(gòu)暴露在溫度變化的環(huán)境中，因此有必要監(jiān)測溫度來區(qū)分測得總應(yīng)變中的溫度應(yīng)變。為此建議使用SOFO系統(tǒng)兼容的K型熱電偶。為了使這些傳感器與SOFO系統(tǒng)相兼容，必須使用SOFO橋接設(shè)備和ADAM模塊。

把同在一根樁腿上的一組SOFO傳感器連接到中繼連接箱，以便進行集中測量。相應(yīng)的ADAM模塊也安裝在箱子中。三個中繼連接箱被連接到平臺上辦公室內(nèi)的測量中心。測量中心包括12通道的SOFO讀數(shù)儀，SOFO橋接單元，以及ADAM模塊的電源。讀數(shù)儀可以選擇SOFO便攜讀數(shù)儀，使用方便。

SOFO系統(tǒng)將記錄變形和溫度，并保存在單一關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。這簡化了數(shù)據(jù)處理和分析。該數(shù)據(jù)庫可以與其它數(shù)據(jù)庫對接，便于和其它已安裝的監(jiān)測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)同步。SOFO傳感器讀數(shù)一次約需6-10秒，熱電偶讀數(shù)一次約需2-3秒。傳感器僅能順序讀取(非同時)。因此，讀取所有傳感器的平均時間大約是2分鐘。使用SOFO Pro和SOFO View軟件，可以實時計算，并在顯示屏上顯示預(yù)警和警告(如超過某些閥值)。

零點測量是第一步執(zhí)行的有意義的測量(之前的測量可視為檢查測量)，零點是將來所有測量的基準(zhǔn)。因此，監(jiān)測參數(shù)的演變將相對于零點被記錄和顯示。這就是準(zhǔn)確確定測量時間如此重要的原因。零點測量的設(shè)定取決于實際項目的要求。

• 24~48 小時連續(xù)監(jiān)測：為了記錄結(jié)構(gòu)對每天溫度變化的響應(yīng)，建議連續(xù)監(jiān)測。在24到48小時內(nèi)，每小時將做一組測量。

• 荷載測試 (若有的話)： 一般每次加載后，做一組測量。

• 翻新、維修或擴建之前：該測量有助于了解結(jié)構(gòu)重建前的狀態(tài)，每天在一段既定時間（有代表性的）測量幾次 (如：在早上、中午、下午和晚上做一組測量)。另外為了確定每日溫度的影響，建議做幾次連續(xù)24小時或者48小時的監(jiān)測 (每小時做一組測量)。

• 翻新、維修 或擴建期間：除了每天4次的連續(xù)監(jiān)測外， 一般每次增加或減少荷載后做一組測量。

• 在役期間長期監(jiān)測：對于長期監(jiān)控，建議每天至少做1-4組測量，對于周期監(jiān)測，至少每周到每月做一組測量。還建議每年做24-28小時連續(xù)監(jiān)測（24小時內(nèi)至少每小時做一組測量）。

• 特別事件：在強風(fēng)、大雨或者地震發(fā)生時或之后做一組測量。