一种用于检测隧道渗漏的长距离分布式监测系统的制作方法

本发明属于工程监测领域，具体涉及一种用于检测隧道渗漏的长距离分布式监测系统。

背景技术：

隧道成为地铁、过江/过海等交通隧道的主要形式，但是一般隧道埋置在地下水位以下,容易产生渗漏。一方面渗漏会引起通行问题，如南京扬子江隧道在2018年5月24日晚上在灌浆孔位置发生漏水漏浆，直接导致隧道封闭，社会影响恶劣；另一方面，渗漏会导致连接螺栓锈蚀，使结构性能退化，影响安全。因此，对上述隧道结构进行全线渗漏监测，在渗漏初期就及时处理，具有重要的经济和社会意义。但是，由于一般布设距离较长，通常可达到几十公里或上百公里，目前既有技术在成本和技术上都还无法有效对全线实施渗漏监测。

电时域反射技术（etdr）被广泛应用于电缆线路的故障诊断，成本低、技术相对成熟，其基本原理是在电缆内发射脉冲波，传播过程中遇到电阻明显变化时会反射波的特征会出现变化，并利用电波传输时间和波速的关系计算长度，从而判断故障位置。目前，该技术一般检测量程可达到几十公里。

碳纤维作为一种高性能纤维材料被广泛应用于航空、机械、土木等结构增强。同时，碳纤维是一种半导体材料，具有传感性能，其中，既有研究表明，湿度变化后，碳纤维的电阻率发生显著变化。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种用于检测隧道渗漏的长距离分布式监测系统。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于检测隧道渗漏的长距离分布式监测系统，包括沿着隧道的延伸方向铺设的若干根线型渗漏传感器，还包括电时域反射计，所述的渗漏传感器采用并联的方式与所述的电时域反射计相连。

作为本发明的进一步改进，同一段隧道内所有的渗漏传感器平行的铺设在隧道的内表面，所有的渗漏传感器通过导线连接到同一个所述的电时域反射计上。

作为本发明的进一步改进，采用机械锚固的方式将所述的渗漏传感器铺设在隧道中，相邻的两个锚固点之间的距离随着隧道的曲率半径的减小而减小。

作为本发明的进一步改进，所述的渗漏传感器包括位于中心的碳纤维传感束和包覆在碳纤维传感束外层的绝缘纤维套。

作为本发明的进一步改进，所述碳纤维传感束采用的是湿敏电阻碳纤维传感材料。

作为本发明的进一步改进，所述的绝缘纤维套采用的是具有网格孔隙的绝缘纤维织物。

本发明的有益效果：

1、本发明中采用了可大规模分布式监测的电时域反射etdr技术，解决了长距离隧道难以准确、及时、全面监测随机渗漏的困境，具有较强的适用性及市场竞争力；

2、本发明中将渗漏监测转化为材料传感特性的变化监测，提供了新方法，开拓了渗漏监测的思路，为保障工程结构有效、安全运营提供技术支持；

3、本发明中传感结构简单，实现了隧道长距离分布式渗漏的低成本在线监测，市场竞争力强，为保障国家基础设施安全和财产安全产生有益效果。

附图说明

图1为本发明的隧道渗漏监测系统结构示意图；

图2为本发明的渗漏传感器的制备工艺示意图；

图3为本发明的渗漏传感器的横截面结构示意图；

其中：1、隧道，2、渗漏传感器，3、电时域反射计，4、导线，5、碳纤维传感束，6、绝缘纤维，7、编织机，8、绝缘纤维套。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示的用于检测隧道渗漏的长距离分布式监测系统，包括沿着隧道1的延伸方向铺设的若干根线型渗漏传感器2，还包括电时域反射计3和导线4，所述的渗漏传感器2通过导线4与所述的电时域反射计3相连。

本发明中所述的渗漏传感器2的结构如图3所示，包括位于中心的碳纤维传感束5和包覆在碳纤维传感束5外层的绝缘纤维套8，其中所述碳纤维传感束5采用的是湿敏电阻碳纤维传感材料，所述的绝缘纤维套8采用的是具有网格孔隙的绝缘纤维织物。当隧道1的某位置发生渗漏后，水会浸润到相应位置的渗漏传感器2，使该小区域内的渗漏传感器2内的碳纤维束5的电阻率显著增加，再通过分析电时域反射计3测量的反射波特征，在电阻率变化位置发射波显著，从而实现对隧道中发生渗漏的位置进行精确定位。

以上所述的渗漏传感器2采用如图2中所述的编织机7进行制作，所述的编织机7上设有用于贯穿碳纤维传感束5的中心孔，用于制作绝缘纤维套8的绝缘纤维6均匀的分布在纤维传感束5的中心孔的四周进行编制，所编制的绝缘纤维套8的经纬线相互垂直相交且形成具有一定网格空隙的织物。在本发明中用于编制的绝缘纤维6采用的玻璃纤维或玄武岩纤维。

在本发明中在同一段隧道内至少铺设了8根贯穿隧道1的渗漏传感器2，分布在隧道1的上、下、左、右各侧面上，所有的渗漏传感器2平行的铺设在隧道1的内表面，之后利用不同通道将所有的渗漏传感器2连接到同一个所述的电时域反射计3上。

铺设渗漏传感器2时，本发明采用机械锚固的方式将其固定在隧道1中，相邻的两个锚固点之间的距离相同或者不同，关键需要保证在减少工作量的前提下确保线型的渗漏传感器2能够紧紧的贴附在隧道1的内表面，因此可以根据隧道1的曲率半径变化设定相邻两个锚固点之间的距离，即两个锚固点之间的距离随之曲率半径的减小而减小。

根据以上所述，采用所述的监控系统对长距离的隧道进行渗漏监控的具体过程为：

第一步，监控系统安装：将渗漏传感器2采用机械锚固法间隔的进行固定铺设在隧道中，之后将渗漏传感器2的两端的端部连接导电胶或铜片形成电极，最后使用导线4将渗漏传感器2一端的电极和电时域反射计3相连，连接形成测量电路。

第二步，渗漏监控：根据电时域反射计3对所监测的渗漏传感器2电阻率变化分布实施数据进行分析，分析判断数据有无异常并从异常的数据中识别是否是由于渗漏而导致的电阻率变化判断出隧道是否发生渗漏，同时对渗漏定位。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于检测隧道渗漏的长距离分布式监测系统，包括沿着隧道的延伸方向铺设的若干根线型渗漏传感器，还包括电时域反射计，所述的渗漏传感器采用并联的方式与所述的电时域反射计相连。本发明通过结合具有湿度敏感特性的传感材料和电时域反射ETDR技术，这不仅解决了长距离隧道难以准确、及时、全面监测随机渗漏的困境，保障了国家基础设施安全和财产安全，而且结构简单、成本低、具有较强的适用性及市场竞争力。

技术研发人员：唐永圣
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2018.09.21
技术公布日：2019.01.11