CN107727271A - 基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置，涉及岩土工程现场检测及安全防范领域。所述装置包括加热系统、测温系统和数据处理分析系统；加热系统用于加热地下连续墙后的土体，使渗漏水与光纤之间存在温度差；测温系统用于测量光纤的初始温度值以及加热土体后地下连续墙内的温度场；数据处理分析系统用于处理温度数据，并获取发生渗漏的部位以及获得渗漏部位的渗漏速率；同时本装置充分利用地下连续墙的钢筋笼来铺设光纤和导热丝，使纵向的光纤与横向的导热丝形成了网状分布式光纤，节约了成本；本装置还利用加热系统来加热渗漏水，对渗漏区温差起到放大作用，不需要对光纤表面进行处理，并保证了光纤的灵敏性，简化了工艺。

Description

基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置
技术领域
本发明属于岩土工程现场检测及安全防范设备领域，尤其是涉及一种用于地下连续墙渗漏检测的装置。
背景技术
近年来，随着我国高层建筑的逐步增多，建筑物对基坑的要求也越来越高，基坑工程中地下连续墙的渗漏是影响工程安全的重要因素，借鉴可靠的检测技术及时获知其渗漏部位和渗漏程度，越来越引起工程领域的关注和重视。目前用于渗漏检测的方法有电法探测、电容式传感器等，但是这些方法都存在其局限性，不能很好的应用于地下连续墙的渗漏检测。分布式光纤温度传感技术是目前应用最为广泛，也是最适用于地下连续墙渗漏检测的方法。光纤传感技术在油气管线泄漏的监测方法和监测堤坝渗漏现象的装置已有专利文献报露，但是至今尚未公开一种检测地下连续墙渗漏现象的装置和方法，而地下连续墙的钢筋混凝土结构中渗漏的检测与大坝、堤坝、岩土体墙等存在不同，且地下连续墙与堤坝等结构体的施工工艺也存在不同，不能直接将监测堤坝渗漏的装置和方法用于检测地下连续墙的渗漏。因此，提供一种基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置，发现其渗漏部位和渗漏程度显得十分重要，它能防治墙体倒塌，发现问题及时治理，以确保工程的安全和人民的生命财产安全。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置。
为实现上述目标，本发明提供了如下技术方案:
本发明提供一种基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置，应用于地下连续墙中，所述地下连续墙包括钢筋笼和混凝土，钢筋笼又包括纵向的钢筋和横向的箍筋，用于提高地下连续墙的强度，混凝土用于浇注在下入钢筋笼所在的槽中形成地下连续墙的墙体，其特征在于：该装置包括加热系统、测温系统和数据处理分析系统；
所述加热系统用于加热地下连续墙后的土体，并使从地下连续墙后的土体中渗漏出来的水具有一定的温度，使渗漏水与光纤之间存在温度差；
所述测温系统用于测量光纤的初始温度值以及加热土体后地下连续墙内的温度场；
所述数据处理分析系统通过传感光缆与测温系统连接，用于处理测温系统获得的温度数据，并获取发生渗漏的部位，以及获得渗漏部位的渗漏速率。
进一步，所述加热系统包括“U”形不锈钢电热管，所述“U”形不锈钢电热管埋设在地下连续墙后的土体中；
当需要检测渗漏时，通过“U”形不锈钢电热管加热地下连续墙后的土体，使所述土体内形成一定的温度场，使从所述土体中渗漏出来的水具有一定的温度，并使渗漏水与光纤(2)之间具有温度差。
进一步，所述测温系统包括分布式光纤测温系统和光纤初始温度测量系统，所述分布式光纤测温系统用以测量地下连续墙内的温度场，所述光纤初始温度测量系统用以测量光纤的初始温度值；
所述分布式光纤测温系统包括光纤、导热丝；其中，光纤呈“S”形缠绕在纵向的钢筋上，用于检测地下连续墙的墙体内的温度；导热丝固定在横向的箍筋上，一端与光纤相连接，另一端延伸在光纤之间空白段，用于感知光纤之间空白段的温度；纵向分布的光纤和横向分布的导热丝共同构成网状结构；
所述光纤初始温度测量系统包括导线连接的建筑电子测温仪和测温线，所述建筑电子测温仪包括电源开关、显示屏和插座，所述测温线包括插头、导线和温度传感器；
预埋测温线时，用钢筋作支承物，将测温线固定在钢筋上，埋设在光纤附近；在浇筑混凝土时，将测温线的温度传感器置于测温点位置，并使测温线端点的插头留在混凝土外；测温时，按下建筑电子测温仪的电源开关，将测温线的插头插入建筑电子测温仪的插座中，在建筑电子测温仪的显示屏上即可显示相应测温点的温度。
进一步，所述的数据处理分析系统包括分析数据的电脑，用于处理通过传感光缆所传递的测温系统获得的温度数据，并获取发生渗漏的部位，以及获得渗漏部位的渗漏速率。
本发明采用的以上技术方案，与现有技术相比，作为举例而非限定，具有以下的有益效果：充分地利用地下连续墙的钢筋笼来铺设光纤和导热丝，并利用混凝土对其进行保护；且纵向采用光纤测温，横向用导热丝代替光纤，形成类似于网状分布式光纤，节约了成本；同时本装置利用加热系统加热渗漏的水，对渗漏区温差起到放大作用，这与传统的热脉冲法加热光纤相比，不需要对光纤表面进行处理(如加上加热光缆，保护套)，保证了光纤的灵敏性，节约了成本，简化了工艺。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置的结构示意图。
附图标记说明：
11为钢筋，12为箍筋，13为混凝土，2为光纤，3为导热丝，4为“U”形不锈钢电热管，51为建筑电子测温仪，52为测温线，6为电脑，7为传感光缆。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及其附图对本发明提供的一种基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更加清楚。
需要说明的是，本发明的实施例有较佳的实施性，并非是对本发明任何形式的限定。本发明实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。本发明优选实施方式的范围也可以包括另外的实现，且这应被本发明实施例所属技术领域的技术人员所理解。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限定。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
本发明的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的，并非是限定本发明可实施的限定条件。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的效果及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。且本发明各附图中所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，本发明提供一种基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置。
所述地下连续墙通常包括钢筋笼和混凝土13；钢筋笼又包括纵向的钢筋11和横向的箍筋12，用于提高地下连续墙的强度；混凝土13用于浇注在下入钢筋笼所在的槽中形成地下连续墙的墙体。
所述基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置包括加热系统、测温系统和数据处理分析系统。其中，加热系统用于加热地下连续墙后的土体，并使从地下连续墙后的土体中渗漏出来的水具有一定的温度，使渗漏水与光纤2之间存在温度差；测温系统用于测量光纤2的初始温度值以及加热土体后地下连续墙内的温度场；数据处理分析系统通过传感光缆7与测温系统连接，用于处理通过测温系统获得的温度数据，并获取发生渗漏的部位，以及获得渗漏部位的渗漏速率。
进一步，加热系统包括“U”形不锈钢电热管4，所述“U”形不锈钢电热管4埋设在地下连续墙后的土体中；当需要检测渗漏时，通过“U”形不锈钢电热管4加热地下连续墙后的土体，并在地下连续墙后的土体内形成一定的温度场，同时使从土体中渗漏出来的水具有一定的温度，且渗漏水与光纤2之间存在温度差。为保证光纤2与渗漏水存在温度差，“U”形不锈钢电热管4只能埋在地下连续墙后的土体中；若埋置在地下连续墙体内会同时加热钢筋11、混凝土13、光纤2，进而光纤2的温度会随之升高，不能与渗漏水形成温度差。
测温系统包括分布式光纤测温系统和光纤初始温度测量系统，其中分布式光纤测温系统用于测量“U”形不锈钢电热管4加热土体后地下连续墙内的温度场，以便于检测发生渗漏的部位；光纤初始温度测量系统用于测量“U”形不锈钢电热管4加热土体之前的光纤的初始温度值，光纤的初始温度值用来计算渗漏速度。
进一步，分布式光纤测温系统包括光纤2、导热丝3，纵向分布的光纤2和横向分布的导热丝3组成的网状结构。在本发明中，利用钢筋笼中的钢筋11和箍筋12来铺设光纤2以及导热丝3；其中，钢筋11用于光纤2的缠绕；箍筋12用于导热丝3的固定。进一步，光纤2是拉曼后向散射分布式光纤，其呈“S”形缠绕于钢筋11之上，通过光纤2对温度的感知作用来获得地下连续墙的墙体内的温度数据。在正常情况下，光纤2检测到的温度应该是地下连续墙中光纤2铺设处及附近环境的温度，这个温度通常与墙后土体中渗漏出来的水的温度存在差异，一旦地下连续墙出现渗漏，则光纤检测到的温度出现异常处即是发生渗漏的部位；当渗漏出的水与光纤2所处环境温度接近时，则不易辨认出发生渗漏的部位；因此在本发明中，通过墙后的加热装置加热土体(本装置采用“U”形不锈钢电热管4)，使从中渗漏出的水与光纤2附近产生温差，进而通过探测温度分布异常的区域即可测得墙体发生渗漏的部位。也就是说，由于加热土体使土体中渗漏出来的渗漏水具有了一定的温度，渗漏水流入墙体时其温度与其他部分温度相比存在差异，温度异常的部分即是发生渗漏的部位。所述导热丝3固定在箍筋12上，一端与光纤2相连接，另一端延伸在光纤2之间空白段；因为光纤2无法感知空白段的温度数据，所以用导热丝3用感知光纤2之间空白段的温度；因为导热丝3能够把其上任一点感知到的温度传递至端点，因此将其端点与光纤2相连就能将上述空白段的温度信息传递至光纤2，以增大本装置的测温范围。
光纤初始温度测量系统用于测量“U”形不锈钢电热管4加热土体之前光纤2的初始温度值，其包括导线连接的建筑电子测温仪51和测温线52；所述建筑电子测温仪51包括电源开关、显示屏和插座；所述测温线52包括插头、导线和温度传感器组成。在具体实施时，可以根据测温点数量和深度选用长度规格合适的测温线52。预埋测温线52时，用钢筋11作支承物，将测温线52固定在钢筋11上，埋设在光纤2附近；在浇筑混凝土13时，将测温线52的温度传感器置于测温点位置，并使测温线52端点的插头留在混凝土13外面用塑料袋罩好，避免潮湿，保持清洁。测温时，按下建筑电子测温仪51的电源开关，将测温线52的插头插入建筑电子测温仪51的插座中，在建筑电子测温仪51的显示屏上即可显示相应测温点的温度。
所述的测温点温度即代表光纤2的初始温度值。因为光纤2的初始温度与其周围混凝土的温度接近，所以本发明将建筑电子测温仪51显示的测温点所测得的光纤2周围混凝土的温度作为光纤2的初始温度值。
所述的数据处理分析系统包括分析数据的电脑6，用于处理通过传感光缆7所传递的测温系统获得的温度数据，并获取发生渗漏的部位，以及获得渗漏部位的渗漏速率。
具体的，由于加热土体后可以使从土体中渗漏出来的渗漏水具有一定的温度，后续渗漏水流入地下连续墙的墙体时其温度与墙体其他部分温度相比存在差异，因此温度异常的部分即发生渗漏的部位。进一步，根据水流温度与流速的线性关系Tmin＝aV+b,计算出渗漏部位的渗流速率；其中Tmin为光纤的特征温度值，V为岩土体渗流速率，a和b为常数，通过标定试验确定；所述光纤的特征温度值为每次检测渗漏时通过光纤初始温度测量系统测得的温度场稳定时的光纤初始温度值。
本发明所述水流温度与流速的线性关系Tmin＝aV+b，根据专利“一种岩土体渗流速率分布式监测方法及系统”(专利号CN201310397600)中的渗流水流速公式结合本装置的实际情况而推得。
本发明还提供的一种基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置的使用方法。在使用时，首先将光纤2以“S”形缠绕在钢筋11上，导热丝3固定在箍筋12上，测温线52固定在光纤2附近的钢筋11上，然后将这些仪器随钢筋笼一起下入到预定位置后，浇注混凝土13，混凝土13对埋设的仪器具有一定的保护作用。将光纤2在地表的一端通过传感光缆7与电脑6相连；再在地下连续墙的后的土体中埋设“U”形不锈钢电热管4。当需要检测渗漏时，先用建筑电子测温仪51测得光纤的初始温度值Tmi；再利用“U”形不锈钢电热管4加热土体，并使从土体中渗漏出来的渗漏水具有一定的温度，接着渗漏水流入墙体时其温度与墙体其他部分温度相比就存在差异。最后利用数据处理分析系统，处理测温系统获得的温度数据，并获取发生渗漏的部位，以及获得渗漏部位的渗漏速率。
本发明的技术方案，作为举例而非限定，具有如下有益效果：充分地利用了地下连续墙的钢筋笼铺设光纤和导热丝，混凝土对其进行了保护。纵向采用光纤测温，横向用导热丝代替光纤，形成类似于网状分布式光纤，节约了成本。本装置是利用加热系统加热渗漏的水，对渗漏区温差起到“放大”作用，这与传统的热脉冲法加热光纤相比：不需要对光纤表面进行处理(如加上加热光缆，保护套)，保证了光纤的灵敏性，节约了成本，简化了工艺。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置，应用于地下连续墙中，所述地下连续墙包括钢筋笼和混凝土(13)，钢筋笼又包括纵向的钢筋(11)和横向的箍筋(12)，用于提高地下连续墙的强度，混凝土(13)用于浇注在下入钢筋笼所在的槽中形成地下连续墙的墙体，其特征在于：该装置包括加热系统、测温系统和数据处理分析系统；
所述加热系统用于加热地下连续墙后的土体，并使从地下连续墙后的土体中渗漏出来的水具有一定的温度，使渗漏水与光纤(2)之间存在温度差；
所述测温系统用于测量光纤(2)的初始温度值以及加热土体后地下连续墙内的温度场；
所述数据处理分析系统通过传感光缆(7)与测温系统连接，用于处理测温系统获得的温度数据，并获取发生渗漏的部位，以及获得渗漏部位的渗漏速率。
2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置，其特征在于：所述加热系统包括“U”形不锈钢电热管(4)，所述“U”形不锈钢电热管(4)埋设在地下连续墙后的土体中；
当需要检测渗漏时，通过“U”形不锈钢电热管(4)加热地下连续墙后的土体，使所述土体内形成一定的温度场，使从所述土体中渗漏出来的水具有一定的温度，并使渗漏水与光纤(2)之间具有温度差。
3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置，其特征在于：所述测温系统包括分布式光纤测温系统和光纤初始温度测量系统，所述分布式光纤测温系统用以测量地下连续墙内的温度场，所述光纤初始温度测量系统用以测量光纤的初始温度值；
所述分布式光纤测温系统包括光纤(2)、导热丝(3)；其中，光纤(2)呈“S”形缠绕在纵向的钢筋(11)上，用于检测地下连续墙的墙体内的温度；导热丝(3)固定在横向的箍筋(12)上，一端与光纤(2)相连接，另一端延伸在光纤(2)之间空白段，用于感知光纤(2)之间空白段的温度；纵向分布的光纤(2)和横向分布的导热丝(3)共同构成网状结构；
所述光纤初始温度测量系统包括导线连接的建筑电子测温仪(51)和测温线(52)，所述建筑电子测温仪(51)包括电源开关、显示屏和插座，所述测温线(52)包括插头、导线和温度传感器；
预埋测温线(52)时，用钢筋(11)作支承物，将测温线(52)固定在钢筋(11)上，埋设在光纤(2)附近；在浇筑混凝土(13)时，将测温线(52)的温度传感器置于测温点位置，并使测温线(52)端点的插头留在混凝土(13)外；测温时，按下建筑电子测温仪(51)的电源开关，将测温线(52)的插头插入建筑电子测温仪(51)的插座中，在建筑电子测温仪(51)的显示屏上即可显示相应测温点的温度。
4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤测温的地下连续墙渗漏检测装置，其特征在于：所述的数据处理分析系统包括分析数据的电脑(6)，用于处理通过传感光缆(7)所传递的测温系统获得的温度数据，并获取发生渗漏的部位，以及获得渗漏部位的渗漏速率。
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