一种隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置的制作方法

本实用新型属于渗水点监测技术领域，具体涉及一种隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置。

背景技术：

在进行公路建设的选线、选址过程中，会存在一些地区因地形地貌的限制，不得不选择建设隧道的情况。随着隧道工程的不断建设，“多、长、大、深”已经成为隧道发展的总趋势，大量深埋长大隧道工程会有非常好的发展前景。深埋长大隧道埋深大、距离长，施工周期长、成本高，多经过地形复杂区域、施工困难，在其建设以及运营过程中会遇到一系列地质灾害问题。比如，隧道所在区域若处在地下水非常丰富的地段，就容易引发隧道内轮廓表面渗漏水病害的产生，从而带来隧道内路基、路面失稳，在长时间的失稳状态作用下，路面结构可能会产生各种如纵向、横向、网状裂缝，若不及时处置，不仅会给隧道施工造成安全隐患，还会影响到隧道运营的使用寿命。

为减少地质灾害对隧道结构的破坏，延长隧道的使用年限，提高隧道建设及运营的安全性，需要对隧道灾害进行快速、高效、精细的检测和监测。目前采用的方法是：当隧道病害发生以后，相关人员及时到达现场了解和掌握病害的具体情况，认真分析和研究，找出病害产生的原因和可能带来的潜在安全威胁，并采取有效方法进行处置。然而，当隧道病害发生至肉眼可见的程度时，往往已经对隐蔽工程结构造成了较大的破坏，从而为后续处置带来了难度，也增加了相应的经济成本。目前隧道的结构设计和所面临的地质条件越来越复杂，随着高地下水压力隧道、高地应力/大偏压隧道、高温差隧道和海底隧道等高难度隧道的发展和建设，对地下不良地质体探测精度和时效性的要求也越来越高。

随着探地雷达技术的不断发展，其作为一种高效的地球物理探测工具已经被广泛地应用于隧道建设中，但是，现有的探地雷达应用于隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测时，由于其工作环境潮湿，探地雷达常发生因潮湿而无法正常工作的情况，具有使用寿命短的问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置，包括：绝缘保护罩(1)、绝缘横向隔板(2)、绝缘纵向隔板(3)、天线电路板(4)、左侧天线阵列单元(a)、右侧天线阵列单元(b)、数据线缆(5)和主机(6)；

所述绝缘保护罩(1)为封闭结构，所述主机(6)设置于所述绝缘保护罩(1)的外部；所述绝缘保护罩(1)内安装所述绝缘横向隔板(2)，进而将所述绝缘保护罩(1)的内部划分为上腔体(c1)和下腔体(c2)；所述上腔体(c1)内安装所述天线电路板(4)，所述数据线缆(5)的一端与所述天线电路板(4)连接；所述数据线缆(5)的另一端密封穿过所述绝缘保护罩(1)，而与所述主机(6)连接；

所述下腔体(c2)内安装所述绝缘纵向隔板(3)，进而将所述下腔体(c2)划分为左腔体和右腔体；所述左腔体内安装所述左侧天线阵列单元(a)；所述右腔体内安装所述右侧天线阵列单元(b)；

所述左侧天线阵列单元(a)和所述右侧天线阵列单元(b)的结构相同，均包括：电绝缘板基(7)、天线阵列(8)、第一吸收材料层(9)、第二吸收材料层(10)、金属接地面(11)、电阻器(12)、馈送点(13)和同轴电缆(14)；

所述电绝缘板基(7)水平安装于腔体内部；所述电绝缘板基(7)的下表面固定安装所述天线阵列(8)；所述电绝缘板基(7)的上表面设置所述第一吸收材料层(9)；所述第一吸收材料层(9)的上表面设置所述第二吸收材料层(10)，并且，所述第一吸收材料层(9)和所述第二吸收材料层(10)之间夹持设置所述金属接地面(11)；所述金属接地面(11)与所述电阻器(12)连接后，所述电阻器(12)接地；其中，所述第一吸收材料层(9)的表面和所述金属接地面(11)的表面形成内凹槽(15)，所述内凹槽(15)中设置所述馈送点(13)，所述馈送点(13)的一端与所述天线阵列(8)电连接；所述馈送点(13)的另一端与所述同轴电缆(14)的一端连接；所述同轴电缆(14)的另一端连接到所述天线电路板(4)。

优选的，所述绝缘保护罩(1)、绝缘横向隔板(2)和绝缘纵向隔板(3)的材质，均为玻璃纤维绝缘材料。

优选的，所述左侧天线阵列单元(a)设置的左侧天线阵列包括n个平面蝶形天线；

所述右侧天线阵列单元(b)设置的右侧天线阵列包括n-1个平面蝶形天线；

所述左侧天线阵列中的各个平面蝶形天线的极化方向，均为y负方向；所述右侧天线阵列中的各个平面蝶形天线的极化方向，均为y负方向；所述右侧天线阵列中的各个平面蝶形天线，与所述左侧天线阵列中的各个平面蝶形天线交错布置。

优选的，所述左侧天线阵列中的每个平面蝶形天线，以及所述右侧天线阵列中的每个平面蝶形天线，均唯一对应设置一个天线开关；该天线开关的动触点与平面蝶形天线的天线主体连接；该天线开关的静触点连接到雷达信号接收信号；该天线开关的开关切换动作通过天线开关控制单元控制；该天线开关的动触点同时与雷达信号发射单元连接。

本实用新型提供的一种隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置具有以下优点：

(1)具有防尘、防水、绝缘保护的优点，使探地雷达适用于潮湿隧道的长期监测，延长探地雷达的使用寿命，保证了隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置的使用安全性。

(2)可灵活对每个雷达天线的发射状态和接收状态进行切换控制，进而满足不同测量模式的测量需求，使用灵活方便。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的天线阵列和电绝缘板基位置关系的局部放大图；

图3为本实用新型提供的天线阵列中各个天线的布置方式示意图；

图4为本实用新型提供的天线阵列的控制原理图；

图5为本实用新型提供的隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置的使用场景图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置，通过对监测装置结构的设计，使监测装置具有优良的防水性能，进而使探地雷达适用于潮湿隧道的长期监测，延长探地雷达的使用寿命。

参考图1和图2，隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置包括：绝缘保护罩1、绝缘横向隔板2、绝缘纵向隔板3、天线电路板4、左侧天线阵列单元a、右侧天线阵列单元b、数据线缆5和主机6；

绝缘保护罩1为封闭结构，主机6设置于绝缘保护罩1的外部；绝缘保护罩1内安装绝缘横向隔板2，进而将绝缘保护罩1的内部划分为上腔体c1和下腔体c2；上腔体c1内安装天线电路板4，数据线缆5的一端与天线电路板4连接；数据线缆5的另一端密封穿过绝缘保护罩1，而与主机6连接；

下腔体c2内安装绝缘纵向隔板3，进而将下腔体c2划分为左腔体和右腔体；左腔体内安装左侧天线阵列单元a；右腔体内安装右侧天线阵列单元b；

左侧天线阵列单元a和右侧天线阵列单元b的结构相同，均包括：电绝缘板基7、天线阵列8、第一吸收材料层9、第二吸收材料层10、金属接地面11、电阻器12、馈送点13和同轴电缆14；

电绝缘板基7水平安装于腔体内部；电绝缘板基7的下表面固定安装天线阵列8；电绝缘板基7的上表面设置第一吸收材料层9；第一吸收材料层9的上表面设置第二吸收材料层10，并且，第一吸收材料层9和第二吸收材料层10之间夹持设置金属接地面11；金属接地面11与电阻器12连接后，电阻器12接地；其中，第一吸收材料层9的表面和金属接地面11的表面形成内凹槽15，内凹槽15中设置馈送点13，馈送点13的一端与天线阵列8电连接；馈送点13的另一端与同轴电缆14的一端连接；同轴电缆14的另一端连接到天线电路板4。

本实用新型中，绝缘保护罩1、绝缘横向隔板2和绝缘纵向隔板3的材质，均为玻璃纤维绝缘材料。绝缘保护罩1整体为密封结构，因此，提高了隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置的防水性能，使探地雷达适用于潮湿隧道的长期监测，延长探地雷达的使用寿命。另外，通过设置金属接地面11和电阻器12，实现接地功能，保证了隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置的使用安全性。

另外，左侧天线阵列单元a和右侧天线阵列单元b各位于单独的腔体内，可确保左侧天线阵列单元a和右侧天线阵列单元b彼此之间不会发生电连接，进一步提高装置的使用安装性。

绝缘保护罩1同时具有防尘、防水、绝缘保护的优点。

此外，本实用新型还进行以下创新：

第一创新：

参考图3，左侧天线阵列单元a设置的左侧天线阵列包括n个平面蝶形天线；

右侧天线阵列单元b设置的右侧天线阵列包括n-1个平面蝶形天线；

左侧天线阵列中的各个平面蝶形天线的极化方向，均为y负方向；右侧天线阵列中的各个平面蝶形天线的极化方向，均为y负方向；右侧天线阵列中的各个平面蝶形天线，与左侧天线阵列中的各个平面蝶形天线交错布置。

因此，在图3中，共设置两行雷达天线组，第1行雷达天线组的各个雷达天线的极化方向相同，均为y负方向；第2行雷达天线组的各个雷达天线的极化方向相同，均为y负方向；第1行雷达天线组共设置5个雷达天线，第2行雷达天线组共设置4个雷达天线，第1行雷达天线组的雷达天线，与第2行雷达天线组的雷达天线交错设置。

由于第1行雷达天线组和第2行雷达天线组的雷达天线极化方向相同，因此，可进行e11极化模式下的地质参数测量。

第二创新：

参考图4，左侧天线阵列中的每个平面蝶形天线，以及右侧天线阵列中的每个平面蝶形天线，均唯一对应设置一个天线开关；该天线开关的动触点17与平面蝶形天线的天线主体16连接；该天线开关的静触点18连接到雷达信号接收单元；该天线开关的开关切换动作通过天线开关控制单元控制；该天线开关的动触点同时与雷达信号发射单元连接。

雷达信号接收单元、雷达信号发射单元和天线开关控制单元组成雷达主机；雷达主机通过对天线开关控制，可使一个平面蝶形天线在发射状态和接收状态之间切换，进而实现不同测量模式的测量，其中，测量模式包括共偏移距测量模式、共中心点测量模式和多通道测量模式等。

其中，对于任意平面蝶形天线c0，其发射状态的控制方法为：平面蝶形天线c0的天线开关为天线开关b0；天线开关控制单元控制天线开关b0的动触点和静触点分离，同时，雷达信号发射单元通过动触点，向平面蝶形天线c0的天线主体发射雷达脉冲信号，该雷达脉冲信号向地下介质发射传播，使平面蝶形天线c0为发射状态；

其接收状态的控制方法为：天线开关控制单元控制天线开关b0的动触点和静触点导通，同时，雷达信号发射单元不向动触点发射雷达脉冲信号，因此，平面蝶形天线c0的天线主体采集雷达脉冲信号的反射波，并通过天线开关b0的动触点和静触点后，传输到雷达信号接收信号，使平面蝶形天线c0为接收状态。

实际应用中，参考图3，本实用新型提供的监测装置，一般选择布置在隧道拱顶或拱腰等重要部位，一般应根据前期资料，包括地质勘查结果，超前地质预报结果，隧道应力测量结果等，根据隧道具体情况综合判断可能出现地质灾害的部位进行重点监测。特别的：监测对象应尽量与雷达天线极化方向垂直，以达到最佳监测效果。

本实用新型提供的一种隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置具有以下优点：

(1)具有防尘、防水、绝缘保护的优点，使探地雷达适用于潮湿隧道的长期监测，延长探地雷达的使用寿命，保证了隧道衬砌隐蔽结构渗水点监测装置的使用安全性。

(2)可灵活对每个雷达天线的发射状态和接收状态进行切换控制，进而满足不同测量模式的测量需求，使用灵活方便。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。