CN108956701B - 一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置及方法，包括电导率测量单元、数据采集单元、无线传输网络和数据处理系统，电导率测量单元包括多个电阻片，所述电阻片贴合在隧道接缝处，测量接缝处的电阻率，并将电阻率通过传输线输送至数据采集单元，所述数据采集单元将各个电阻片的信息进行汇总，并通过无线传输网路发送至数据处理系统进行存储，所述数据处理系统剔除无效数据，提取由于渗漏水而导致的异常数据，根据得到的异常体数据确定对应接缝位置。本发明能够弥补目前常用的检测方法无法实现隧道渗漏水的长期实时监测的不足。

Description

一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置及方法。

背景技术

随着我国地铁隧道的高速发展，然而还有很多亟待解决的问题，比如隧道渗漏水，其已成为我国隧道工程最为普遍的问题之一，渗漏水会严重影响隧道结构的稳定性，产生隧道不均匀沉降、隧道变形等工程灾害，危害人民生命财产的安全。由此可见对隧道渗漏水的长期实时监控并及时了解渗漏情况尤为重要。

据统计，隧道中环缝和纵缝漏水超过隧道全部漏水情况的93％，因此如果能够保证接缝处不出现渗漏水，也就基本解决了隧道渗漏水问题。

目前，国内外通行的隧道渗漏水的检测方法主要有两类：

1、常规检测：采用人工目测或者量测。该类方法存在效率低、主观性过强以及不能长期监测等缺点。

2、无损检测法：地质雷达法、激光扫面法、瞬变电磁法、超声回弹综合法、瑞雷波法、红外探测法等方法。该类方法存在运营成本较高，且需要一定的人工进行辅助，无法长期监测观察等缺点。

目前的隧道工程的渗漏水检测往往停留在定期检查上，而如何能够实现隧道渗漏水的长期监测，才是目前急需解决的技术难题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置及方法，本发明能够弥补目前常用的检测方法如人工目测法、量测法、地质雷达法、激光扫面法、瞬变电磁法、超声波回弹法、瑞雷波法、红外探测法等无法实现隧道渗漏水的长期实时监测的不足。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置，包括电导率测量单元、数据采集单元、无线传输网络和数据处理系统，其中：

所述电导率测量单元包括多个电阻片，所述电阻片贴合在隧道接缝处，测量接缝处的电阻率，并将电阻率通过传输线输送至数据采集单元，所述数据采集单元将各个电阻片的信息进行汇总，并通过无线传输网路发送至数据处理系统进行存储，所述数据处理系统剔除无效数据，提取由于渗漏水而导致的异常数据，根据得到的异常体数据确定对应接缝位置。

进一步的，所述每个电阻片都有唯一的ID，且隧道接缝处的两边均设置有电阻片。

进一步的，所述电阻片之间通过导线连接。

进一步的，所述无线传输网络包括多个ZigBee无线发射模块和与之对应的ZigBee无线接收模块。

进一步的，所述实时监测装置还包括电流检测单元，检测电导率测量单元的电流，通过电流指示器进行显示。

基于上述装置的工作方法，包括以下步骤：

利用电阻率测量单元检测出隧道各个接缝处的电流具体数值；

将采集所有的电流值传输的所有数据储存并进行数据分析处理，剔除无效数据和检索出由于渗漏水而导致的异常数据；

根据得到的异常体数据进行反馈指导施工，处理有渗漏的接缝，保障隧道结构安全。

进一步的，对收集的数据进行编号整理分析，第一条接缝处所有电阻片测量的所有电流数据计为第一组，第二条接缝处所有电阻片测量的所有数据记为第二组，依次类推，第n条电阻片所测量的所有电流数据为第n组；

并将每组的数据绘制成横坐标为电阻片编号1-m，纵坐标为电流值I的图像，共有n个初始图像。

进一步的，通过对比正常数据的标准值，即隧道未发生渗漏水时电阻片所记录的数据与收集的数据，经过对比参照后对异常的数据进行筛选标记。

剔除无效数据和检索出由于渗漏水而导致的异常数据的过程包括：

根据所布置的电阻片得到初始电阻率的数据值，将初始数据值作为原始数据参考值，同时进行持续监测，当发生渗漏水时，电阻片所测得的电流值较初始值会发生变化，该变化大概分为以下三种情况：

当某条接缝处整个长度内所有的电阻片的电流均发生连续变化,则证明该段整条接缝处都发生了渗漏水；

当某条接缝处的某段或某几段长度内的电阻片测得的电流值发生连续变化，则证明该段长度内发生了渗漏水；

当某条接缝处的某几个并不连续的电阻片所测得的电流值发生了变化，则可能是因为某些外来因素引起的电流发生变化，是无效数据，这时候将剔除掉这些数据。

更进一步的，将选出的异常数据采用显示屏的方式显示出来，准确精准直观的从显示屏中看出隧道渗漏水的发生区域，及时反馈给相关单位进行处理。、更进一步的，异常数据依照渗漏时间、渗漏地点、渗水量、渗水程度和/或渗水原因进行记录，既对薄弱部分进行记录以便该隧道实施长期监控提供依据，也为其他工程设计与施工过程中关于隧道接缝处渗漏问题提供指导。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明是基于电导率测量系统的隧道接缝处渗漏水的监测方法，能够对隧道渗漏水的情况进行长期的智能化监测，节约了人力成本；可以有效的对隧道渗漏水灾害进行预防和及时处理，有效的保障隧道结构的安全。

2、本发明将所有测量得到的数据进行记录和存储，数据丰富，能为以后的隧道工程提供数据参考和设计依据，在未来实际的工程设计、施工等阶段中有较好的应用。

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是本发明的总体示意流程图；

图2是本发明的隧道模型图；

图3是本发明的示意安装图；

图4是本发明数据分析处理装置详图；

图5是不发生渗漏水时所测得的电流值图像；

图6是整条接缝发生渗漏水时所测得的电流值图像；

图7是接缝处某段发生渗漏水时所测得的电流值图像；

图8是由于天气等自然或人为因素造成的干扰而测得的电流值图像；

其中，1-导线，2-电阻片，3-数据采集系统，4-电流指示装置，5-另一侧连接导线，6-该侧连接导线，7-汇合导线，8-隧道模型，9-无线传感网络，10-数据分析处理器，11-反馈系统，12-隧道模型，13-信号接收器，14-触屏显示屏，15-退出键，16-菜单键，17-开关机键，18-暂停键，19-确认键，20-操作键，21-数据处理器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

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。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，目前虽然有一些隧道渗漏水的检测方法，但大都存在人力投入成本高，不能进行长期实时智能检测的不足，本发明一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置及方法能够对所有测量得到的数据进行存储和分析，并及时将异常数据进行反馈指导施工，可实现远端实时长期监控。

如图3所示，一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置，主要包括：导线、电阻片、数据采集系统、电流指示装置、汇合导线、无线传感网络、数据分析处理器和反馈系统。所铺设的电阻片紧贴隧道接缝处用于测量接缝处的电阻率，再将所得到的数据全部传输到大数据平台上进行存储，经过数据处理分析器后把异常数据经显示屏显示出来，反馈给相关单位，及时进行处理渗漏水，保障隧道结构安全。

具体的，电阻片根据工程的重要性的不同按实际情况进行不同距离的布设，另一侧对称放置。

电流表电源采用24V的蓄电池提供。

电流表采用高精度四位半数显直流电流表，量程为1mA，分辨率为0.0001mA。

数据采集系统包括中央处理器(CPU)和与中央处理器连接的只读处理器(ROM)、可读写存储器(RAM)、电源与ZigBee无线发射模块。

大数据平台是将所有的数据进行存储。

数据分析处理器是对大数据平台上的所有数据进行数据分析处理，剔除无效数据和检索出由于渗漏水而导致的异常数据。包括信号接收器、触屏显示屏、退出键、菜单键、开关机键、暂停键、确认键、操作键单元。

反馈系统是对处理得到的数据进行反馈指导施工。

申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，包括以下步骤：

(1)当隧道接缝处发生渗漏水时，通过安装好的电阻率测量系统检测，产生电流值；

(2)数据采集系统将采集所有电导率测量系统测得的电流值，并通过ZigBee无线发射模块将所有数据传递给无线传输网络；

(3)无线传输网络中的ZigBee无线接收模块接收来自数据采集系统的所有数据；

(4)将无线运输网络传输的所有数据储存在大数据平台上；

(5)对大数据平台上的所有数据进行数据分析处理，剔除无效数据和检索出由于渗漏水而导致的异常数据；

(6)将得到的异常体数据进行反馈指导施工，及时处理有渗漏的接缝，保障隧道结构安全。

步骤(1)中，电导率测量系统在布设的时候只需在隧道接缝处的两边贴上电阻片即可，操作简单，同时由于电阻片的安放片数多，离接缝处的位置近，故测得的数据多且准确。

步骤(2)中，所述数据采集系统需要将步骤(1)收集的数据进行编号整理分析，如第一条接缝处所有电阻片测量的所有电流数据计为第一组，第二条接缝处所有电阻片测量的所有数据记为第二组，依次类推，第n条电阻片所测量的所有电流数据为第n组。

并将每组的数据绘制成横坐标为电阻片编号1-m，纵坐标为电流值I的图像，共有n个初始图像。

步骤(5)中，数据分析处理器中设置了正常数据的标准值(即隧道未发生渗漏水时电阻片所记录的数据)作为收集数据的对比参照值，经过对比参照后对异常的数据进行筛选标记。

步骤(5)中，剔除无效数据和检索出由于渗漏水而导致的异常数据的方法是：

首先根据所布置的电阻片得到初始电阻率的数据值，将初始数据值导入到大数据平台上，作为原始数据参考值，并经由无线传感网络传到数据处理系统，然后随着时间的推移，当发生渗漏水时，电阻片所测得的电流值较初始值会发生变化，该变化大概分为以下三种情况：

当某条接缝处整个长度内所有的电阻片的电流均发生连续变化,则证明该段整条接缝处都发生了渗漏水。

当某条接缝处的某段或某几段长度内的电阻片测得的电流值发生连续变化，则证明该段长度内发生了渗漏水。

当某条接缝处的某几个并不连续的电阻片所测得的电流值发生了变化，则可能是因为某些外来因素引起的电流发生变化，是无效数据，这时候将剔除掉这些数据。

具体的图像示例见图5、图6、图7以及图8。

步骤(6)中，对于步骤(5)筛选出的异常数据采用显示屏的方式显示出来，准确精准直观的从显示屏中看出隧道渗漏水的发生区域，及时反馈给相关单位进行处理。同时，异常数据也将会依照渗漏时间、渗漏地点、渗水量、渗水程度、渗水原因等被记录在大数据平台中，既对薄弱部分进行记录以便该隧道实施长期监控提供依据，也为其他工程设计与施工过程中关于隧道接缝处渗漏问题提供指导。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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 (9)

1.一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置，其特征是：包括电导率测量单元、数据采集单元、无线传输网络和数据处理系统，其中：

所述电导率测量单元包括多个电阻片，所述电阻片贴合在隧道接缝处，测量接缝处的电阻率，并将电阻率通过传输线输送至数据采集单元，每个电阻片都有唯一的ID，且隧道接缝处的两边均设置有电阻片；

所述数据采集单元将各个电阻片的信息进行汇总，并通过无线传输网路发送至数据处理系统进行存储；所述数据处理系统根据所布置的电阻片得到初始电阻率的数据值，将初始数据值作为原始数据参考值， 通过对比正常数据的标准值，即隧道未发生渗漏水时电阻片所记录的数据与收集的数据，对异常的数据进行筛选标记，剔除无效数据，提取由于渗漏水而导致的异常数据；根据得到的异常数据确定对应接缝位置。

2.如权利要求1所述的一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置，其特征是：所述电阻片之间通过导线连接。

3.如权利要求1所述的一种隧道接缝处渗漏水长期实时监测装置，其特征是：所述实时监测装置还包括电流检测单元，检测电导率测量单元的电流，通过电流指示器进行显示。

4.基于如权利要求1-3中任一项所述的装置的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

利用电阻率测量单元检测出隧道各个接缝处的电流具体数值；

将采集所有的电流值传输的所有数据储存并进行数据分析处理，剔除无效数据和检索出由于渗漏水而导致的异常数据；

根据得到的异常数据进行反馈指导施工，处理有渗漏的接缝，保障隧道结构安全。

5.如权利要求4所述的工作方法，其特征是：对收集的数据进行编号整理分析，第一条接缝处所有电阻片测量的所有电流数据计为第一组，第二条接缝处所有电阻片测量的所有数据记为第二组，依次类推，第n条电阻片所测量的所有电流数据为第n组；

并将每组的数据绘制成横坐标为电阻片编号1-m，纵坐标为电流值I的图像，共有n个初始图像。

6.如权利要求4所述的工作方法，其特征是：通过对比正常数据的标准值，即隧道未发生渗漏水时电阻片所记录的数据与收集的数据，经过对比参照后对异常的数据进行筛选标记。

7.如权利要求4所述的工作方法，其特征是：剔除无效数据和检索出由于渗漏水而导致的异常数据的过程包括：

根据所布置的电阻片得到初始电阻率的数据值，将初始数据值作为原始数据参考值，同时进行持续监测，当发生渗漏水时，电阻片所测得的电流值较初始值会发生变化，该变化分为以下三种情况：

当某条接缝处整个长度内所有的电阻片的电流均发生连续变化,则证明整条接缝处都发生了渗漏水；

当某条接缝处的某段或某几段长度内的电阻片测得的电流值发生连续变化，则证明该段长度内发生了渗漏水；

当某条接缝处的某几个并不连续的电阻片所测得的电流值发生了变化，则可能是因为某些外来因素引起的电流发生变化，是无效数据，这时候将剔除掉这些数据。

8.如权利要求4所述的工作方法，其特征是：将选出的异常数据采用显示屏的方式显示出来，准确精准直观的从显示屏中看出隧道渗漏水的发生区域，及时反馈给相关单位进行处理。

9.如权利要求4所述的工作方法，其特征是：异常数据依照渗漏时间、渗漏地点、渗水量、渗水程度和/或渗水原因进行记录，对薄弱部分进行记录以便为该隧道的长期监控提供依据。

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