一种隧道周边环境微扰动监测预警的智能探杆成套装备及方法

技术领域：本发明涉及隧道及地下工程智能化监测领域，具体为一种隧道周边环境微扰动监测预警的智能探杆成套装备。

背景技术：

随着全国各大城市工程建设数量规模的快速增长，在建设中和投入运营的城市地下建构筑物，如地铁隧道、公路隧道、地下车库等设施也越来越多。由于地下建构筑物处于地下土层中，其临近地上的工程建设施工项目经常因事先不知道地下建构筑物的存在和具体位置，对地下相关建构筑物造成扰动影响甚至直接破坏。地下空间或者隧道位于地下土层中，承受着周边巨大的水土压力，由于周边施工对地下设施扰动、破坏情况严重的，甚至会导致地下结构由于水土涌入而水淹或塌方，后果十分严重。

尤其是在地铁领域，随着各大城市的地铁的快速建设和运营里程的快速增长，在建地铁尤其是运营中的地铁隧道因周边临近施工等因素造成的安全风险隐患日益加剧。

因此，通过新型技术装备和方法解决行业的痛点，避免安全隐患和潜在风险的发生意义重大，通过本发明可实现对地铁隧道、公路隧道、地下空间结构等周边地层扰动实时动态的监测预警技术手段，进而建立科学有效的地铁、地下空间结构周边环境实时扰动监控及智能预警体系，及时掌握周边地层环境扰动数据，有效保障在建及运营地铁、地下空间结构周边环境安全、感知、预警。

发明内容：

为了满足实际工况的需要和避免潜在安全隐患，本发明公开了一种隧道周边环境微扰动监测预警的智能探杆成套装备。

本发明通过如下技术方案达到发明目的：

一种隧道周边环境微扰动监测预警的智能探杆成套装备主要包括智能监测探杆、防喷密封机构、数采通讯单元等。智能监测探杆及配套机构就位后，可实时自动化监测隧道及地下工程结构对应区域一定范围内地层的水土压力波动、震动影响和环境噪音等数据。通过自带的数采通讯单元将数据实时传输至远程数据服务器，进而实现对由于隧道及地下工程结构临近施工影响造成的环境微扰动异常数据的监测和预警。以防止地下隧道及地下空间由于临近地质勘探、桩基施工、临近施工等对地下建构筑物造成过量影响甚至破坏。

本发明工作原理：

一种隧道周边环境微扰动监测预警的智能探杆成套装备，主要包括：智能监测探杆2、防喷密封机构3、数采通讯模块4和隧道管片注浆孔预埋件12组成。其原理是：防喷密封机构3密封连接固定在隧道管片注浆孔预埋件12上，带有各类型传感器的智能监测探杆2从防喷密封机构3和隧道管片注浆孔预埋件12 中间穿出就位于隧道外部地层土体相应位置，智能监测探杆2中的相应数据通过连接固定在其尾部的数据采集及传输模块42采集数据并有线或者无线传输。

智能监测探杆2的所为周边地层环境扰动监测的主要部件主要包括探杆结构21、水压力传感器22、震动传感器23、土压力传感器24、噪音传感器25等传感器。其原理在于探杆结构21采用一体式防水设计，其结构内部对应位置安装有如水压力传感器22、震动传感器23、土压力传感器24和噪音传感器25等感知元器件，可以实时监测感知所处位置周边一定范围内的地质和土层各参数的变化和波动。

防喷密封机构3主要的作用是防止外部的水土涌入隧道或地下空间内部，主要包括专用连接密封件31，开关阀门32，密封法兰盖板33，密封圈34。其原理在于：专用连接密封件31的前端通过螺纹和隧道管片注浆孔预埋件12密封连接，后端和开关阀门32的前端密封连接，密封法兰盖板33与开关阀门32的后端连接，中间通过密封圈34密封，安装就位后，在智能监测探杆2进入或者取出时，防喷密封机构3可以避免隧道外部的水土通过贯通后的通道涌入隧道内部。

本发明具有如下有益效果：

本发明可实现对地铁隧道、公路隧道、地下空间结构等周边地层扰动实时动态的监测预警技术手段，进而建立科学有效的地铁、地下空间结构周边环境实时扰动监控及智能预警体系，及时掌握周边地层环境扰动数据，有效保障在建及运营地铁、地下空间结构周边环境安全、感知、预警，避免安全隐患和潜在风险的发生。

附图说明：

图1是本发明的典型工况示意图；

图2是本发明安装位置关系示意图；

图3是本发明不同地下空间结构适用布局示意图。

具体实施方式：

现结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的具体实施步骤如下：

1)安装专用连接密封件31：将专用连接密封件31的前端通过螺纹和隧道管片注浆孔预埋件12密封连接；

2)安装开关阀门32：将开关阀门32的前端通过螺纹和专用连接密封件31的后端密封连接，并关闭开关阀门32；

3)安装密封法兰盖板33：将密封法兰盖板33与开关阀门32的后端连接，中间通过密封圈34密封；

4)上述部件安装就位后，将带有传感器的智能监测探杆2穿过密封法兰盖板33，确保密封圈34与智能监测探杆2之间密封良好后，打开开关阀门32，并让智能监测探杆2穿过开关阀门32，就位于隧道管片预留的注浆孔内；

5)将手持钻机与智能监测探杆2的尾部连接，驱动钻机使智能监测探杆2旋转，通过智能监测探杆2前端的环形切削刀切削贯通隧道结构11；

6)直至智能监测探杆2深入到隧道外部相应位置后，停止钻机，并移除钻机；

7)在智能监测探杆2尾部连接安装电源和电池41和数据采集及传输模块42，打开电源开关即可实时采集并监控隧道外部地层相关数据；

8)使用过程中，例如隧道上部地面有相关施工设备5进行施工作业时，当管桩结构51进入地层后，其施工引起的地层水土压力变化、地层噪音和振动等变化数据会被智能监测探杆2内部的各类传感器所感知，并发出报警。

9)当智能监测探杆2需要取出或者更换时，抽出智能监测探杆2至开关阀门32处，关闭开关阀门32，再将智能监测探杆2全部取出即可；

10)如需再次安装智能监测探杆2，依照上述步骤4-7即可。