一種基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法
【專利摘要】一種基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，本發(fā)明通過測溫傳感器管節(jié)中的傳感器（3)測量測溫孔內(nèi)的溫度進而得到所需數(shù)據(jù)，然后通過測得的數(shù)據(jù)分析出掌子面前方溫度場變化趨勢，找出掌子面前方溫度異常區(qū)域，進而判斷前方水體情況，進一步，采用復(fù)數(shù)個測溫傳感器管節(jié)和復(fù)數(shù)個連接管節(jié)形成測頭，其中測溫傳感器管節(jié)上的傳感器連接環(huán)與連接管節(jié)上的管節(jié)連接鎖扣相扣，使測溫傳感器管節(jié)與連接管節(jié)實現(xiàn)活動連接，大大提高了測頭的靈活性，其中測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，測量精度較高等特點，本發(fā)明具有操作簡單，測量精準(zhǔn)等特點，適合大范圍的推廣和應(yīng)用。
【專利說明】一種基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法
[0001]【【技術(shù)領(lǐng)域】】
本發(fā)明涉及一種水體溫度的探測方法，尤其涉及一種含水巖體內(nèi)部溫度的探測方法，具體涉及一種基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法。
[0002]【【背景技術(shù)】】
已知的，在隧道施工過程中，為了保證隧道掌子面前方水體預(yù)測預(yù)報的準(zhǔn)確性，一般采用TGP、地質(zhì)雷達、瞬變電磁法等物探設(shè)備進行綜合預(yù)報，其中山東大學(xué)的《基于巖體溫度場的地下工程含水體構(gòu)造預(yù)報系統(tǒng)及方法》，其在充分論述了巖體溫度法隧道施工涌水預(yù)報的可行性的基礎(chǔ)上，研發(fā)了 RTP溫度法地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)，而該設(shè)備存在諸多不足，具體如下:
①對于掌子面前方水體存在性的判釋結(jié)果與其他綜合物探設(shè)備一樣，均是說明距離掌子面的距離，而相對掌子面的具體位置無法準(zhǔn)確判定；
②測溫元件埋入鉆孔后注砂漿固定24h后開始提取測溫數(shù)據(jù)，由于邊墻對掌子面附近水體在時間和空間的溫度場反映缺乏關(guān)于熱傳導(dǎo)、對流換熱等因素的考慮，以及靠近側(cè)壁處溫度異于遠離側(cè)壁溫度，使測量結(jié)果受到質(zhì)疑；
③探測設(shè)備的精度對于溫度變化曲線變化量的影響不可忽視等。
[0003]那么如何提供一種高效測量掌子面前方水體溫度的探測方法就成了本領(lǐng)域技術(shù)人員的長期技術(shù)訴求。
[0004]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
為克服【背景技術(shù)】中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，本發(fā)明通過測溫傳感器管節(jié)中的傳感器測量測溫孔內(nèi)溫度進而得到所需數(shù)據(jù)，然后通過測得的數(shù)據(jù)分析出掌子面前方溫度場變化趨勢，找出掌子面前方溫度異常區(qū)域，進而判斷前方水體相對于掌子面的位置，進一步，將測溫傳感器管節(jié)上的傳感器連接環(huán)與連接管節(jié)上的管節(jié)連接鎖扣相扣，使測溫傳感器管節(jié)與連接管節(jié)實現(xiàn)活動連接，大大提高了測頭的靈活性，本發(fā)明具有操作簡單，測量精準(zhǔn)等特點。
[0005]為實現(xiàn)如上所述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案:
一種基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述方法具體包括如下步驟:
一、在掌子面上開孔:
首先在掌子面上鉆孔或利用已有的炮孔或地質(zhì)鉆孔，其中若干測溫孔盡可能均勻的分布在掌子面上；
二、測量所開孔內(nèi)的溫度:
接上步，將測溫裝置上的測溫傳感器管節(jié)一節(jié)一節(jié)的插入第一步獲取的測溫孔內(nèi)，待測溫傳感器管節(jié)伸到測溫孔底并阻隔掌子面外溫度干擾后，測溫孔側(cè)壁的溫度，然后從掌子面到測溫孔底測得一組數(shù)據(jù)，然后抽出測溫傳感器管節(jié)，選擇下一個測溫孔進行數(shù)據(jù)采集;
三、數(shù)據(jù)處理與分析:
接上步，一組數(shù)據(jù)顯示的一個測溫孔從掌子面到測溫孔底的溫度梯度曲線，多組數(shù)據(jù)顯示的是掌子面前方一定區(qū)域的空間溫度場，根據(jù)掌子面前方溫度場變化趨勢，找出掌子面前方溫度異常區(qū)域，進而判斷前方水體情況。
[0006]所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述測溫裝置包括測頭和測溫儀，所述測溫儀通過線路連通測頭，所述測頭包括復(fù)數(shù)個測溫傳感器管節(jié)和復(fù)數(shù)個連接管節(jié)，在每兩個測溫傳感器管節(jié)之間分別設(shè)有一個連接管節(jié)，所述每兩個測溫傳感器管節(jié)通過線路連通形成所述的測溫裝置。
[0007]所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述測溫傳感器管節(jié)包括傳感器殼體、傳感器殼帽、傳感器、傳感器連接環(huán)和傳感器支架，在傳感器殼體中部內(nèi)孔的兩端分別設(shè)有傳感器支架，在兩傳感器支架之間設(shè)有傳感器，所述傳感器3的感應(yīng)端對應(yīng)傳感器殼體外緣面上的發(fā)射孔，在傳感器殼體的兩端分別設(shè)有傳感器殼帽，所述每個傳感器支架的外側(cè)面上分別設(shè)有傳感器連接環(huán)，在傳感器支架的胯下設(shè)有線槽。
[0008]所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述傳感器為非接觸式紅外溫度傳感器。
[0009]所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述傳感器支架通過傳感器支架固定卡口設(shè)置在傳感器殼體中部內(nèi)孔的兩端，在傳感器支架的內(nèi)側(cè)設(shè)有傳感器固定槽。
[0010]所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述連接管節(jié)包括連接管節(jié)殼體、連接管節(jié)殼帽、管節(jié)連接鎖扣和連接管節(jié)支架，在所述連接管節(jié)殼體中部內(nèi)孔的兩端分別通過連接關(guān)節(jié)支架固定卡口設(shè)有連接管節(jié)支架，在連接管節(jié)支架的胯下設(shè)有線槽，在連接管節(jié)支架的外側(cè)分別設(shè)有管節(jié)連接鎖扣，在連接管節(jié)殼體的兩端分別設(shè)有連接管節(jié)殼帽形成所述的連接管節(jié)。
[0011]所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述測溫裝置的測頭的直徑小于待測孔的直徑。
[0012]所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述測溫裝置的測頭長度根據(jù)測溫孔的深度進行長短調(diào)節(jié)，其中為了保證測量精度，測頭長度大于lm。
[0013]所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述測溫傳感器管節(jié)的長度為10?20cm。
[0014]所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述連接管節(jié)的長度為 10 ?20cm。
[0015]采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下所述的優(yōu)越性:
本發(fā)明所述的一種基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，本發(fā)明通過測溫傳感器管節(jié)中的傳感器測量測溫孔內(nèi)的溫度進而得到所需數(shù)據(jù)，然后通過測得的數(shù)據(jù)分析出掌子面前方溫度場變化趨勢，找出掌子面前方溫度異常區(qū)域，進而判斷前方水體情況，進一步，采用復(fù)數(shù)個測溫傳感器管節(jié)和復(fù)數(shù)個連接管節(jié)形成測頭，其中測溫傳感器管節(jié)上的傳感器連接環(huán)與連接管節(jié)上的管節(jié)連接鎖扣相扣，使測溫傳感器管節(jié)與連接管節(jié)實現(xiàn)活動連接，大大提高了測頭的靈活性，本發(fā)明的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，測量精度較高，能夠一次測量多個點位的溫度數(shù)據(jù)，多組數(shù)據(jù)組合形成掌子面前方三維立體溫度場，根據(jù)溫度場異常區(qū)域可以準(zhǔn)確判斷掌子面前方水體相對于掌子面的位置等，本發(fā)明具有操作簡單，測量精準(zhǔn)等特點，適合大范圍的推廣和應(yīng)用。
[0016]【【專利附圖】

【附圖說明】】
圖1是本發(fā)明中測溫傳感器管節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明圖1的A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明中連接管節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明圖3的B-B剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
在圖中:1、傳感器殼體；2、傳感器殼帽；3、傳感器；4、傳感器連接環(huán)；5、發(fā)射孔；6、傳感器支架；7、傳感器支架固定卡口 ；8、傳感器固定槽；9、線槽；10、連接管節(jié)殼體；11、連接管節(jié)殼帽；12、管節(jié)連接鎖扣；13、連接管節(jié)支架；14、連接關(guān)節(jié)支架固定卡口。
[0017]【【具體實施方式】】
通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于下面的實施例；
結(jié)合附圖1?4所述的一種基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，所述方法具體包括如下步驟:
一、在掌子面上開孔:
首先在掌子面上鉆孔或利用已有的炮孔或地質(zhì)鉆孔，其中若干測溫孔盡可能均勻的分布在掌子面上；
二、測量所開孔內(nèi)的溫度:
接上步，將測溫裝置上的測溫傳感器管節(jié)一節(jié)一節(jié)的插入第一步獲取的測溫孔內(nèi)，待測溫傳感器管節(jié)伸到測溫孔底并阻隔掌子面外溫度干擾后，測溫孔側(cè)壁的溫度，然后從掌子面到測溫孔底測得一組數(shù)據(jù)，然后抽出測溫傳感器管節(jié)，選擇下一個測溫孔進行數(shù)據(jù)采集;
三、數(shù)據(jù)處理與分析:
接上步，一組數(shù)據(jù)顯示的一個測溫孔從掌子面到測溫孔底的溫度梯度曲線，多組數(shù)據(jù)顯示的是掌子面前方一定區(qū)域的空間溫度場，根據(jù)掌子面前方溫度場變化趨勢，找出掌子面前方溫度異常區(qū)域，進而判斷前方水體情況。
[0018]其中第二步中所述測溫裝置包括測頭和測溫儀，所述測溫裝置的測頭的直徑小于待測孔的直徑；所述測溫裝置的測頭長度根據(jù)測溫孔的深度進行長短調(diào)節(jié)，其中為了保證測量精度，測頭長度大于Im ;所述測溫儀通過線路連通測頭，所述測頭包括復(fù)數(shù)個測溫傳感器管節(jié)和復(fù)數(shù)個連接管節(jié)，所述測溫傳感器管節(jié)的長度為10?20cm，所述連接管節(jié)的長度為10?20cm，所述測溫傳感器管節(jié)包括傳感器殼體1、傳感器殼帽2、傳感器3、傳感器連接環(huán)4和傳感器支架6，在傳感器殼體I中部內(nèi)孔的兩端分別設(shè)有傳感器支架6，所述傳感器支架6通過傳感器支架固定卡口 7設(shè)置在傳感器殼體I中部內(nèi)孔的兩端，在傳感器支架6的內(nèi)側(cè)設(shè)有傳感器固定槽8，在兩傳感器支架6之間設(shè)有傳感器3，所述傳感器3為非接觸式紅外溫度傳感器，所述傳感器3的感應(yīng)端對應(yīng)傳感器殼體I外緣面上的發(fā)射孔5，在實際應(yīng)用時通過發(fā)射孔5，非接觸式紅外溫度傳感器3接收紅外輻射，間接的測量輻射紅外光物體的溫度；在傳感器殼體I的兩端分別設(shè)有傳感器殼帽2,其中傳感器殼體I與傳感器殼帽2由指定卡槽插入連接，向一側(cè)旋轉(zhuǎn)鎖緊固定；所述每個傳感器支架6的外側(cè)面上分別設(shè)有傳感器連接環(huán)4，由于是多個測溫傳感器管節(jié)連接，測溫傳感器管節(jié)內(nèi)部設(shè)有線槽9，即在傳感器支架6的胯下設(shè)有線槽9 ;所述連接管節(jié)包括連接管節(jié)殼體10、連接管節(jié)殼帽11、管節(jié)連接鎖扣12和連接管節(jié)支架13，在所述連接管節(jié)殼體10中部內(nèi)孔的兩端分別通過連接關(guān)節(jié)支架固定卡口 14設(shè)有連接管節(jié)支架13，由于是多個連接管節(jié)連接，連接管節(jié)內(nèi)部設(shè)有線槽9，即在連接管節(jié)支架13的胯下設(shè)有線槽9，在連接管節(jié)支架13的外側(cè)分別設(shè)有管節(jié)連接鎖扣12，在連接管節(jié)殼體10的兩端分別設(shè)有連接管節(jié)殼帽11形成所述的連接管節(jié)，其中連接管節(jié)殼體10與連接管節(jié)殼帽11亦是由指定卡槽插入連接，向一側(cè)旋轉(zhuǎn)鎖緊固定；在每兩個測溫傳感器管節(jié)之間分別設(shè)有一個連接管節(jié)，所述每兩個測溫傳感器管節(jié)通過線路連通，其中傳感器支架6與連接管節(jié)支架13的外側(cè)分別設(shè)有傳感器連接環(huán)4和管節(jié)連接鎖扣12，兩者相扣實現(xiàn)測溫傳感器管節(jié)和連接管節(jié)的連接操作；傳感器支架固定卡口 7及連接關(guān)節(jié)支架固定卡口 14為U型槽，傳感器支架6和連接管節(jié)支架13插入后由傳感器殼帽2和連接管節(jié)殼帽11封住U型槽開口形成所述的測溫裝置。
[0019]本發(fā)明在具體實施過程中，利用掌子面炮孔或地質(zhì)鉆孔做為待測孔，然后將測溫傳感器管節(jié)一節(jié)一節(jié)深入待測孔內(nèi)，待測溫傳感器管節(jié)伸到孔底后進行一組溫度采集，直到數(shù)據(jù)不再變化為止；其中測量裝置的原理為:在掌子面利用炮孔或者地質(zhì)鉆孔內(nèi)插入測溫傳感器管節(jié)，在阻隔掌子面外溫度干擾后，測量待測孔側(cè)壁溫度，從掌子面到孔底測得一組數(shù)據(jù)，多個孔測得多組測溫數(shù)據(jù)，綜合比較分析后得到掌子面前方巖體三維立體溫度場分布情況，從而鎖定掌子面前方異常區(qū)域；本發(fā)明中的測溫裝置采用非接觸式紅外測溫儀與測溫傳感器管節(jié)鉸接組合而成，總長可達5m，每一測溫管節(jié)長15cm，連接管節(jié)長15cm，直徑均為4cm，小于地質(zhì)鉆孔及炮孔，測溫傳感器管節(jié)鉸接可拆卸，以適應(yīng)不同長度鉆孔的要求，將測溫傳感器管節(jié)的測溫精度提高以便滿足在測量范圍內(nèi)溫度場梯度大于其精度。
[0020]本發(fā)明在具體實施時需注意以下事項:
1、確定掌子面鉆孔位置及深度:為減少現(xiàn)場操作負擔(dān)盡量使用現(xiàn)有鉆孔，如炮孔、地質(zhì)鉆孔等，并確保鉆孔直徑大于測溫管節(jié)及連接管節(jié)直徑，鉆孔布設(shè)間距Irn為宜，具體實施過程中以實際掌子面鉆孔情況適當(dāng)調(diào)整，鉆孔結(jié)束后，盡快將傳感器插入鉆孔中，減少熱交換對采集數(shù)據(jù)的干擾；
2、將測溫傳感器管節(jié)一節(jié)一節(jié)小心地插入現(xiàn)有鉆孔中，適當(dāng)?shù)胤磸?fù)扭轉(zhuǎn)抽拉推進，目的在于使傳感器孔口與巖面充分對應(yīng)，減少碎粒等雜質(zhì)對設(shè)備的干擾；在鉆孔入口處插入隔溫材料，阻斷掌子面外界熱對流對鉆孔內(nèi)部的干擾；打開電源，初測幾組數(shù)據(jù)，待所測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)采集記錄，有效數(shù)據(jù)的采集效率與外界熱對流及鉆孔過程息息相關(guān)；關(guān)閉電源，抽出可重復(fù)的隔溫材料及傳感器；選擇下一個測孔進行數(shù)據(jù)采集，重復(fù)上述過程；
3、數(shù)據(jù)處理分析:每個測孔進行編號，一組數(shù)據(jù)顯示一個測孔從掌子面到鉆孔深部的溫度梯度曲線，多組數(shù)據(jù)顯示掌子面前方一定區(qū)域的空間溫度場分布情況。根據(jù)掌子面前方空間溫度場變化趨勢，發(fā)現(xiàn)掌子面前方溫度異常區(qū)域，進而判斷前方有無水體情況。
[0021 ] 本發(fā)明未詳述部分為現(xiàn)有技術(shù)。
[0022] 為了公開本發(fā)明的目的而在本文中選用的實施例，當(dāng)前認(rèn)為是適宜的，但是，應(yīng)了解的是，本發(fā)明旨在包括一切屬于本構(gòu)思和發(fā)明范圍內(nèi)的實施例的所有變化和改進。
【權(quán)利要求】
1.一種基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，其特征是:所述方法具體包括如下步驟: 一、在掌子面上開孔: 首先在掌子面上鉆孔或利用已有的炮孔或地質(zhì)鉆孔，其中若干測溫孔盡可能均勻的分布在掌子面上； 二、測量所開孔內(nèi)的溫度: 接上步，將測溫裝置上的測溫傳感器管節(jié)一節(jié)一節(jié)的插入第一步獲取的測溫孔內(nèi)，待測溫傳感器管節(jié)伸到測溫孔底并阻隔掌子面外溫度干擾后，測溫孔側(cè)壁的溫度，然后從掌子面到測溫孔底測得一組數(shù)據(jù)，然后抽出測溫傳感器管節(jié)，選擇下一個測溫孔進行數(shù)據(jù)采集; 三、數(shù)據(jù)處理與分析: 接上步，一組數(shù)據(jù)顯示的一個測溫孔從掌子面到測溫孔底的溫度梯度曲線，多組數(shù)據(jù)顯示的是掌子面前方一定區(qū)域的空間溫度場，根據(jù)掌子面前方溫度場變化趨勢，找出掌子面前方溫度異常區(qū)域，進而判斷前方水體情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，其特征是:所述測溫裝置包括測頭和測溫儀，所述測溫儀通過線路連通測頭，所述測頭包括復(fù)數(shù)個測溫傳感器管節(jié)和復(fù)數(shù)個連接管節(jié)，在每兩個測溫傳感器管節(jié)之間分別設(shè)有一個連接管節(jié)，所述每兩個測溫傳感器管節(jié)通過線路連通形成所述的測溫裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，其特征是:所述測溫傳感器管節(jié)包括傳感器殼體(I)、傳感器殼帽(2)、傳感器(3)、傳感器連接環(huán)(4)和傳感器支架(6)，在傳感器殼體(I)中部內(nèi)孔的兩端分別設(shè)有傳感器支架(6)，在兩傳感器支架(6 )之間設(shè)有傳感器(3 )，所述傳感器(3 )的感應(yīng)端對應(yīng)傳感器殼體(I)外緣面上的發(fā)射孔(5 )，在傳感器殼體(I)的兩端分別設(shè)有傳感器殼帽(2 )，所述每個傳感器支架(6 )的外側(cè)面上分別設(shè)有傳感器連接環(huán)(4 )，在傳感器支架(6 )的胯下設(shè)有線槽(9 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，其特征是:所述傳感器(3)為非接觸式紅外溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，其特征是:所述傳感器支架(6)通過傳感器支架固定卡口(7)設(shè)置在傳感器殼體(I)中部內(nèi)孔的兩端，在傳感器支架(6)的內(nèi)側(cè)設(shè)有傳感器固定槽(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，其特征是:所述連接管節(jié)包括連接管節(jié)殼體(10)、連接管節(jié)殼帽(11)、管節(jié)連接鎖扣(12)和連接管節(jié)支架(13)，在所述連接管節(jié)殼體(10)中部內(nèi)孔的兩端分別通過連接關(guān)節(jié)支架固定卡口( 14)設(shè)有連接管節(jié)支架(13)，在連接管節(jié)支架(13)的胯下設(shè)有線槽(9)，在連接管節(jié)支架(13)的外側(cè)分別設(shè)有管節(jié)連接鎖扣(12)，在連接管節(jié)殼體(10)的兩端分別設(shè)有連接管節(jié)殼帽(11)形成所述的連接管節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，其特征是:所述測溫裝置的測頭的直徑小于待測孔的直徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，其特征是:所述測溫裝置的測頭長度根據(jù)測溫孔的深度進行長短調(diào)節(jié)，其中為了保證測量精度，測頭長度大于lm。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，其特征是:所述測溫傳感器管節(jié)的長度為10?20cm。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于溫度場原理的掌子面前方水體溫度的探測方法，其特征是:所述連接管節(jié)的長度為10?20cm。
【文檔編號】E21B47/07GK104213907SQ201410416806
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】宋研, 李銳, 魏戩, 賀雄飛, 王玥, 黨如姣, 李洋, 史繼堯, 李文俊, 路耀邦, 高攀, 焦雷, 蔣永強, 尹龍, 張文新 申請人:中鐵隧道集團有限公司, 中鐵隧道集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司