一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及本發(fā)明公開了一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法及裝置，通過在隧道內(nèi)壁上布設(shè)電極陣列，依次在兩相鄰電極上加電壓，使隧道襯砌墻壁和電極形成供電回路，利用回路中電流情況判斷被測電極間是否存在滲漏，綜合所有電極的檢測結(jié)果，可以估計隧道墻壁滲漏區(qū)域的形狀。本發(fā)明能夠在滲漏水現(xiàn)象出現(xiàn)時及時定位和報警，以便隧道管理人員在第一時間發(fā)現(xiàn)和治理隧道滲漏水病害。此外，還可以長期跟蹤已有滲漏水病害的發(fā)展，幫助觀察隧道的結(jié)構(gòu)性能演變趨勢。
【專利說明】—種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道滲漏水檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市現(xiàn)代化水平的提高和人們生活節(jié)奏的加快，地鐵以其方便快捷的優(yōu)勢正逐漸成為大城市公共交通系統(tǒng)的重要組成部分，大量的省會城市及部分二線城市都在投入巨資新建地鐵。與此同時，地鐵隧道健康服役面臨的問題卻日益突出。滲漏水是最常見也是最典型的一種地鐵隧道結(jié)構(gòu)病害，我國的許多城市地鐵都在被嚴(yán)重的滲漏水病害所困擾。
[0003]在地下水的長期侵蝕作用下，隧道襯砌中的混凝土和鋼筋受到腐蝕，原有的微裂縫擴(kuò)大、貫穿，影響隧道結(jié)構(gòu)的耐久性，大量的滲漏水還會降低隧道內(nèi)各種附屬設(shè)施的使用功能和壽命，危及行車安全。對盾構(gòu)隧道而言，發(fā)生局部滲水后，在地下水補給不充分時，地下水的流失使得孔隙水壓力降低，土中有效應(yīng)力增加，土體被壓密而引起不均勻沉降，隧道產(chǎn)生變形，導(dǎo)致錯臺、管片與道床脫開、環(huán)向收斂等一系列病害，隧道的彎曲還導(dǎo)致隧道接縫張開，從而進(jìn)一步加劇滲漏?？梢姡瑵B漏水不僅是盾構(gòu)隧道中最普遍的結(jié)構(gòu)病害，還會誘發(fā)一系列的其他病害，因此，對隧道滲漏水病害的檢測在當(dāng)前形勢下顯得尤為重要。
[0004]現(xiàn)有的隧道滲漏水常規(guī)檢測通常由檢測人員攜帶檢測工具或設(shè)備，采用步行的方式進(jìn)行目測或量測，這類方法存在效率低、主觀性強、費時、費力等缺點。近年來，人們研究出了紅外熱成像法、激光掃描法、地質(zhì)雷達(dá)法、光纖光柵、分布式光纖等滲漏水快速無損檢測方法，但它們也存在一些難以克服的缺點。紅外熱成像、激光掃描等方法大多儀器設(shè)備成本較高，若要全面檢測則需要依靠車輛移動，沿隧道全長檢測一次周期較長、效率較低。而分布式光纖及光纖光柵通過光學(xué)原理來工作，需要另外配備大型的解調(diào)設(shè)備，增加額外的成本。滲漏水是一個隨機(jī)的過程，如果采取人工或儀器定期檢測，則檢測間歇期發(fā)生的嚴(yán)重滲漏水，無法在第一時間發(fā)現(xiàn)和處置，有可能會釀成災(zāi)害。因此，針對當(dāng)前的滲漏水問題，需要一種低成本、并能夠長期、自動檢測隧道滲漏水的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法及裝置，通過在隧道內(nèi)壁布設(shè)電極陣列，使混凝土墻壁和電極形成供電回路，利用回路中電流來檢測滲漏水，以解決現(xiàn)有檢測方法存在的問題。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法，包括以下步驟:
[0008]I)將隧道滲漏水常發(fā)位置標(biāo)記為檢測區(qū)域；
[0009]2)在每個檢測區(qū)域的隧道內(nèi)壁上布設(shè)電極陣列；
[0010]3)在電極陣列的某兩個電極之間加上恒定電壓，；當(dāng)隧道混凝土墻壁呈干燥狀態(tài)時，幾乎不導(dǎo)電，電流為O ;當(dāng)檢測區(qū)域發(fā)生滲水，兩電極間的混凝土被水浸濕時，電阻顯著減小，電極將與混凝土構(gòu)成回路，回路中串聯(lián)一電流表能檢測到一定電流值；
[0011]4)根據(jù)電流表檢測到的電流值判斷兩電極間的區(qū)域是否滲水；若電流值小于或等于閾值，則認(rèn)為該區(qū)域不滲水，若電流值大于閾值，則認(rèn)為該區(qū)域滲水。
[0012]所述的電極陣列呈網(wǎng)格狀或條帶狀排列。為了解整個待檢測區(qū)域的滲漏水情況，每個電極與其上下左右方向上相鄰的電極都要進(jìn)行一次組合，并檢測相應(yīng)的電流。根據(jù)所有電極組合的檢測結(jié)果，利用以下原則可以近似確定滲漏水形狀:若連續(xù)多個電極組合都能檢測到電流，則可以認(rèn)為這多個電極所圍成的區(qū)域內(nèi)都存在滲漏水，滲漏水區(qū)域一直延伸到最近的無電流的電極組合為止。因此，恒定電壓施加于電極陣列中橫向或縱向上兩個相鄰的電極上，檢測時需對所有相鄰電極的組合進(jìn)行檢測，并根據(jù)該檢測結(jié)果獲取滲漏水的位置和形狀。
[0013]從節(jié)能的角度考慮，實際測量時僅設(shè)置一個電源和一個電流表，采用巡檢的方式依次接通各個相鄰電極組合，形成相應(yīng)的檢測回路，記錄每個檢測回路中的電流值，直至檢測完所有電極組合。每次巡檢的間隔周期為I小時?I天，根據(jù)滲漏水嚴(yán)重程度和隧道重要性決定。
[0014]隧道中滲漏水常發(fā)位置，對于盾構(gòu)隧道，為隧道兩端及旁通道附近的環(huán)縫、縱縫、注漿孔等；對于山嶺隧道，為拱部、中墻等。每個檢測區(qū)域的大小在0.5mX0.5m?ImXlm之間為宜。
[0015]由于電極陣列的排列方式根據(jù)檢測部位決定，對于盾構(gòu)隧道的接縫部位，電極應(yīng)沿著接縫呈條帶狀排列、對于盾構(gòu)隧道的注漿孔部位以及山嶺隧道的大部分滲漏水部位，電極應(yīng)呈網(wǎng)格裝排列。電極陣列的個數(shù)根據(jù)待檢測區(qū)域的大小決定，為了降低成本同時控制漏檢數(shù)量，相鄰電極的間距在1cm?20cm之間為宜。
[0016]一種用于實施上述方法的檢測裝置，包括檢測單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和管理控制單元，所述的檢測單元設(shè)置于每個檢測區(qū)域處，檢測單元包括電極陣列、恒定電源和數(shù)據(jù)采集模塊，所述恒定電源的正負(fù)極分別連接電極陣列中的兩個電極形成檢測回路，所述的數(shù)據(jù)采集模塊包含電流表，串聯(lián)于檢測回路，并通過傳輸單元將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至管理控制單元。
[0017]所述的電極陣列呈網(wǎng)格狀或條帶狀排列，電極陣列中橫向或縱向上兩個相鄰的電極分別通過一個模擬開關(guān)連接恒定電源的正負(fù)極，通過切換模擬開關(guān)，使得形成每個檢測回路的電極為橫向或縱向上兩個相鄰的電極。
[0018]所述的數(shù)據(jù)傳輸單元包括無線發(fā)射模塊、中繼站、無線接收模塊，所述的無線發(fā)射模塊連接數(shù)據(jù)采集模塊，所述的無線接收模塊連接管理控制單元，無線發(fā)射模塊和無線接收模塊之間根據(jù)距離選擇通過中繼站或者直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0019]所述的管理控制單元包括監(jiān)測計算機(jī)和數(shù)據(jù)庫，用于檢測數(shù)據(jù)的保存和讀取、滲漏水事件的報警和定位、以及控制指令的發(fā)布。
[0020]數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)檢測結(jié)果判斷是否發(fā)送數(shù)據(jù)，若檢測到的電流值小于或等于閾值，即該區(qū)域不滲水，則數(shù)據(jù)采集模塊不發(fā)送數(shù)據(jù)；若檢測到的電流值大于閾值，即該區(qū)域滲水，則數(shù)據(jù)采集模塊通過傳輸單元將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至管理控制單元。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用混凝土的絕緣性和地下水的導(dǎo)電性特征，實現(xiàn)對隧道滲漏水常發(fā)位置的長期自動檢測，可以在滲漏水現(xiàn)象出現(xiàn)時及時定位和報警，以便隧道管理人員在第一時間發(fā)現(xiàn)和治理隧道滲漏水病害，最大限度減小滲漏水造成的損失。此外，該裝置還可以長期監(jiān)測已有滲漏水病害的發(fā)展，估計滲漏水的面積和流量，以幫助隧道管理人員觀察隧道的結(jié)構(gòu)性能演變趨勢。而且本發(fā)明采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸方式，在橫斷面上不會影響隧道限界，列車運行時也可照常檢測。在縱向上，可以節(jié)省大量傳輸電纜，有效控制成本。
[0022]其具有以下優(yōu)點:
[0023]I)平時未發(fā)生漏水時不向管理控制端傳輸信號,僅在發(fā)生漏水時才自動向外傳輸信號，節(jié)約能源，實現(xiàn)主動報漏功能。
[0024]2)無需人工輔助，即可實現(xiàn)隧道滲漏水的長期自動監(jiān)測，并可以提供滲漏水位置、面積等信息，提高隧道運營管理效率。
[0025]3)本發(fā)明原理清晰，結(jié)構(gòu)簡單明了，成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測裝置一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測裝置一個實施例的檢測流程圖；
[0028]圖3是應(yīng)用本發(fā)明的檢測方法獲得的滲漏水形狀的預(yù)估圖，其中(a)為實際滲水形狀，(b)為可檢測到滲水的電機(jī)組合，(C)為檢測獲取的滲水形狀。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0030]實施例
[0031]圖1和圖2示出了本發(fā)明基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測裝置的一個實施例，其中，圖1為該實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為進(jìn)行檢測的流程圖。
[0032]如圖1所示，一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測裝置，包括檢測單元101及102、數(shù)據(jù)傳輸單元107和管理控制單元111。
[0033]檢測單元101及102用于檢測滲漏水信息，包括電極陣列103，模擬開關(guān)104，恒定電源105，數(shù)據(jù)采集模塊106。電極陣列103由多個電極呈條帶狀或網(wǎng)格狀排列組成，其排列方式和個數(shù)根據(jù)所處部位和檢測區(qū)域大小決定。采用導(dǎo)電膠將電極陣列103黏貼在待檢測區(qū)域的隧道墻壁上。模擬開關(guān)104共有兩組，分別位于恒定電源的兩端，用于控制所有電極的斷開和閉合。每個電極均延伸出一根導(dǎo)線，橫向或縱向上兩個相鄰的電極所延伸出的導(dǎo)線應(yīng)分別與電源兩側(cè)的模擬開關(guān)104相連，處于斜對角方向上的兩個電極所延伸出的導(dǎo)線應(yīng)與同一個模擬開關(guān)104相連。恒定電源105用來給回路提供電壓；數(shù)據(jù)采集模塊106內(nèi)包含一個電壓表，用于獲取回路中的電流數(shù)據(jù)，并將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。根據(jù)混凝土墻壁的導(dǎo)電性、相連電極的間距和導(dǎo)電膠的電阻選擇恒定電源105的大小和數(shù)據(jù)采集模塊106的精度。
[0034]每個待檢測區(qū)域都設(shè)置一個檢測單元，本實施例中設(shè)置2個檢測單元101及102，每個檢測單元擁有唯一的地址信息，可以被數(shù)據(jù)傳輸單元107識別。
[0035]數(shù)據(jù)傳輸單元107用于接收檢測單元101及102傳來的檢測信息，并傳送給管理控制單元111。所述數(shù)據(jù)傳輸單元107為無線傳感網(wǎng)絡(luò)，包括無線發(fā)射模塊108、中繼站109、無線接收模塊110。
[0036]每個檢測單元101及102都配有一個無線發(fā)射模塊108，可以定期將該檢測單元的檢測信息及相應(yīng)地址信息傳送給中繼站109。
[0037]根據(jù)檢測單元101及102到管理控制單元111的遠(yuǎn)近，以及無線信號的最優(yōu)傳輸距離，在隧道中設(shè)置若干個中繼站，用于接收無線發(fā)射模塊108的數(shù)據(jù)，并傳遞給下一個中繼站，最終傳輸給無線接收模塊110。
[0038]無線發(fā)射模塊108與中繼站109之間的傳輸宜選用星形或樹形網(wǎng)絡(luò)，中繼站之間的傳輸宜選用條形或組合型網(wǎng)絡(luò)。
[0039]無線接收模塊110與管理控制單元111相連，由無線接收模塊110接收到的數(shù)據(jù)先到達(dá)監(jiān)測計算機(jī)113，后存入數(shù)據(jù)庫112。監(jiān)測軟件系統(tǒng)114根據(jù)數(shù)據(jù)庫112中的檢測信息及地址信息實現(xiàn)滲漏水的報警及滲漏水部位、形狀的判斷。
[0040]本發(fā)明基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測裝置的工作過程如下:
[0041]在檢測開始前，設(shè)計電極布置、檢測頻率、檢測順序。選擇一個檢測單元101進(jìn)行檢測。
[0042]恒定電源105開始工作，為電路提供電壓。按照預(yù)設(shè)的檢測順序選擇該待測區(qū)域的第一對電極組合作為檢測對象，由模擬開關(guān)104接通第一對電極組合的電路，并保持一段時間，數(shù)據(jù)采集模塊106獲取此時回路中的電流值，并傳遞到無線發(fā)射模塊108。
[0043]由無線發(fā)射模塊108對測得的電流值進(jìn)行判斷，若電流值為0，則不作處理，由模擬開關(guān)104切換下一個電極組合。若電流值大于0，則無線發(fā)射模塊108將檢測單元地址、電極編號、對應(yīng)電流值發(fā)射給中繼站，隨后模擬開關(guān)104切換下一個電極組合。
[0044]類似的，由模擬開關(guān)104控制依次接通兩相鄰電極，按照上述原則進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，直至檢測到最后一個電極組合，確保每個電極與其上下左右的相鄰電極都有過一次組合，此時完成一個循環(huán)。
[0045]所有的電極組合均檢測完畢后，所有模擬開關(guān)104全部斷開，檢測單元101開始休目民，接著進(jìn)行下一個檢測單元102的檢測。檢測單元101根據(jù)預(yù)設(shè)的檢測頻率到下一個檢測時刻恢復(fù)工作，開始新一輪循環(huán)。
[0046]在檢測單元101依次進(jìn)行每組電極檢測的同時，數(shù)據(jù)傳輸單元107將無線發(fā)射模塊108的數(shù)據(jù)即時傳輸?shù)浇邮斩?10，確保前一組電極的檢測信息始終早于后一組電極的信息到達(dá)管理控制單元111。
[0047]當(dāng)管理控制單元111接收到數(shù)據(jù)后，監(jiān)測計算機(jī)113報警，并顯示檢測區(qū)域編號，電極組合編號，滲漏嚴(yán)重程度。當(dāng)該檢測區(qū)域所有電極組合檢測完畢后，監(jiān)測軟件系統(tǒng)114根據(jù)所有數(shù)據(jù)繪制出滲漏水的形狀。如圖3所示，連續(xù)多個電極組合都能檢測到電流，則可以認(rèn)為這多個電極所圍成的區(qū)域內(nèi)都存在滲水，滲水區(qū)域一直延伸到最近的無電流的電極組合為止。根據(jù)該原則可以近似確定滲水位置和形狀。
[0048]對于暫不處置且需長期監(jiān)測的滲漏水，管理控制單元111接收到數(shù)據(jù)后及時存儲到數(shù)據(jù)庫112中，并由檢測軟件繪制出長期監(jiān)測曲線，供隧道管理人員參考。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將隧道滲漏水常發(fā)位置標(biāo)記為檢測區(qū)域； 2)在每個檢測區(qū)域的隧道內(nèi)壁上布設(shè)電極陣列； 3)在兩個電極之間加上恒定電壓形成檢測回路，并在檢測回路中串聯(lián)一電流表； 4)根據(jù)電流表檢測到的電流值判斷兩電極間的區(qū)域是否滲水；若電流值小于或等于閾值，則認(rèn)為該區(qū)域不滲水，若電流值大于閾值，則認(rèn)為該區(qū)域滲水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法，其特征在于，所述的電極陣列呈網(wǎng)格狀或條帶狀排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法，其特征在于，恒定電壓施加于電極陣列中橫向或縱向上兩個相鄰的電極上，檢測時需對所有相鄰電極的組合進(jìn)行檢測，并根據(jù)該檢測結(jié)果獲取滲漏水的位置和形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法，其特征在于，采用巡檢的方式依次接通各個相鄰電極組合，形成相應(yīng)的檢測回路，記錄每個檢測回路中的電流值，直至檢測完所有電極組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電導(dǎo)率的隧道滲漏水檢測方法，其特征在于，每個檢測區(qū)域的大小在0.5mX 0.5m?ImX Im之間，相鄰電極間的間距為1cm?20cm。
6.一種用于實施權(quán)利要求1?5中任意一項所述方法的隧道滲漏水檢測裝置，其特征在于，包括檢測單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和管理控制單元，所述的檢測單元設(shè)置于每個檢測區(qū)域處，檢測單元包括電極陣列、恒定電源和數(shù)據(jù)采集模塊，所述恒定電源的正負(fù)極分別連接電極陣列中的兩個電極形成檢測回路，所述的數(shù)據(jù)采集模塊包含電流表，串聯(lián)于檢測回路，并通過傳輸單元將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至管理控制單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隧道滲漏水檢測裝置，其特征在于，所述的電極陣列呈網(wǎng)格狀或條帶狀排列，電極陣列中橫向或縱向上兩個相鄰的電極分別通過一個模擬開關(guān)連接恒定電源的正負(fù)極，通過切換模擬開關(guān)，使得形成每個檢測回路的電極為橫向或縱向上兩個相鄰的電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隧道滲漏水檢測裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)傳輸單元包括無線發(fā)射模塊、中繼站、無線接收模塊，所述的無線發(fā)射模塊連接數(shù)據(jù)采集模塊，所述的無線接收模塊連接管理控制單元，無線發(fā)射模塊和無線接收模塊之間根據(jù)距離選擇通過中繼站或者直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隧道滲漏水檢測裝置，其特征在于，所述的管理控制單元包括監(jiān)測計算機(jī)和數(shù)據(jù)庫，用于檢測數(shù)據(jù)的保存和讀取、滲漏水事件的報警和定位、以及控制指令的發(fā)布。
10.根據(jù)權(quán)利要求6?9中任意一項所述的隧道滲漏水檢測裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)檢測結(jié)果判斷是否發(fā)送數(shù)據(jù)，若檢測到的電流值小于或等于閾值，即該區(qū)域不滲水，則數(shù)據(jù)采集模塊不發(fā)送數(shù)據(jù)；若檢測到的電流值大于閾值，即該區(qū)域滲水，則數(shù)據(jù)采集模塊通過傳輸單元將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至管理控制單元。
【文檔編號】G01M3/16GK104236812SQ201310229686
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月9日
【發(fā)明者】黃宏偉, 何斌, 程姝菲, 黃強, 文長輝 申請人:同濟(jì)大學(xué)