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摘要：火灾是公路隧道以及铁路隧道所面临的高危灾害之一，通过对火灾探测系统现状及原理进行分析，对感温光纤火灾探测系统施工技术进行研究，制定相应火灾探测系统施工工艺及步骤来保证整个系统安装质量，并对施工中的注意事项进行说明。
关键词：隧道；火灾探测；光纤；布设；施工
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2011)0220029－01
0、引言
近年来随着国家对交通基础设施建设投入的加大，隧道的修建日益增多。火灾是公路隧道以及铁路隧道所面临的高危灾害之一，然而隧道由于其污染大、不同季节温差大，且很多隧道位居偏远等原因，导致隧道的火灾监控成为一个难点，随着光纤光栅传感技术应用的日益成熟，较好地解决了这一问题；光纤光栅以其以光纤作为信号的传输与传感媒体，使用寿命长，耐腐蚀，信号采用光纤传输，信号衰减小，易于远传，且不受电信号、雷击因素干扰的优点，在许多行业得到了广泛应用，在隧道火灾监控方面更成为首选。
1、隧道火灾探测系统现状分析
国内现有隧道火灾监控系统有基于双波长火焰探测和感烟式火灾探测的点型感光探测系统以及基于线性感温电缆、空气管差温探测、热敏合金线差温探测、激光光纤感温探测的线型感温探测系统，点型感光探测系统由于其原理主要是对明火明光进行探测，容易受到干扰。热敏合金线差温火灾探测器是现在应用较为普遍的一种，但是探测器之间是用电缆连接，易受电磁干扰，传输距离短。光纤感温探测是利用光纤拉曼散射的强度分析温度的变化，检测信号微弱对激光光源的要求较高且易损坏，而且分析计算的计算量较大，监测距离越远、要求的空间分辨率和温度精度越高，其相应速度就越低。
而光纤光栅感温火灾报警系统则基本克服了这些缺点，具有长期耐用性、测量的长期稳定性和连续性、远距离监测、测量精度。最重要的是光纤布拉格光栅传感器是数字式的，它的传感信号为波长调制，这样测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响，同时避免了一般干涉型光纤传感器中相位测量的不清晰和对固有参考点的需要，并且将传统波分复用技术和全同光纤光栅复用技术结合，使单根光纤上光纤光栅传感探头的复用数成数量级增加，因此满足了在线监测的要求。
2、光纤光栅感温报警系统原理及布设
2.1光纤光栅传感原理。光纤光栅是近年来出现的一种新型传感元件。光纤光栅的基本结构为沿纤芯折射率周期性的调制。系统由光纤感温探测器、光探测信号处理器、连接光缆、光缆连接器及传输光缆等组成。光栅光纤感温探测器以单个光栅光纤为1个测量单元，多个探测器之间相互串接，形成分布式检测系统光栅光纤的作用实质上是在纤芯中形成一个窄带反射镜。当宽带光进入光纤传输到光栅处时，光栅将有选择的反射一束窄带光。当外界温度变化时，由于光栅的条纹周期变化，引起光栅的有效折射率发生变化，从而产生光栅布拉格信号的波长位移。进行精确地测量光栅反射光的布拉格波长，通过标定就可以精确地知道光纤光栅处的温度。
2.2探测光纤隧道内布设。探测光纤在隧道中的安装采用吊装方式，由钢丝绳吊装在距隧道底部7米的两侧隧道壁，距隧道顶部通常不小于180mm，以保证光缆周围的空气流动良好。
2.3感温光纤安装。先用固定支架将钢索固定，支架采用膨胀螺栓固定在隧道壁上，在隧道两端使用固定装置张紧钢丝绳，同时每隔10米使用膨胀螺栓将钢丝绳吊装在隧道顶部。使用不锈钢扎带每隔1米将感温光纤固定吊装在钢丝绳上，根据感温光纤上表示距离的米标，进行定位安装。
3、隧道内施工步骤
1)通过膨胀螺栓将L型支架固定到隧道壁上(间距10米)，并借助两套固定螺母及U形卡子将钢丝绳固定到支架上，确保水平及垂直方向牢固无位移。钢丝绳可适当张紧，以不发生悬垂弧度为准。
2)借助弹簧扎带将感温光纤固定到钢丝绳上(两个弹簧扎带间距为1米)，若需从地下走线须提供光纤穿管保护。同一条线上两段光纤需熔纤并做好光纤预留，熔接点放置于光纤接线盒内保护，接线盒可固定在隧道顶部钢丝绳上或消火栓洞内。
3)全部外场光纤安装完毕后，光缆尾端引入设备房，预留后熔接尾纤；熔接完成后尾纤放置在机柜旁。
4、施工注意事项
4.1“L”型钢丝绳支架安装注意事项。“L”型支架安装时以两个为一组，以长边相贴靠，短边相分开的方式，分别通过12号内膨胀螺栓将短边固定在隧道顶端。
两长边之间的间距取5mm为宜，正好可以夹住钢丝绳。两膨胀螺栓中心孔间距离85mm左右为宜。膨胀螺栓打孔使用直径为16mm的钻头，打孔深度为12厘米。
钢丝绳被夹在由两“L”型支架的长边和两枚水平安装的螺栓之间的空隙中，以保证钢丝绳不能够横向(左右、上下)位移即可。
u型卡子是为防止钢丝绳产生纵向(轴向)位移而设置的紧固件，一般每个100－200米，在某一个“L”型支架的钢丝绳的两侧固定即可。
4.2光纤探测器施工注意事项。光纤装卸应小心轻放，严禁直接将光纤从高处垂直滚落下来，防止物体强烈冲击光纤，造成损坏。
光纤安装前，应核对光纤的标盘、长度，并根据光纤长度及连接的距离来选配光纤。
敷设光纤前后，应对光纤外观进行检查；保证光纤无破损。
光纤敷设过程中，应将光纤从放线轴上拉出，并保持放线轴自由转动。切忌将光纤从木轴上绕出!那样会使光纤受到较大扭力而损伤光纤。
光纤施工和布放定位时，不得弯折及形成90°直角弯。光纤的弯曲半径应至少大于20cm，切忌光纤严重弯曲导致打“死结”。
光纤接续盒固定，并置于相对高处，防止积水浸泡。
4.3感温光缆施工盘留。光纤接头处(或断点处)的两头需各预留至少10米光缆，以便光纤在地面上的正常熔接。
光纤每布设100米盘留三米，预留的光纤环(直径20cm)三点绑扎并悬挂、绑扎固定于就近的L型支架上，用做日后分区标定和维护余量。
综合洞内测试主机的每个通道出口處盘留150米余量用于后期校准使用。
综合洞内主机尾纤处需标明光纤各段名称，方便后期调试熔纤，如涉及到隧道下面穿管，走线等施工，光纤外面需加装铝塑管保护。
5、结论
光纤光栅感温火灾报警系统采用光栅进行信号检测，实现现场无电检测，本质防爆；数值量检测，检测精确度高，运行稳定性好；采用分布式测量方式，测量点多，方式灵活：系统具有自检功能，可实时监测自身运行情况并输出故障报警声光信号；采用光纤传输信号，克服传输中的电磁干扰，准确可靠；信号可远距离传输，实现远程监控：结构紧凑，安装维护方便；抗腐蚀性，使用寿命长，光纤光栅在隧道工程上的应用会越来越广泛。
关键词：隧道；火灾探测；光纤；布设；施工
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2011)0220029－01
0、引言
近年来随着国家对交通基础设施建设投入的加大，隧道的修建日益增多。火灾是公路隧道以及铁路隧道所面临的高危灾害之一，然而隧道由于其污染大、不同季节温差大，且很多隧道位居偏远等原因，导致隧道的火灾监控成为一个难点，随着光纤光栅传感技术应用的日益成熟，较好地解决了这一问题；光纤光栅以其以光纤作为信号的传输与传感媒体，使用寿命长，耐腐蚀，信号采用光纤传输，信号衰减小，易于远传，且不受电信号、雷击因素干扰的优点，在许多行业得到了广泛应用，在隧道火灾监控方面更成为首选。
1、隧道火灾探测系统现状分析
国内现有隧道火灾监控系统有基于双波长火焰探测和感烟式火灾探测的点型感光探测系统以及基于线性感温电缆、空气管差温探测、热敏合金线差温探测、激光光纤感温探测的线型感温探测系统，点型感光探测系统由于其原理主要是对明火明光进行探测，容易受到干扰。热敏合金线差温火灾探测器是现在应用较为普遍的一种，但是探测器之间是用电缆连接，易受电磁干扰，传输距离短。光纤感温探测是利用光纤拉曼散射的强度分析温度的变化，检测信号微弱对激光光源的要求较高且易损坏，而且分析计算的计算量较大，监测距离越远、要求的空间分辨率和温度精度越高，其相应速度就越低。
而光纤光栅感温火灾报警系统则基本克服了这些缺点，具有长期耐用性、测量的长期稳定性和连续性、远距离监测、测量精度。最重要的是光纤布拉格光栅传感器是数字式的，它的传感信号为波长调制，这样测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响，同时避免了一般干涉型光纤传感器中相位测量的不清晰和对固有参考点的需要，并且将传统波分复用技术和全同光纤光栅复用技术结合，使单根光纤上光纤光栅传感探头的复用数成数量级增加，因此满足了在线监测的要求。
2、光纤光栅感温报警系统原理及布设
2.1光纤光栅传感原理。光纤光栅是近年来出现的一种新型传感元件。光纤光栅的基本结构为沿纤芯折射率周期性的调制。系统由光纤感温探测器、光探测信号处理器、连接光缆、光缆连接器及传输光缆等组成。光栅光纤感温探测器以单个光栅光纤为1个测量单元，多个探测器之间相互串接，形成分布式检测系统光栅光纤的作用实质上是在纤芯中形成一个窄带反射镜。当宽带光进入光纤传输到光栅处时，光栅将有选择的反射一束窄带光。当外界温度变化时，由于光栅的条纹周期变化，引起光栅的有效折射率发生变化，从而产生光栅布拉格信号的波长位移。进行精确地测量光栅反射光的布拉格波长，通过标定就可以精确地知道光纤光栅处的温度。
2.2探测光纤隧道内布设。探测光纤在隧道中的安装采用吊装方式，由钢丝绳吊装在距隧道底部7米的两侧隧道壁，距隧道顶部通常不小于180mm，以保证光缆周围的空气流动良好。
2.3感温光纤安装。先用固定支架将钢索固定，支架采用膨胀螺栓固定在隧道壁上，在隧道两端使用固定装置张紧钢丝绳，同时每隔10米使用膨胀螺栓将钢丝绳吊装在隧道顶部。使用不锈钢扎带每隔1米将感温光纤固定吊装在钢丝绳上，根据感温光纤上表示距离的米标，进行定位安装。
3、隧道内施工步骤
1)通过膨胀螺栓将L型支架固定到隧道壁上(间距10米)，并借助两套固定螺母及U形卡子将钢丝绳固定到支架上，确保水平及垂直方向牢固无位移。钢丝绳可适当张紧，以不发生悬垂弧度为准。
2)借助弹簧扎带将感温光纤固定到钢丝绳上(两个弹簧扎带间距为1米)，若需从地下走线须提供光纤穿管保护。同一条线上两段光纤需熔纤并做好光纤预留，熔接点放置于光纤接线盒内保护，接线盒可固定在隧道顶部钢丝绳上或消火栓洞内。
3)全部外场光纤安装完毕后，光缆尾端引入设备房，预留后熔接尾纤；熔接完成后尾纤放置在机柜旁。
4、施工注意事项
4.1“L”型钢丝绳支架安装注意事项。“L”型支架安装时以两个为一组，以长边相贴靠，短边相分开的方式，分别通过12号内膨胀螺栓将短边固定在隧道顶端。
两长边之间的间距取5mm为宜，正好可以夹住钢丝绳。两膨胀螺栓中心孔间距离85mm左右为宜。膨胀螺栓打孔使用直径为16mm的钻头，打孔深度为12厘米。
钢丝绳被夹在由两“L”型支架的长边和两枚水平安装的螺栓之间的空隙中，以保证钢丝绳不能够横向(左右、上下)位移即可。
u型卡子是为防止钢丝绳产生纵向(轴向)位移而设置的紧固件，一般每个100－200米，在某一个“L”型支架的钢丝绳的两侧固定即可。
4.2光纤探测器施工注意事项。光纤装卸应小心轻放，严禁直接将光纤从高处垂直滚落下来，防止物体强烈冲击光纤，造成损坏。
光纤安装前，应核对光纤的标盘、长度，并根据光纤长度及连接的距离来选配光纤。
敷设光纤前后，应对光纤外观进行检查；保证光纤无破损。
光纤敷设过程中，应将光纤从放线轴上拉出，并保持放线轴自由转动。切忌将光纤从木轴上绕出!那样会使光纤受到较大扭力而损伤光纤。
光纤施工和布放定位时，不得弯折及形成90°直角弯。光纤的弯曲半径应至少大于20cm，切忌光纤严重弯曲导致打“死结”。
光纤接续盒固定，并置于相对高处，防止积水浸泡。
4.3感温光缆施工盘留。光纤接头处(或断点处)的两头需各预留至少10米光缆，以便光纤在地面上的正常熔接。
光纤每布设100米盘留三米，预留的光纤环(直径20cm)三点绑扎并悬挂、绑扎固定于就近的L型支架上，用做日后分区标定和维护余量。
综合洞内测试主机的每个通道出口處盘留150米余量用于后期校准使用。
综合洞内主机尾纤处需标明光纤各段名称，方便后期调试熔纤，如涉及到隧道下面穿管，走线等施工，光纤外面需加装铝塑管保护。
5、结论
光纤光栅感温火灾报警系统采用光栅进行信号检测，实现现场无电检测，本质防爆；数值量检测，检测精确度高，运行稳定性好；采用分布式测量方式，测量点多，方式灵活：系统具有自检功能，可实时监测自身运行情况并输出故障报警声光信号；采用光纤传输信号，克服传输中的电磁干扰，准确可靠；信号可远距离传输，实现远程监控：结构紧凑，安装维护方便；抗腐蚀性，使用寿命长，光纤光栅在隧道工程上的应用会越来越广泛。