CN107228696A - 一种隧道散状涌水量实时自动测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道散状涌水量实时自动测量装置及其使用方法。包括：一级汇水装置，二级汇水装置，储水容器，磁铁排水阀门，压力传感器，控制单元，电流系统，存储单元和LED显示屏。通过汇水装置进行汇水，存贮与储水容器中，并用压力传感器测量水的压力，计算出水的高度，乘以储水容器底面积确定水的体积，当涌水量达到设计的排水阈值时，通过控制单元，改变电流系统电流方向，使得磁铁同极相斥打开磁铁排水阀门排水，同时存储单元记录每个循环从储水开始到排水结束所经历的时间和储水容器内的水量，进而得到隧道实时的涌水量。并在LED显示屏上实时显示。排水结束后，压力值达到阈值2时，电流、磁铁恢复原来状态，排水阀门关闭，继续进行测量。

Description

一种隧道散状涌水量实时自动测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及隧道及地下工程测量装置相关技术领域，具体的说，是涉及一种隧道散状涌水量实时自动测量装置及其使用方法。

背景技术

随着我国交通运输业的快速发展和西部大开发战略的实施以及“一带一路”建设的不断推进，隧道建设已经进入了空前的繁荣发展时期。目前，我国已经是世界隧道和地下工程最多、发展最快、水文地质及结构形式最复杂的国家。突涌水是隧道建设中常见的问题之一，往往会造成施工困难，工程延期，甚至造成了重大的人员伤亡和经济损。如何高效准确的测量隧道涌水量对隧道地下水处治至关重要。

地下水通过围岩裂隙网络流入隧道内部，按照其突涌水形式可分为：大规模的突涌水，沿岩溶裂隙管道的柱状突涌水，还有出水量相对较小、分散且均匀分布的散状突涌水。对于散状突涌水，其涌水点较分布较，且涌水量会随地表降雨、隧道爆破开挖等随时变化，目前现有技术中，国内尚无有效的精确、实时、自动化测量仪器，测量人员多采用经验法或者非专业仪器进行估算，测量结果误差大，对工程指导性差。

因此，迫切需要设计一种针对隧道散状涌水量的高效实时自动测量装置，提高监测数据的准确性，减少长期监测的工作量。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提出一种隧道散状涌水量实时自动测量装置及其使用方法。本装置可实现对散状涌水量进行实时自动测量，提高测量精度，降低人工工作量。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道散状涌水量实时自动测量装置，包括一级汇水装置，储水容器，磁铁排水阀门，控制单元；

所述一级汇水装置，用于汇集一定面积范围内隧道涌水，为喇叭状薄壁装置，上部开口直径大于下部开口直径，下部开口直径小于所述储水容器开口直径，以便将一级汇水装置安置在储水容器上；

所述储水容器，为圆筒状结构，用于储存汇水装置汇集的水量，在圆筒状结构底部装有用于检测水压力的压力传感器，侧部含有磁铁排水阀门；

所述磁铁排水阀门，用于排除储水容器内的水量，其上面设置第一磁铁，磁铁排水阀门在磁力作用下沿着储水容器的侧壁上下移动；

所述的控制单元，其输入端与所述的压力传感器相连，其输出端连接电流系统，所述的电流系统控制与第一磁铁相对的第二磁铁的极性。

当压力传感器所测压力达到设置的阈值1时，控制单元将改变电流系统的电流方向，改变基座内部磁铁的正负极，根据同性磁极相斥原理，推动排水装置磁铁带动阀门沿滑动槽向上滑动，所述储水容器内水从阀门排出；当水排完后，压力降低到设置的阈值2时，控制单元将电流恢复原来方向，磁铁正负极恢复，将排水阀门吸下来，进行重新储水。

进一步的，所述的控制单元放置在一个基座内，所述的基座内为中空结构，内部存放有控制单元、电流系统、第二磁铁、存储单元。

进一步的，所述的控制单元还与一个LED显示屏相连，所述的LED显示屏安装在基座侧壁上。

进一步的，所述压力传感器，固定在圆筒状储水容器底部，用于测量储水容器内部水压力，并通过导线与基座内部控制单元相连。

进一步的，所述控制单元将压力传感器通过测量压力转为水的高度，乘以圆筒状储水容器底面积获得储水容器内体积，即在特定时间内，所测汇水面积的涌水量。控制单元与存储单元相连，将数据传递给存储单元。

进一步的，所述电流系统与基座内磁铁相连，通过改变电流的方向来改变基座内磁铁的磁极。

进一步的，所述存储单元，用于记录每个循环从储水开始到排水结束所经历的时间和储水容器内的水量。所述存储单元与LED时间和流量显示装置。

进一步的，所述LED显示屏，用于实时显示所测范围内隧道的涌水量及测量时间。

进一步的，所述一级汇水装置，为喇叭状薄壁装置，上部开口直径大于下部开口直径，下部开口直径小于所述储水容器开口直径，以便将一级汇水装置安置在储水容器上。

进一步的，所述的隧道散状涌水量实时自动测量装置还包括一个二级汇水装置，其与所述一级汇水装置联合使用，用于扩大汇水面积，其形状与所述一级积水装置形状相同，其上、下端开口直径均较所述一级汇水装置上下端直径大，且所述二级汇水装置下端开口直径比所述一级汇水装置上端小，便于安置在所述一级汇水装置上部。

进一步的，所述磁铁排水阀门，用于排除储水容器内的水量，其上部为具有一定强度的薄片状结构，下部与磁铁相连。底部磁铁与基座内磁铁通过同极相斥，异极相吸原理，沿排水阀门两侧储水容器上的滑动槽上下滑动，实现储水容器的自动储水、排水功能。

在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种隧道散状涌水量实时自动测量装置的使用方法，主要步骤如下：

A、对拟测量隧道涌水量区域下方进行处理，保持地面水平；

B、将一级汇水装置置于储水容器上方，根据工程测量范围确定是否使用二级汇水装置；

C、将装置置于处理后的位置后进行测量；

D、当压力传感器所测压力达到设置的阈值1时，控制单元将改变电流系统的电流方向，改变基座内部磁铁的正负极，根据同性磁极相斥原理，推动排水装置磁铁带动阀门沿滑动槽向上滑动，所述储水容器内水从阀门排出；当水排完后，压力降低到设置的阈值2时，控制单元将电流恢复原来方向，磁铁正负极恢复，将排水阀门吸下来，进行重新储水；控制单元将压力传感器通过测量压力转为水的高度，乘以圆筒状储水容器底面积获得储水容器内体积，即在特定时间内，所测汇水面积的涌水量；控制单元与存储单元相连，将数据传递给存储单元。

进一步的，可人工记录LED显示屏上的实时显示的时间和涌水量，也可在测量结束后取出存储单元将数据提取出来。

本发明的有益效果是：

(1)实现了隧道及地下工程中散状涌水量的精密、自动化、实时测量，采用压力传感器，提高了测量的精度。

(2)该装置可进行涌水的自动采集和排放，实现不同时刻隧道涌水量的连续自动监测，具有高度的自动化。

(3)采用存储单元，可以实时存储所需数据，无需人工长期测量，降低劳动强度。

(4)通过传感装置及LED显示屏实现了可随时查看隧道涌水量。

(5)该装置结构简单，操作方便，体积小，便于携带和运输

(6)该装置可用于隧道及地下工程涌水量测量，也适用地表降雨量测量，应用范围广。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明中一级汇水装置和二级汇水装置连接示意图；

图3是本发明中装置底部连接详图；

图4是本发明中自动化涌水量测量的原理流程图；

其中：1、一级汇水装置，2、二级汇水装置，3、汇水装置重叠，4、储水容器，5、压力传感器，6、基座，7、控制单元，8、滑动槽，9、磁铁排水阀门，10、磁铁1，11、磁铁2，12、LED显示屏，13、存储单元，14、电流系统。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中国内尚无有效的精确、实时、自动化测量仪器，测量人员多采用经验法或者非专业仪器进行估算，测量结果误差大，对工程指导性差。因此，迫切需要设计一种针对隧道散状涌水量的高效实时自动测量装置，提高监测数据的准确性，减少长期监测的工作量。

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例：一种隧道散状涌水量实时自动测量装置，其结构如图1、图2和图3所示，包括：一级汇水装置1，二级汇水装置2，储水容器4，磁铁排水阀门9，压力传感器5，控制单元7，电流系统14，存储单元13和LED显示屏12。

所述一级汇水装置1，用于汇集一定面积范围内隧道涌水，为喇叭状薄壁装置，上部开口直径大于下部开口直径，下部开口直径小于所述储水容器4开口直径，以便将一级汇水装置1安置在储水容器4上。

所述二级储水容器2，与所述一级汇水装置1联合使用，用于扩大汇水面积，其形状与所述一级积水装置1形状相同，其上、下端开口直径均较所述一级汇水装置1上下端直径大，且所述二级汇水装置2下端开口直径比所述一级汇水装置1上端小，便于安置在所述一级汇水装置1上部。

这里所述的二级储水容器2是根据需要可以设置，也可以不设置。

所述储水容器4为圆筒状，用于储存汇水装置汇集的水量，其底部装有压力传感器5，下方为基座6，侧部含有磁铁排水阀门9。

所述磁铁排水阀门9，用于排除储水容器4内的水量，其上部为具有一定强度的薄片状结构，下部与磁铁10相连。底部磁铁10与基座6内磁铁11通过同极相斥，异极相吸原理，沿排水阀门两侧储水容器4上的滑动槽8上下滑动，实现储水容器4的自动储水、排水功能。

所述基座6内为中空结构，内部存放有控制单元7、电流系统14、磁铁11、存储单13元，在侧壁有LED显示屏12。

所述压力传感器5，固定在圆筒状储水容器4底部，用于测量储水容器4内部水压力，并通过导线与基座6内部控制单元7相连。

所述控制单元7，通过导线与所述电流系统14相连，当压力传感器5所测压力达到设置的阈值1时，控制单元7将改变电流系统14的电流方向，改变基座6内部磁铁11的正负极，根据同性磁极相斥原理，推动排水装置磁铁10带动阀门9沿滑动槽向上滑动，所述储水容器4内水从阀门9排出；当水排完后，压力降低到设置的阈值2时，控制单元7将电流恢复原来方向，磁铁正负极恢复，将排水阀门9吸下来，进行重新储水。控制单元7将压力传感器5通过测量压力转为水的高度，乘以圆筒状储水容器4底面积获得储水容器内体积，即在特定时间内，所测汇水面积的涌水量。控制单元7与存储单元13相连，将数据传递给存储单元13。

所述电流系统14与基座6内磁铁11相连，通过改变电流的方向来改变基座6内磁铁11的磁极。

所述存储单元13，用于记录每个循环从储水开始到排水结束所经历的时间和储水容器4内的水量。所述存储单元13与LED显示屏12相连。

所述LED显示屏12，用于实时显示所测范围内隧道的涌水量及测量时间。

如图所示，在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种隧道散状涌水量实时自动测量装置的使用方法，主要步骤如下：

A、对拟测量隧道涌水量区域下方进行处理，保持地面水平；

B、将一级汇水装置1置于储水容器上方，根据工程测量范围确定是否使用二级汇水装置2；

C、将装置置于处理后的位置进行测量；

D、可人工记录LED显示屏12上的实时显示的时间和涌水量，也可在测量结束后取出存储单元13将数据提取出来。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)实现了隧道及地下工程中散状涌水量的精密、自动化、实时测量，采用压力传感器，提高了测量的精度。

(2)该装置可进行涌水的自动采集和排放，实现不同时刻隧道涌水量的连续自动监测，具有高度的自动化。

(3)采用存储单元，可以实时存储所需数据，无需人工长期测量，降低劳动强度。

(4)通过传感装置及LED显示屏实现了可随时查看隧道涌水量。

(5)该装置结构简单，操作方便，体积小，便于携带和运输

(6)该装置可用于隧道及地下工程涌水量测量，也适用地表降雨量测量，应用范围广。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种隧道散状涌水量实时自动测量装置，其特征在于，包括一级汇水装置，储水容器，磁铁排水阀门和控制单元；

所述一级汇水装置，用于汇集一定面积范围内隧道涌水，为喇叭状薄壁装置，上部开口直径大于下部开口直径，下部开口直径小于所述储水容器开口直径，以便将一级汇水装置安置在储水容器上；

所述储水容器，为圆筒状结构，用于储存汇水装置汇集的水量，在圆筒状结构底部装有用于检测水压力的压力传感器，侧部含有磁铁排水阀门；

所述磁铁排水阀门，用于排除储水容器内的水量，其上面设置第一磁铁，磁铁排水阀门在磁力作用下沿着储水容器的侧壁上下移动；

所述的控制单元，其输入端与所述的压力传感器相连，其输出端连接电流系统，所述的电流系统控制与第一磁铁相对的第二磁铁的极性。

2.如权利要求1所述的一种隧道散状涌水量实时自动测量装置，其特征在于，所述的控制单元放置在一个基座内，所述的基座内为中空结构，内部存放有控制单元、电流系统、第二磁铁、存储单元。

3.如权利要求2所述的一种隧道散状涌水量实时自动测量装置，其特征在于，所述的控制单元还与一个LED显示屏相连，所述的LED显示屏安装在基座侧壁上。

4.如权利要求3所述的一种隧道散状涌水量实时自动测量装置，其特征在于，所述控制单元将压力传感器通过测量压力转为水的高度，乘以圆筒状储水容器底面积获得储水容器内体积，即在特定时间内，所测汇水面积的涌水量；控制单元与存储单元相连，将数据传递给存储单元。

5.如权利要求4所述的一种隧道散状涌水量实时自动测量装置，其特征在于，所述存储单元，用于记录每个循环从储水开始到排水结束所经历的时间和储水容器内的水量；所述存储单元与LED时间和流量显示装置相连。

6.如权利要求1所述的一种隧道散状涌水量实时自动测量装置，其特征在于，所述一级汇水装置，为喇叭状薄壁装置，上部开口直径大于下部开口直径，下部开口直径小于所述储水容器开口直径，以便将一级汇水装置安置在储水容器上。

7.如权利要求1所述的一种隧道散状涌水量实时自动测量装置，其特征在于，所述的隧道散状涌水量实时自动测量装置还包括一个二级汇水装置，其与所述一级汇水装置联合使用，用于扩大汇水面积，其形状与所述一级积水装置形状相同，其上、下端开口直径均较所述一级汇水装置上下端直径大，且所述二级汇水装置下端开口直径比所述一级汇水装置上端小，便于安置在所述一级汇水装置上部。

8.如权利要求1所述的一种隧道散状涌水量实时自动测量装置，其特征在于，所述磁铁排水阀门，用于排除储水容器内的水量，其上部为具有一定强度的薄片状结构，下部与磁铁相连。底部磁铁与基座内磁铁通过同极相斥，异极相吸原理，沿排水阀门两侧储水容器上的滑动槽上下滑动，实现储水容器的自动储水、排水功能。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的隧道散状涌水量实时自动测量装置进行测量的方法，其特征在于，步骤如下：

A、对拟测量隧道涌水量区域下方进行处理，保持地面水平；

B、将一级汇水装置置于储水容器上方，根据工程测量范围确定是否使用二级汇水装置；

C、将装置置于处理后的位置后进行测量；

D、当压力传感器所测压力达到设置的阈值1时，控制单元将改变电流系统的电流方向，改变基座内部磁铁的正负极，根据同性磁极相斥原理，推动排水装置磁铁带动阀门沿滑动槽向上滑动，所述储水容器内水从阀门排出；当水排完后，压力降低到设置的阈值2时，控制单元将电流恢复原来方向，磁铁正负极恢复，将排水阀门吸下来，进行重新储水；控制单元将压力传感器通过测量压力转为水的高度，乘以圆筒状储水容器底面积获得储水容器内体积，即在特定时间内，所测汇水面积的涌水量；控制单元与存储单元相连，将数据传递给存储单元。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，可人工记录LED显示屏上的实时显示的时间和涌水量，也可在测量结束后取出存储单元将数据提取出来。