一种岩溶隧道突水灾害预警装置的制作方法

1.本实用新型涉及岩溶隧道技术领域，尤其涉及一种岩溶隧道突水灾害预警装置。


背景技术：

2.近年来，随着我国西部公路、铁路岩溶隧道的大量修建，突水突泥灾害已成为岩溶隧道施工过程中风险最大的灾害之一。我国成昆铁路的415座隧道中,在施工期间有93.5%的隧道发生不同程度的涌水或突水灾害,其中涌水量超过10000m3 /d的有8座,而严重涌水者13座。在这些隧道中尤其以岩溶隧道危害最大，对工程均造成重大损失和人员伤亡。发明一种岩溶隧道突水灾害预警装置，对避免和减轻突水等灾害造成的危害，对防治突水灾害的发生和灾后的应急逃生、救援和处理工作均有重要的意义。
3.但是，目前我国岩溶水研究基础极其薄弱，研究缺乏系统性、防治缺乏针对性、有效性。对岩溶突水的预警基本上是靠人工现场勘查，然后将勘测数据带回室内进行研究处理，最后给出评价结果并反馈给有关部门。然而，由于岩溶水失稳到崩塌发生的过程往往发展相当迅速，人工监测反应迟缓、数据的采集不具备实时性，绝大多数情况下起不到有效防范岩溶水灾害的作用，岩溶突水致灾的悲剧时有发生，给生命财产造成严重损失。


技术实现要素：

4.针对以上问题，本实用新型目的在于提供一种岩溶隧道突水灾害预警装置，以解决上述人工采集数据以及监测预警不及时的技术问题。
5.本实用新型通过下述技术方案实现：
6.一种岩溶隧道突水灾害预警装置，包括信号采集单元、中继模块以及监测预警平台，所述信号采集单元包括单片机，所述单片机的输入端连接有摄像机、应变计、位移传感器、水位计、水温传感器、水质传感器以及电源，所述中继模块包括中央处理器以及无线通信模块，单片机的输出端连接中央处理器，所述中央处理器与无线通信模块双向通信连接，所述监测预警平台包括警报器，无线通信模块的输出端连接所述警报器。
7.作为优选，所述电源为ups电源。摄像机、应变计、位移传感器、水位计、水温传感器、水质传感器以及警报器分别具有独立的ups电源，从而实现24小时全天候突水灾害的数据采集与监测。
8.进一步地，监测预警平台还包括预警终端，无线通信模块的输出端连接所述预警终端。
9.进一步地，所述摄像机设置在离岩溶隧道边墙处，且与隧道底部的垂直距离≥3米。用于获取岩溶隧道掌子面和隧道拱面的图像，优选地，摄像机1可以为具备自动跟踪技术的室外全景智能高速球摄像机，且摄像头45
°
斜对掌子面，以便获取准确的全景现场环境图像。
10.进一步地，所述应变计为多个，且分别设置在隧道拱顶、拱腰与边墙处。用于监测岩溶隧道围岩的应力变化。其中，可根据应用场景的需要，在一个隧道段上分别设置多个多
点式应变计，从而获得更精确的围岩应力数据。
11.进一步地，所述位移传感器沿隧道开挖方向设置于隧道拱脚。用于监测岩溶隧道围岩拱底位移以及岩溶隧道的地表沉降和衬砌位移。
12.进一步地，所述水位计、水温传感器以及水质传感器均设置在隧道含水层的竖井中。用于监测隧道地下水位以及水质变化。
13.进一步地，所述中央处理器的输入端还连接有存储模块。用于存储所获取的监测数据以及所生成的预警指令。
14.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
15.1、本实用新型将摄像机、位移传感器、应变计以及水位计、水温传感器、水质传感器所获取的监测数据通过中央处理器进行突水灾害预警分析，确定岩溶隧道突水灾害的当前状态并生成对应的指令后发送给监测预警平台，由监测预警平台发出警报指令，能够在岩溶隧道出现突水灾害前兆时立即发出相应的警报，缩短了灾害预警时间；
16.2、本实用新型通过监测预警平台实时分析从各个传感器所获取的监测数据，自动生成与隧道突水灾害状态对应的预警指令，能够实现全天候24小时自动监测，反应迅速，预报及时，并且能够精确判断岩溶隧道突水灾害空间范围，为隧道封锁和隧道灾害处理提供依据；并且通过无人值守的全自动化监测，从而保证长期连续运行，大幅度降低了突水灾害监测成本，提高了监测资料的可靠性。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
18.图1为本实用新型的系统框架图；
19.图2为本实用新型的结构示意图。
20.附图标记所代表的为：1-摄像机，2-应变计，3-位移传感器，4-水位计，5-水温传感器，6-水质传感器，7-电源，8-单片机，9-中央处理器，10-无线通信模块，11-警报器，12-预警终端，13-存储模块，14-信号采集单元，15-中继模块，16-监测预警平台，17-竖井。
具体实施方式
21.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。需要说明的是，本实用新型已经处于实际研发使用阶段。
22.下面结合实施例对本实用新型作进一步详细描述。
23.实施例1
24.如图1至图2所示，本实施例包括信号采集单元14、中继模块15以及监测预警平台16，所述信号采集单元14包括单片机8，所述单片机8的输入端连接有摄像机1、应变计2、位移传感器3、水位计4、水温传感器5、水质传感器6以及电源7，所述中继模块15包括中央处理器9以及无线通信模块10，单片机8的输出端连接中央处理器9，所述中央处理器9与无线通信模块10双向通信连接，所述监测预警平台16包括警报器11，无线通信模块10的输出端连
接所述警报器11。优选地，报警器可以为多个，分别设置在岩溶隧道的每个施工段内。
25.具体的，本实施例将摄像机1、位移传感器3、应变计2以及水位计4、水温传感器5、水质传感器6所获取的监测数据通过中央处理器9进行突水灾害预警分析，所述水位计4可以为hlg-30钢尺水位计，确定岩溶隧道突水灾害的当前状态并生成对应的指令后发送给监测预警平台16，由监测预警平台16发出警报指令，能够在岩溶隧道出现突水灾害前兆时立即发出相应的警报，缩短了灾害预警时间。需要说明的是，摄像机1、应变计2、位移传感器3、水位计4、水温传感器5、水质传感器6以及警报器11分别设置有独立的ups电源7，能够24小时全天候地进行突水灾害数据采集，为隧道封锁和隧道灾害处理提供依据，从而实现无人值守的全自动化监测，保证预警装置长期连续运行，大幅度降低了突水灾害的监测成本，提高了监测资料的可靠性。
26.此外，监测预警平台16还包括预警终端12，无线通信模块10的输出端连接所述预警终端12。其中，预警终端12可以为精简指令集微处理器与数字信号处理器相结合，可以为安装有专业的隧道突水灾害预警监测软件的服务器，也可采用h7760无线预警终端。监测预警平台16根据摄像机1在一段时间内所获取的岩溶隧道的图像，确定第一突水灾害空间范围。例如，对每隔1~30秒钟所拍摄的多幅图像之间的差异进行图形处理，并排除干扰（例如，隧道内的人员、光照因素等对图像的影响），从而确定隧道的突水数据。然后将第一突水灾害空间范围、围岩位移的位移距离、岩溶隧道的应力变化以及岩溶隧道的地下水位、水温和水质的数据情况分别与各自的预警标准值进行比较，当其中任一项或者多项大于各自对应的第一阈值时（比如达到各自工程结构设计所允许变化的临界值），即确定岩溶隧道突水灾害的当前状态为将在一定预警时间之后发生突水灾害，并且，当预警时间小于最小应急预案所设置的最短时间时，立即生成岩溶隧道突水灾害报警指令。一方面，监测预警平台16自动向警报器11发送突水灾害预警指令使其发出警报，从而及时驱散隧道内的作业人员并阻止附近的车辆以及人员进入此隧道，避免可能出现的危险情况，以及对隧道整体造成进一步损害。另一方面，通过向预警终端12发送隧道突水灾害预警指令，可以实时将可能发送的突水灾害情况通知给相关负责人员，从而可以及时采取应对措施。
27.具体的，所述摄像机1设置在离岩溶隧道边墙处，且与隧道底部的垂直距离≥3米。用于获取岩溶隧道掌子面和隧道拱面的图像，优选地，摄像机11可以为具备自动跟踪技术的室外全景智能高速球摄像机1，且摄像头45
°
斜对掌子面，以便获取准确的全景现场环境图像。
28.具体的，所述应变计2为多个，且分别设置在隧道拱顶、拱腰与边墙处；所述应变计2为多点式应变计。用于监测岩溶隧道围岩的应力变化。其中，可根据应用场景的需要，在一个隧道段上分别设置多个多点式应变计2，从而获得更精确的围岩应力数据。
29.具体的，所述位移传感器3沿隧道开挖方向设置于隧道拱脚。用于监测岩溶隧道围岩拱底位移以及岩溶隧道的地表沉降和衬砌位移。
30.具体的，所述水位计4、水温传感器5以及水质传感器6均设置在隧道含水层的竖井17中。用于监测隧道地下水位以及水质变化。
31.具体的，所述中央处理器9的输入端还连接有存储模块13。用于存储所获取的监测数据以及所生成的预警指令。
32.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进
一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种岩溶隧道突水灾害预警装置，其特征在于：包括信号采集单元（14）、中继模块（15）以及监测预警平台（16），所述信号采集单元（14）包括单片机（8），所述单片机（8）的输入端连接有摄像机（1）、应变计（2）、位移传感器（3）、水位计（4）、水温传感器（5）、水质传感器（6）以及电源（7），所述中继模块（15）包括中央处理器（9）以及无线通信模块（10），单片机（8）的输出端连接中央处理器（9），所述中央处理器（9）与无线通信模块（10）双向通信连接，所述监测预警平台（16）包括警报器（11），无线通信模块（10）的输出端连接所述警报器（11）。2.根据权利要求1所述的一种岩溶隧道突水灾害预警装置，其特征在于：监测预警平台（16）还包括预警终端（12），无线通信模块（10）的输出端连接所述预警终端（12）。3.根据权利要求1所述的一种岩溶隧道突水灾害预警装置，其特征在于：所述摄像机（1）设置在离岩溶隧道边墙处，且与隧道底部的垂直距离≥3米。4.根据权利要求1所述的一种岩溶隧道突水灾害预警装置，其特征在于：所述应变计（2）为多个，且分别设置在隧道拱顶、拱腰与边墙处。5.根据权利要求1所述的一种岩溶隧道突水灾害预警装置，其特征在于：所述位移传感器（3）沿隧道开挖方向设置于隧道拱脚。6.根据权利要求1所述的一种岩溶隧道突水灾害预警装置，其特征在于：所述水位计（4）、水温传感器（5）以及水质传感器（6）均设置在隧道含水层的竖井（17）中。7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种岩溶隧道突水灾害预警装置，其特征在于：所述中央处理器（9）的输入端还连接有存储模块（13）。

技术总结
本实用新型公开了一种岩溶隧道突水灾害预警装置，包括信号采集单元、中继模块以及监测预警平台，所述信号采集单元包括摄像机、应变计、位移传感器、水位计、水温传感器、水质传感器以及电源，所述中继模块包括中央处理器以及无线通信模块，所述监测预警平台包括警报器，无线通信模块的输出端连接所述警报器。将摄像机、位移传感器、应变计以及水位计、水温传感器、水质传感器所获取的监测数据通过中央处理器进行突水灾害预警分析，确定岩溶隧道突水灾害的当前状态并生成对应的指令后发送给监测预警平台，由监测预警平台发出警报指令，能够在岩溶隧道出现突水灾害前兆时立即发出相应的警报，缩短了灾害预警时间。缩短了灾害预警时间。缩短了灾害预警时间。


技术研发人员：范杰林 马晓忠 陈璐 余强强 范泽瑞
受保护的技术使用者：中交二公局东萌工程有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/6/20