水工隧洞实时水锤监测结构的制作方法

本实用新型属于水利工程安全监测技术领域，涉及一种水工隧洞实时水锤监测结构。

背景技术：

目前国内修建了大量的水工隧洞，随着隧洞建设朝着长距离，大埋深，高水头等方向发展，隧道的结构安全监测也显得更加重要，而水锤是隧道运行期最常见的一种破坏因素。

水锤是指由于某种外界原因(如阀门突然关闭、水泵机组突然停机等)，使得流速发生突然变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化。在水工隧洞运行过程中，可能形成的水锤有启动水锤，停泵水锤，关阀水锤等，可以认为，在隧洞进出水口的任何闸门、泵阀操作，都将引起隧洞内的水锤现象。因此，引水隧洞中水锤的监测十分重要。

目前在大型水工隧洞工程中，水锤监测尚未形成完善、可靠的监测系统。部分水锤监测设备造价昂贵，安装难度大，在实际工程中运用较少。因此，现有技术中尚缺乏安全可靠且性价比高的水锤检测设备。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型公开了一种水工隧洞实时水锤监测结构，适用于大型水工隧洞中的水锤监测，安装方便、运行可靠。

为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：

水工隧洞实时水锤监测结构，包括水压力传感器、高速光纤光栅解调仪，所述水压力传感器与高速光纤光栅解调仪通过光纤尾缆连接，水压力传感器安装在隧洞空腔内，水压力传感器通过卡箍和紧固件固定在空腔底部，空腔顶部自内向外设置有土丁布和网状钢罩。

进一步的，所述光纤尾缆一端与水压力传感器连接，另一端穿过水位测管后与高速光纤光栅解调仪连接。

进一步的，所述光纤尾缆通过fc/apc接头接入光纤光栅解调仪。

进一步的，所述水压力传感器为fbg水压力传感器。

进一步的，所述隧洞空腔位于集渣坑下游。

进一步的，所述网状钢罩为密目网钢罩。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

1.采用fbg水压力传感器，精度满足水锤监测需求，光纤光栅解调仪具有足够高的数据采集频率，能够可靠地获得水锤传播、衰减的完整过程；采集频率1～100hz可调，能获取捕捉到最完整的水锤过程数据，光纤光栅解调仪能实现监测数据和成果的实时上传，移动端和pc端的远程访问。

2.传感器安装在隧洞仰拱空腔内，避免了水流冲刷，提高所测水压力的准确度；空腔上方覆盖密目网钢罩和土工布，保证监测设备安全的同时，使水压能正常传递至传感器探头。

3.整套结构安装便捷，且便于拆卸维护，随装随用，随拆随走，便于推广和应用，对于实时水锤监测技术在水工隧洞的运行安全监测中具有举足轻重的作用。

附图说明

图1为本实用新型提供的水工隧洞实时水锤监测结构整体示意图。

图2为空腔部分结构示意图。

图3为空腔安装俯视图。

图4为密目网钢罩俯视图。

图5为fbg水压传感器剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1、图2所示，本实用新型提供的水工隧洞实时水锤监测结构，包括水压力传感器1、高速光纤光栅解调仪2，水压力传感器1与高速光纤光栅解调仪通过光纤尾缆3连接，将水压力传感器1安装在隧洞空腔4内。如图2、图3、图4所示，水压力传感器1通过卡箍5和膨胀螺丝6固定在空腔底部，其中卡箍覆盖在水压力传感器上，其两端通过膨胀螺丝6固定在空腔底部。膨胀螺丝6也可被替换为其他便于连接的紧固件。水压力传感器1顶部采用密目网钢罩7、土工布8进行保护。土工布8、密目网钢罩7自内向外(以靠近空腔内部的方向为内，远离空腔内部的方向为外)固定在空腔顶部。密目网钢罩能够过滤固体杂质，保护监测设备，钢罩和空腔之间铺盖的土工布能够在避免空腔被堵塞的同时，保证水压同步传递至传感器。

安装空腔位于集渣坑12下游，水压力传感器的安装位置可以有效避免水流对传感器探头的冲刷，提高所测水压力准确度。此外，水体携带的固体杂质会在集渣坑沉淀，避免了固体杂质对监测设备的冲击破坏。水压传感器安装空腔可以预留或者临时开凿。

本实用新型选用fbg水压力传感器作为水锤压力感知仪器，通过光纤尾缆接入高速光纤光栅解调仪。目前fbg水压传感器量程可达1mpa，分辨率可达0.05％f.s，精度可达0.5％f.s，满足水工隧洞水锤监测的技术要求。光纤尾缆穿入水位测管9内，得到有效保护。高速光纤光栅解调仪按照40hz的频率对监测数据进行采集、计算，得到水压力，并通过内置的无线数据模块(gprs/cdma模块)，将水压力数据实时上传至移动端或pc端，反馈用户。目前光纤光栅解调仪的解调频率1～100hz可调，快速高频的数据采集和解调，对水锤的脉动压力监测十分重要。只有足够高的数据采集频率，才能最可靠地获得水锤传播、衰减的完整过程。

fbg水压传感器是一种运用广泛的监测仪器，精度高，响应快，能实现高频监测。其由传感器、铠装光纤尾缆3、光缆接头101、fc/apc端子组成。传感器部分由透水石109、膜片107、压盖108、光纤座106、压力光栅105、护管104、温补光栅103、毛细管102等组成。传感器内部封装结构如图5所示，由于该传感器为市面上能够购买到的产品，其中各部件的连接关系不在本实用新型中详细阐述。

本水工隧洞实时水锤监测结构的安装和使用过程如下：

1.根据引水隧洞阀井11高度，选取适当长度的光纤尾缆接入光纤光栅水压传感器；

2.将光纤光栅水压传感器通过水位测管放入隧洞阀井中，安装在集渣坑下游预留或临时开凿的空腔内，并用卡箍、膨胀螺丝固定；

3.空腔上方使用密目网钢罩覆盖保护，在空腔和密目网钢罩中间铺盖土工布，钢罩使用膨胀螺丝固定在隧道仰拱13；

4.将光纤尾缆观测端的fc/apc接头接入光纤光栅解调仪，自动进行波长解调和物理量换算；

5.解调仪内置的gprs/cdma模块将数据通过无线的方式上传至服务器，移动端或pc端访问服务器获取实时监测数据和成果。

以上水锤监测结构，能够实时反映隧洞内水锤的发生、衰减、消逝等过程，能对隧洞运行管理、闸门泵阀操作提出指导依据。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。