CN112415611A - 基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，包括以下步骤：结合隧道定期检测及现场表观特征，确定隧道潜在不良的地质隐患位置；在地质隐患位置安装地质雷达采集集成装置；按设定的采样规则，实时采集对应位置的地质信息，并将所述地质信息实时通过所述传输通信设备和所述数据传输中继设备后，传输给所述处理终端。本发明通过机械装置设定地质雷达天线的排列或运行轨迹，实现地质雷达天线的区域扫描采集，获取周边环境变化情况下的隧道衬砌及背后潜在地质情况的探测，进而掌握其发展变化规律，评估不良地质影响的危险性。具有评估结果全面可靠的优点。

Description

基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着我国经济的持续发展、综合国力的不断提升及高新技术的不断应用，我国隧道及地下工程得到了前所未有的发展，隧道工程建设迎来新的建设高峰，隧道工程建设朝着地质条件更复杂、施工环境更恶劣的地方发展，隧道安全管控风险越来越高。

目前，隧道病害探测主要通过表观识别，内部缺陷、病害等通过定期检测或表观病害显露方式进行识别，难以掌握其发展规律及趋势。对于定期检测，检测结果具有一定的局限性，只能表征测量时间点的病害情况，难以全面有效把握病害发展规律、评估其危险性。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，包括以下步骤：

步骤1，结合隧道定期检测及现场表观特征，确定隧道潜在不良的地质隐患位置；

步骤2，在步骤1确定的地质隐患位置安装地质雷达采集集成装置；其中，所述地质雷达采集集成装置包括三种形式：

第一种形式：所述地质雷达采集集成装置包括多个第一地质雷达天线；以步骤1确定的地质隐患位置为中心，各个所述第一地质雷达天线按设定的阵列布置于地质隐患位置以及附近区域；

第二种形式：所述地质雷达采集集成装置包括十字型轨道以及第二地质雷达天线；所述十字型轨道包括竖向轨道以及可沿所述竖向轨道升降的横向轨道；所述第二地质雷达天线通过第一滑块可滑动安装于所述横向轨道上面；所述竖向轨道的一端安装于步骤1确定的地质隐患位置；所述竖向轨道与步骤1确定的地质隐患位置的表面垂直；

第三种形式：所述地质雷达采集集成装置包括螺旋型轨道以及第三地质雷达天线；以步骤1确定的地质隐患位置为中心，所述螺旋型轨道布置于地质隐患位置以及附近区域；所述螺旋型轨道与步骤1确定的地质隐患位置的表面平行；所述第三地质雷达天线通过第二滑块可滑动安装于所述螺旋型轨道上面；

步骤3，使所述第一地质雷达天线，或所述第二地质雷达天线，或所述第三地质雷达天线与传输通信设备的一端连接；所述传输通信设备的另一端通过数据传输中继设备，与处理终端连接；

步骤4，所述第一地质雷达天线，或所述第二地质雷达天线，或所述第三地质雷达天线，按设定的采样规则，实时采集对应位置的地质信息，并将所述地质信息实时通过所述传输通信设备和所述数据传输中继设备后，传输给所述处理终端；

步骤5，所述处理终端对实时接收到的地质信息进行分析，确定与该地质信息对应的隧道位置坐标，从而形成地质隐患位置以及附近区域的地质随时间的变化信息，进而确定隧道病害发展规律，为隧道病害处置提供建议。

优选的，步骤2中，当采用第一种形式时，所述地质雷达采集集成装置的具体工作过程为：

1)多个第一地质雷达天线按设定的阵列布置于地质隐患位置以及附近区域，每个第一地质雷达天线均具有在隧道上面的三维位置坐标；

2)每个第一地质雷达天线按设定采样频率，实时采集监测点的地质信息，并将携带有自身三维位置坐标的地质信息实时上传给所述处理终端；

3)针对每个监测点，所述处理终端生成地质信息随时间的变化趋势图；

在每个监测采样时刻，所述处理终端生成由多个监测点形成的监测面的地质信息分布图；其中，所述监测面，包含但大于步骤1确定的地质隐患位置。

优选的，步骤2中，当采用第二种形式时，所述地质雷达采集集成装置的具体工作过程为：

1)通过机械控制装置，控制所述第二地质雷达天线按步长沿十字型轨道滑动，滑动方式为：首先控制横向轨道沿竖向轨道滑动到高度Z₀位置，然后，控制第二地质雷达天线从横向轨道的一端按步长滑动到另一端；然后，控制横向轨道沿竖向轨道滑动到高度Z₁位置，再控制第二地质雷达天线从横向轨道的一端按步长滑动到另一端；如此不断循环，实现在每个高度位置，对包含地质隐患位置的区域进行地质信息探测；

其中，每当滑动到目标位置A₀，第二地质雷达天线采集目标位置A₀的地质信息，并实时将目标位置A₀的地质信息以及采样时刻t₀实时上传给所述处理终端；

同时，机械控制装置记录目标位置A₀的三维位置坐标以及采样时刻t₀的对应关系，形成第二地质雷达天线的轨迹图；

2)所述处理终端根据所述轨迹图，得到与采样时刻t₀对应的目标位置A₀的三维位置坐标；再结合目标位置A₀的地质信息，得到采样时刻t₀、目标位置A₀的三维位置坐标以及地质信息的对应关系；

3)因此，在机械控制装置控制所述第二地质雷达天线按步长沿十字型轨道滑动一定时间后，所述处理终端生成以下两种地质信息监测图：

第一种，在每个指定高度上，在包含地质隐患位置的监测区域，各个监测点位置的地质信息随时间的变化趋势图；

第二种，在每个监测点位置，其地质信息随时间和高度的变化趋势图。

优选的，步骤2中，当采用第三种形式时，所述地质雷达采集集成装置的具体工作过程为：

1)通过机械控制装置，控制所述第三地质雷达天线按步长沿螺旋型轨道滑动，滑动方式为：首先从螺旋型轨道的头部，按步长滑动到螺旋型轨道的尾部；然后，再从螺旋型轨道的尾部，按步长滑动到螺旋型轨道的头部；如此往复滑动，实现对包含地质隐患位置的区域进行地质信息探测；

其中，每当滑动到目标位置A₁，第三地质雷达天线采集目标位置A₁的地质信息，并实时将目标位置A₁的地质信息和采样时刻t₁实时上传给所述处理终端；

同时，机械控制装置记录目标位置A₁的三维位置坐标以及采样时刻t₁的对应关系，形成第三地质雷达天线的轨迹图；

2)所述处理终端根据所述轨迹图，得到与采样时刻t₁对应的目标位置A₁的三维位置坐标；再结合目标位置A₁的地质信息，得到采样时刻t₁、目标位置A₁的三维位置坐标以及地质信息的对应关系；

3)因此，在机械控制装置控制所述第三地质雷达天线按步长沿螺旋型轨道滑动一定时间后，所述处理终端生成以下两种地质信息监测图：

第一种，在包含地质隐患位置的监测区域，各个监测点位置的地质信息随时间的变化趋势图；

第二种，在每个监测点位置，其地质信息随时间的变化趋势图。

本发明提供的基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法具有以下优点：

本发明提供的基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，通过机械装置将地质雷达天线安置于隧道衬砌及背后潜在不良地质隐患点位置，通过机械装置设定地质雷达天线的排列或运行轨迹，实现地质雷达天线的区域扫描采集，获取周边环境变化情况下的隧道衬砌及背后潜在地质情况的探测，进而掌握其发展变化规律，评估不良地质影响的危险性。具有评估结果全面可靠的优点。

附图说明

图1为本发明提供的基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法的流程图；

图2为本发明提供的隧道内雷达采集装置布设图；

图3为本发明提供的隧道衬砌结构及围岩缺陷探测示意图；

图4为本发明提供的多雷达排列布设装置的示意图；

图5为本发明提供的十字型雷达采集装置的示意图；

图6为本发明提供的螺旋型雷达采集装置的示意图；

图中：

1：雷达实时采集装置；2：雷达采集测线；3：隧道衬砌结构；4：围岩内病害；5：衬砌内病害；6：雷达天线；7：十字形轨道；8：螺旋形轨道。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，具有数据及时采集、自动传输、处理分析等特点，可及时对隧道衬砌及背后潜在不良地质进行探测，掌握其在周边地质环境变化下的病害发展规律，提高隧道安全管控能力，保障隧道建设及运营安全。

参考图1，基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，具体属于隧道病害处治领 域，具有数据及时采集、自动传输、处理分析等特点，包括以下步骤：

步骤1，结合隧道定期检测及现场表观特征，确定隧道潜在不良的地质隐患位置；

步骤2，参考图2，在步骤1确定的地质隐患位置安装地质雷达采集集成装置；可设定但不限于多雷达采集或雷达天线“十字”型轨道采集或“旋转”轨道采集。参考图3，优选雷达天线垂直衬砌侧壁。连接雷达天线和传输设备，确保数据可正常传输，确保数据可正常传输。

通过机械控制实现地质雷达天线的数据的点测或连测；

数据通过无线或有线中继设备将数据传输至终端进行数据处理；优选定期或当周边气候、施工等地质环境变化时，对该隐患位置进行循环数据采集，以掌握其病害发展规律，为隧道病害处置提供建议。

具体的，所述地质雷达采集集成装置包括三种形式：

第一种形式：参考图4，所述地质雷达采集集成装置包括多个第一地质雷达天线；以步骤1确定的地质隐患位置为中心，各个所述第一地质雷达天线按设定的阵列布置于地质隐患位置以及附近区域；

第二种形式：参考图5，所述地质雷达采集集成装置包括十字型轨道以及第二地质雷达天线；所述十字型轨道包括竖向轨道以及可沿所述竖向轨道升降的横向轨道；所述第二地质雷达天线通过第一滑块可滑动安装于所述横向轨道上面；所述竖向轨道的一端安装于步骤1确定的地质隐患位置；所述竖向轨道与步骤1确定的地质隐患位置的表面垂直；

第三种形式：参考图6，所述地质雷达采集集成装置包括螺旋型轨道以及第三地质雷达天线；以步骤1确定的地质隐患位置为中心，所述螺旋型轨道布置于地质隐患位置以及附近区域；所述螺旋型轨道与步骤1确定的地质隐患位置的表面平行；所述第三地质雷达天线通过第二滑块可滑动安装于所述螺旋型轨道上面；

步骤3，使所述第一地质雷达天线，或所述第二地质雷达天线，或所述第三地质雷达天线与传输通信设备的一端连接；所述传输通信设备的另一端通过数据传输中继设备，与处理终端连接；

步骤4，所述第一地质雷达天线，或所述第二地质雷达天线，或所述第三地质雷达天线，按设定的采样规则，实时采集对应位置的地质信息，并将所述地质信息实时通过所述传输通信设备和所述数据传输中继设备后，传输给所述处理终端；

步骤5，所述处理终端对实时接收到的地质信息进行分析，确定与该地质信息对应的隧道位置坐标，从而形成地质隐患位置以及附近区域的地质随时间的变化信息，进而确定隧道病害发展规律，为隧道病害处置提供建议。

步骤2中，当采用第一种形式时，所述地质雷达采集集成装置的具体工作过程为：

1)多个第一地质雷达天线按设定的阵列布置于地质隐患位置以及附近区域，每个第一地质雷达天线均具有在隧道上面的三维位置坐标；

2)每个第一地质雷达天线按设定采样频率，实时采集监测点的地质信息，并将携带有自身三维位置坐标的地质信息实时上传给所述处理终端；

3)针对每个监测点，所述处理终端生成地质信息随时间的变化趋势图；

在每个监测采样时刻，所述处理终端生成由多个监测点形成的监测面的地质信息分布图；其中，所述监测面，包含但大于步骤1确定的地质隐患位置。

步骤2中，当采用第二种形式时，所述地质雷达采集集成装置的具体工作过程为：

1)通过机械控制装置，控制所述第二地质雷达天线按步长沿十字型轨道滑动，滑动方式为：首先控制横向轨道沿竖向轨道滑动到高度Z₀位置，然后，控制第二地质雷达天线从横向轨道的一端按步长滑动到另一端；然后，控制横向轨道沿竖向轨道滑动到高度Z₁位置，再控制第二地质雷达天线从横向轨道的一端按步长滑动到另一端；如此不断循环，实现在每个高度位置，对包含地质隐患位置的区域进行地质信息探测；

其中，每当滑动到目标位置A₀，第二地质雷达天线采集目标位置A₀的地质信息，并实时将目标位置A₀的地质信息以及采样时刻t₀实时上传给所述处理终端；

同时，机械控制装置记录目标位置A₀的三维位置坐标以及采样时刻t₀的对应关系，形成第二地质雷达天线的轨迹图；

2)所述处理终端根据所述轨迹图，得到与采样时刻t₀对应的目标位置A₀的三维位置坐标；再结合目标位置A₀的地质信息，得到采样时刻t₀、目标位置A₀的三维位置坐标以及地质信息的对应关系；

3)因此，在机械控制装置控制所述第二地质雷达天线按步长沿十字型轨道滑动一定时间后，所述处理终端生成以下两种地质信息监测图：

第一种，在每个指定高度上，在包含地质隐患位置的监测区域，各个监测点位置的地质信息随时间的变化趋势图；

第二种，在每个监测点位置，其地质信息随时间和高度的变化趋势图。

步骤2中，当采用第三种形式时，所述地质雷达采集集成装置的具体工作过程为：

1)通过机械控制装置，控制所述第三地质雷达天线按步长沿螺旋型轨道滑动，滑动方式为：首先从螺旋型轨道的头部，按步长滑动到螺旋型轨道的尾部；然后，再从螺旋型轨道的尾部，按步长滑动到螺旋型轨道的头部；如此往复滑动，实现对包含地质隐患位置的区域进行地质信息探测；

其中，每当滑动到目标位置A₁，第三地质雷达天线采集目标位置A₁的地质信息，并实时将目标位置A₁的地质信息和采样时刻t₁实时上传给所述处理终端；

同时，机械控制装置记录目标位置A₁的三维位置坐标以及采样时刻t₁的对应关系，形成第三地质雷达天线的轨迹图；

2)所述处理终端根据所述轨迹图，得到与采样时刻t₁对应的目标位置A₁的三维位置坐标；再结合目标位置A₁的地质信息，得到采样时刻t₁、目标位置A₁的三维位置坐标以及地质信息的对应关系；

3)因此，在机械控制装置控制所述第三地质雷达天线按步长沿螺旋型轨道滑动一定时间后，所述处理终端生成以下两种地质信息监测图：

第一种，在包含地质隐患位置的监测区域，各个监测点位置的地质信息随时间的变化趋势图；

第二种，在每个监测点位置，其地质信息随时间的变化趋势图。

本发明提供的基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，通过机械装置将地质雷达天线安置于隧道衬砌及背后潜在不良地质隐患点位置，通过机械装置设定地质雷达天线的排列或运行轨迹，实现地质雷达天线的区域扫描采集，获取周边环境变化情况下的隧道衬砌及背后潜在地质情况的探测，进而掌握其发展变化规律，评估不良地质影响的危险性。具有评估结果全面可靠的优点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，结合隧道定期检测及现场表观特征，确定隧道潜在不良的地质隐患位置；

步骤2，在步骤1确定的地质隐患位置安装地质雷达采集集成装置；其中，所述地质雷达采集集成装置包括三种形式：

第一种形式：所述地质雷达采集集成装置包括多个第一地质雷达天线；以步骤1确定的地质隐患位置为中心，各个所述第一地质雷达天线按设定的阵列布置于地质隐患位置以及附近区域；

第二种形式：所述地质雷达采集集成装置包括十字型轨道以及第二地质雷达天线；所述十字型轨道包括竖向轨道以及可沿所述竖向轨道升降的横向轨道；所述第二地质雷达天线通过第一滑块可滑动安装于所述横向轨道上面；所述竖向轨道的一端安装于步骤1确定的地质隐患位置；所述竖向轨道与步骤1确定的地质隐患位置的表面垂直；

第三种形式：所述地质雷达采集集成装置包括螺旋型轨道以及第三地质雷达天线；以步骤1确定的地质隐患位置为中心，所述螺旋型轨道布置于地质隐患位置以及附近区域；所述螺旋型轨道与步骤1确定的地质隐患位置的表面平行；所述第三地质雷达天线通过第二滑块可滑动安装于所述螺旋型轨道上面；

步骤3，使所述第一地质雷达天线，或所述第二地质雷达天线，或所述第三地质雷达天线与传输通信设备的一端连接；所述传输通信设备的另一端通过数据传输中继设备，与处理终端连接；

步骤4，所述第一地质雷达天线，或所述第二地质雷达天线，或所述第三地质雷达天线，按设定的采样规则，实时采集对应位置的地质信息，并将所述地质信息实时通过所述传输通信设备和所述数据传输中继设备后，传输给所述处理终端；

步骤5，所述处理终端对实时接收到的地质信息进行分析，确定与该地质信息对应的隧道位置坐标，从而形成地质隐患位置以及附近区域的地质随时间的变化信息，进而确定隧道病害发展规律，为隧道病害处置提供建议。

2.根据权利要求1所述的基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，其特征在于，步骤2中，当采用第一种形式时，所述地质雷达采集集成装置的具体工作过程为：

1)多个第一地质雷达天线按设定的阵列布置于地质隐患位置以及附近区域，每个第一地质雷达天线均具有在隧道上面的三维位置坐标；

2)每个第一地质雷达天线按设定采样频率，实时采集监测点的地质信息，并将携带有自身三维位置坐标的地质信息实时上传给所述处理终端；

3)针对每个监测点，所述处理终端生成地质信息随时间的变化趋势图；

在每个监测采样时刻，所述处理终端生成由多个监测点形成的监测面的地质信息分布图；其中，所述监测面，包含但大于步骤1确定的地质隐患位置。

3.根据权利要求1所述的基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，其特征在于，步骤2中，当采用第二种形式时，所述地质雷达采集集成装置的具体工作过程为：

1)通过机械控制装置，控制所述第二地质雷达天线按步长沿十字型轨道滑动，滑动方式为：首先控制横向轨道沿竖向轨道滑动到高度Z₀位置，然后，控制第二地质雷达天线从横向轨道的一端按步长滑动到另一端；然后，控制横向轨道沿竖向轨道滑动到高度Z₁位置，再控制第二地质雷达天线从横向轨道的一端按步长滑动到另一端；如此不断循环，实现在每个高度位置，对包含地质隐患位置的区域进行地质信息探测；

其中，每当滑动到目标位置A₀，第二地质雷达天线采集目标位置A₀的地质信息，并实时将目标位置A₀的地质信息以及采样时刻t₀实时上传给所述处理终端；

同时，机械控制装置记录目标位置A₀的三维位置坐标以及采样时刻t₀的对应关系，形成第二地质雷达天线的轨迹图；

2)所述处理终端根据所述轨迹图，得到与采样时刻t₀对应的目标位置A₀的三维位置坐标；再结合目标位置A₀的地质信息，得到采样时刻t₀、目标位置A₀的三维位置坐标以及地质信息的对应关系；

3)因此，在机械控制装置控制所述第二地质雷达天线按步长沿十字型轨道滑动一定时间后，所述处理终端生成以下两种地质信息监测图：

第一种，在每个指定高度上，在包含地质隐患位置的监测区域，各个监测点位置的地质信息随时间的变化趋势图；

第二种，在每个监测点位置，其地质信息随时间和高度的变化趋势图。

4.根据权利要求1所述的基于地质雷达采集的隧道病害发展监测方法，其特征在于，步骤2中，当采用第三种形式时，所述地质雷达采集集成装置的具体工作过程为：

1)通过机械控制装置，控制所述第三地质雷达天线按步长沿螺旋型轨道滑动，滑动方式为：首先从螺旋型轨道的头部，按步长滑动到螺旋型轨道的尾部；然后，再从螺旋型轨道的尾部，按步长滑动到螺旋型轨道的头部；如此往复滑动，实现对包含地质隐患位置的区域进行地质信息探测；

其中，每当滑动到目标位置A₁，第三地质雷达天线采集目标位置A₁的地质信息，并实时将目标位置A₁的地质信息和采样时刻t₁实时上传给所述处理终端；

同时，机械控制装置记录目标位置A₁的三维位置坐标以及采样时刻t₁的对应关系，形成第三地质雷达天线的轨迹图；

2)所述处理终端根据所述轨迹图，得到与采样时刻t₁对应的目标位置A₁的三维位置坐标；再结合目标位置A₁的地质信息，得到采样时刻t₁、目标位置A₁的三维位置坐标以及地质信息的对应关系；

3)因此，在机械控制装置控制所述第三地质雷达天线按步长沿螺旋型轨道滑动一定时间后，所述处理终端生成以下两种地质信息监测图：

第一种，在包含地质隐患位置的监测区域，各个监测点位置的地质信息随时间的变化趋势图；

第二种，在每个监测点位置，其地质信息随时间的变化趋势图。

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