CN108955672B - 一种隧道注浆浆液轨迹监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种隧道注浆浆液轨迹监测系统，包括监测装置和多个具备加速度惯导感测能力的轨迹数据采集装置；监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线通信连接；轨迹数据采集装置采用置入灌浆液中的采集传感器采集自身的加速度惯导信息，并采用无线多跳网络发送至监测装置；监测装置根据加速度惯导信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测。本申请公开的隧道注浆浆液轨迹监测系统能够对灌浆液的流动轨迹进行监测，从而实现及时控制浆液外流，避免灌浆液的浪费，实现高效的隧道浆液灌注。

Description

一种隧道注浆浆液轨迹监测系统及方法

技术领域

本发明涉及工程监测技术领域，尤其涉及一种隧道注浆浆液轨迹监测系统及方法。

背景技术

隧道开挖过程中，常常在盾构机通过后对其壁后采用注浆加固隧道壁，但是在实际施工中发现：由于壁后岩石结构状态与开缝不同，或者由于隧道开挖壁存在其他方向的缝隙或管道，将会导走大量的灌浆液，常常出现加注了大量的浆液，还是无法注满后壁的情况，导致灌浆成本的大幅上升。

现有技术中，虽然可采用超声波CT、电磁波CT，地震波CT,以及钻芯法来做注浆的质量监控。然而这些方法在注浆施工过程中无法使用且也不能检测出浆液流动的轨迹，因此如果不能发现由于壁后岩石结构状态与开缝不同，或者由于隧道开挖壁存在其他方向的缝隙或管道造成的灌浆液的浪费,如隧道开挖部分与溶洞或地下河连同，这些浪费将是惊人的。

因此，如何能够对注浆施工过程中的灌浆液的流动轨迹进行监测，从而实现及时控制浆液外流，避免灌浆液的浪费，实现高效的隧道浆液灌注，成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本申请提供了一种隧道注浆浆液轨迹监测系统，能够对灌浆液的流动轨迹进行监测，从而实现及时控制浆液外流，避免灌浆液的浪费，实现高效的隧道浆液灌注。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种隧道注浆浆液轨迹监测系统，包括监测装置和多个具备加速度惯导感测能力的轨迹数据采集装置；所述监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线多跳通信连接；

所述轨迹数据采集装置用于置入灌浆液中采集自身的加速度信息，并发送至监测装置；

所述监测装置根据所述加速度信息采用惯导方式计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于所述运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测。

优选地，所述监测装置包括处理器及无线收发单元，处理器与无线收发单元电连接，无线收发单元分别与各个轨迹数据采集装置建立无线多跳通信连接。

优选地，所述轨迹数据采集装置包括三轴加速度传感器、微控制单元及无线多跳通信装置，三轴加速度传感器与微控制单元电连接，微控制单元与无线多跳通信装置电连接，无线通信装置与监测装置建立无线多跳通信连接。

优选地，所述监测装置根据所述加速度信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于所述运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测的具体方式为：

监测装置对所述加速度信息进行积分，计算出所述轨迹数据采集装置的运动轨迹，使用曲线拟合的方式对运动轨迹进行修正，基于修正后的运动轨迹生成灌浆过程中的浆液走向三维图。

优选地，所述轨迹数据采集装置还包括椭球状的壳体，所述无线通信装置包括通信天线，三轴加速度传感器及微控制单元安装在壳体内部，微控制单元与伸出壳体的通信天线电连接。

优选地，所述轨迹数据采集装置还包括椭球状的壳体，所述无线通信装置包括PCB板天线，三轴加速度传感器、微控制单元及PCB板天线均安装在壳体内部，微控制单元与PCB板天线电连接。

优选地，所述轨迹数据采集装置还包括供电管理单元。

一种隧道注浆浆液轨迹监测方法，所述方法应用于如上述的隧道注浆浆液轨迹监测系统，包括如下步骤：

监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线多跳通信连接，形成链式通信方式；

轨迹数据采集装置置入灌浆液中采集自身的加速度信息，并发送至监测装置；

监测装置根据所述加速度信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于所述运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测。

优选地，所述监测装置根据所述加速度信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于所述运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测的具体方式为：

监测装置对所述加速度信息进行积分，计算出所述轨迹数据采集装置的运动轨迹，使用曲线拟合的方式对运动轨迹进行修正，基于修正后的运动轨迹生成灌浆过程中的浆液走向三维图。

优选地，所述监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线通信连接的具体方式为：

所述监测装置及各个轨迹数据采集装置建立通信连接并构成多跳网络。

综上所述，本申请公开了一种隧道注浆浆液轨迹监测系统，包括监测装置和多个具备加速度惯导感测能力的轨迹数据采集装置；监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线通信连接；轨迹数据采集装置采用置入灌浆液中的采集传感器采集自身的加速度惯导信息，并采用无线多跳网络发送至监测装置；监测装置根据加速度惯导信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测。本申请公开的隧道注浆浆液轨迹监测系统能够对灌浆液的流动轨迹进行监测，从而实现及时控制浆液外流，避免灌浆液的浪费，实现高效的隧道浆液灌注。

附图说明

图1是本申请公开的一种隧道注浆浆液轨迹监测系统的结构框图；

图2是本申请公开的一种隧道注浆浆液轨迹监测方法的流程图；

图3是本申请公开的灌浆走向三维图的示意图。

附图标记说明：处理器101、无线收发单元102、三轴加速度传感器103、微控制单元104、无线通信装置105、DC-DC106、电池107、轨迹数据采集装置108、检测装置109。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述说明。

如图1所示，一种隧道注浆浆液轨迹监测系统，包括监测装置和多个具备加速度惯导感测能力的轨迹数据采集装置；所述监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线多跳通信连接；

所述轨迹数据采集装置用于置入灌浆液中采集自身的加速度信息，并发送至监测装置；

所述监测装置根据所述加速度信息采用惯导方式计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于所述运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测。

本发明主要针对监测隧道开挖时遇到的岩缝不同走向、不同方向的纹理延伸，在灌浆时采集、绘制或监控浆液的流过轨迹，获得灌浆浆液坐标变化关系，感知岩峰和纹理走向，及时控制浆液外流，实现高效的隧道浆液灌注。能够对灌浆液的流动轨迹进行监测，从而实现及时控制浆液外流，避免灌浆液的浪费，实现高效的隧道浆液灌注。

具体实施时，所述监测装置包括处理器及无线收发单元，处理器与无线收发单元电连接，无线收发单元分别与各个轨迹数据采集装置建立无线多跳通信连接，从而解决浆液为拟导体，电磁波在其中传播距离较短的问题。

本申请中的处理器可以为电脑或其他具有分析计算功能的智能设备。

具体实施时，所述轨迹数据采集装置包括三轴加速度传感器、微控制单元及无线多跳通信装置，三轴加速度传感器与微控制单元电连接，微控制单元与无线多跳通信装置电连接，无线通信装置与监测装置建立无线多跳通信连接。

本申请中，可以采用三轴加速度传感器来获取加速度信息，并通过为控制单元控制无线通信装置将信息传递至监测装置。

具体实施时，监测装置根据加速度信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测的具体方式为：

监测装置对加速度信息进行积分，计算出轨迹数据采集装置的运动轨迹，使用曲线拟合的方式对运动轨迹进行修正，基于修正后的运动轨迹生成如图3所示的灌浆过程中的浆液走向三维图。

三维图具有直观，便于观察的优点，根据加速度信息计算运动轨迹以及根据运动轨迹生成三维图的方法均为现有技术，在此不再赘述。本发明主要针对监测隧道开挖时遇到的岩缝不同走向、不同方向的纹理延伸，在灌浆时采集、绘制或监控浆液的流过轨迹，获得灌浆浆液坐标变化关系，感知岩缝和纹理走向，及时控制浆液外流，实现高效的隧道浆液灌注。

具体实施时，轨迹数据采集装置还包括椭球状的壳体，无线通信装置包括通信天线，三轴加速度传感器及微控制单元安装在壳体内部，微控制单元与伸出壳体的通信天线电连接。

椭球大小由探测精度确定，采用椭球装置使得天线能由椭球运动拖拽相随，而不发生缠绕现象，影响无线信号。

具体实施时，轨迹数据采集装置还包括椭球状的壳体，无线通信装置包括PCB板天线，三轴加速度传感器、微控制单元及PCB板天线均安装在壳体内部，微控制单元与PCB板天线电连接。

采用椭球型传感方便传感器在浆液中随浆液流动而减少翻滚。

具体实施时，轨迹数据采集装置还包括供电管理单元。

如图1所示，本申请中，电源管理单元为DC-DC，DC-DC是一种在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置，其采用微电子技术，把小型表面安装集成电路与微型电子元器件组装成一体而构成。

如图2所示，本申请还公开了一种隧道注浆浆液轨迹监测方法，方法应用于如上述的隧道注浆浆液轨迹监测系统，包括如下步骤：

S101、监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线多跳通信连接，形成链式通信方式；

S102、轨迹数据采集装置置入灌浆液中采集自身的加速度信息，并发送至监测装置；

S103、监测装置根据加速度信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测。

具体实施时，监测装置根据加速度信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测的具体方式为：

监测装置对加速度信息进行积分，计算出轨迹数据采集装置的运动轨迹，使用曲线拟合的方式对运动轨迹进行修正，基于修正后的运动轨迹生成灌浆过程中的浆液走向三维图。

具体实施时，监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线通信连接的具体方式为：

监测装置及各个轨迹数据采集装置建立通信连接并构成多跳网络。

土壤或岩石的介电常数为2-8，电磁波在其中传播有衰减，但衰减不是很大,但是土壤或岩石中如果含水率过高，趋肤效应的存在，传播距离将大大缩小，则可以采用多跳网络的方式来实现数据的接力；数据采用多跳方式定向传播，由于有无线中继点，数据可以通过短距离传很远，解决电磁波在土壤或岩石中传播距离短的特点，同时轨迹数据采集单元封装可以根据大小来实现控制单项线性多跳网络。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种隧道注浆浆液轨迹监测系统，其特征在于，包括监测装置和多个具备加速度惯导感测能力的轨迹数据采集装置；所述监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线多跳通信连接；

所述轨迹数据采集装置用于置入灌浆液中采集自身的加速度信息，并发送至监测装置；

所述监测装置根据所述加速度信息采用惯导方式计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于所述运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测，及时控制浆液外流，实现高效的隧道浆液灌注；

所述轨迹数据采集装置包括三轴加速度传感器、微控制单元及无线多跳通信装置，三轴加速度传感器与微控制单元电连接，微控制单元与无线多跳通信装置电连接，无线通信装置与监测装置建立无线多跳通信连接，所述轨迹数据采集装置还包括椭球状的壳体，所述无线多跳通信装置包括PCB板天线，三轴加速度传感器、微控制单元及PCB板天线均安装在壳体内部，微控制单元与PCB板天线电连接。

2.如权利要求1所述的隧道注浆浆液轨迹监测系统，其特征在于，所述监测装置包括处理器及无线收发单元，处理器与无线收发单元电连接，无线收发单元分别与各个轨迹数据采集装置建立无线多跳通信连接。

3.如权利要求1所述的隧道注浆浆液轨迹监测系统，其特征在于，所述监测装置根据所述加速度信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于所述运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测的具体方式为：

监测装置对所述加速度信息进行积分，计算出所述轨迹数据采集装置的运动轨迹，使用曲线拟合的方式对运动轨迹进行修正，基于修正后的运动轨迹生成灌浆过程中的浆液走向三维图。

4.如权利要求1-3任一项所述的隧道注浆浆液轨迹监测系统，其特征在于，所述轨迹数据采集装置还包括供电管理单元。

5.一种隧道注浆浆液轨迹监测方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-3任一项所述的隧道注浆浆液轨迹监测系统，包括如下步骤：

监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线多跳通信连接，形成链式通信方式；

轨迹数据采集装置置入灌浆液中采集自身的加速度信息，并发送至监测装置；

监测装置根据所述加速度信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于所述运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测。

6.如权利要求5所述的隧道注浆浆液轨迹监测方法，其特征在于，所述监测装置根据所述加速度信息计算轨迹数据采集装置的运动轨迹，并基于所述运动轨迹实现隧道注浆浆液轨迹监测的具体方式为：

监测装置对所述加速度信息进行积分，计算出所述轨迹数据采集装置的运动轨迹，使用曲线拟合的方式对运动轨迹进行修正，基于修正后的运动轨迹生成灌浆过程中的浆液走向三维图。

7.如权利要求6所述的隧道注浆浆液轨迹监测方法，其特征在于，所述监测装置分别与各个轨迹数据采集装置建立无线通信连接的具体方式为：

所述监测装置及各个轨迹数据采集装置建立通信连接并构成多跳网络。

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