一种隧道突水突泥灾害应急处理系统的制作方法

本实用新型涉及隧道施工中安全预警相关技术领域，具体涉及一种隧道突水突泥灾害应急处理系统。

背景技术：

隧道施工预知前方安全情况对于辅助隧道施工能起到至关重要的作用。同时突水突泥灾害更是隧道施工难点和重点所在，也是导致隧道施工发生人员伤亡事故的重要原因。

现有常用超前地质预报方法主要是超前水平钻法，辅以TSP地震波法、地质雷达、红外探水等。但是隧道前方遇到特殊情况溶洞，传统预报方法无法精确判断出溶洞内是否存在高压水、泥及其他填充物等情况。并且受到现场施工环境影响较为严重，当存在其他声波或者机械施工发出某些特殊的波，会严重影响TSP地震波法、地质雷达等超前地质的预报质量，从而无法给隧道安全施工提供准确的信息。施工现场若发生突水突泥情况，传统方法人工做出报警，然后做应急处理，应急反应速度严重滞后，极易发生施工人员安全事故。

专利CN206987892U公开了一种用于监测隧道地质灾害的预警装置，包括用于监测隧道地质变化情况的监测设备，以及用于接收监控设备所监测数据的信号处理器，该信号处理器连接有监测预警平台，并用于对监测数据分析处理，所述监测预警平台连接有用于发出预警信号的警报器，从而及时准确的发出预警信号，解决了依靠人工采用定点、局部测量分析所存在的问题，实现了整个监测、预警过程的智能化，使预警更加及时、准确，从而得到对地质灾害或地质潜在灾害处理的最佳处理时机。此项实用新型无法实时探测隧道前方围岩情况、溶洞几何轮廓和填充物情况，以及溶洞内水、泥等填充物压力情况，无法指导隧道进行下一步安全施工；

专利CN103076636A公开了隧道施工随钻定向激发极化实时超前探水装置与方法。此实用新型通过钻头连接轴承连接高强绝缘随钻套筒，在高强绝缘随钻套筒外周布设定向激发极化探测系统，提供了一种相应的隧道施工随钻定向激发极化实时超前探水方法。此发明避开了施工环境的干扰，探测效果更好，提高了超前钻孔的利用效率。此项发明实现电流定向化，突破孔壁处低阻，扩大了探测范围，还保护了电极，保证电极与岩土体较好的耦合接触。此项技术无法探测隧道溶洞围岩、几何轮廓和填充物情况，以及溶洞内水、泥等填充物压力情况，从而无法准确的辅助隧道下一步的施工；此技术无法实时将信息及时直观明了的反馈，无法及时将报警信息反馈给施工人员，如遇高压溶洞，易发生突水突泥情况，造成安全事故；

专利CN205591910U公开了一种溶洞探测系统，该溶洞探测系统包括探测器及计算机，能对所测溶洞进行全方位探测，并设有用于探测钻孔围岩情况、溶洞几何形状及填充情况的探测集成装置；探杆内部设有用于采集探测集成装置探测到的信息的信息采集装置。通过计算机能对探头的转动角度进行精细化控制，并可对探测模式进行灵活切换，探测精度高，有利于提高岩溶区工程建设的经济性和安全稳定性；此项技术无法探测隧道内有水、泥等填充物溶洞的压力，从而无法准确的辅助隧道下一步的施工；此项技术无法实时将信息及时直观明了的反馈，无法及时将报警信息反馈给施工人员，如遇高压溶洞，易发生突水突泥情况，造成安全事故。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种隧道突水突泥灾害应急处理系统，可以通过连接用户终端中央服务器，实时采集监测随隧道施工超前水平钻探探测溶洞围岩情况、溶洞几何形状及填充情况，带有水、泥等填充物溶洞压力的情况，更加直观明了的将隧道施工前方预报信息及时反馈、报警并做出相应的突水突泥应急处理，检测到可引发隧道溶洞突水突泥灾害时，及时启动突水突泥应急预案，减少因隧道突水突泥灾害而导致人员伤亡事故的发生。本实用新型将扭矩传感装置和设有用于探测钻孔围岩情况、溶洞几何形状及填充情况的探测集成装置配合超前水平钻机使用，提高了超前水平钻机利用效率。

本实用新型采用的技术方案为一种隧道突水突泥灾害应急处理系统，该系统包括探测集成装置1、数据采集器2、现场主机3、中央服务器4、报警器5和移动式显示器6；数据采集器2安装在探测集成装置1上，数据采集器2和现场主机3通过电缆连接，现场主机3和中央服务器4通过电缆连接，现场主机3和报警器5通过蓝牙进行连接交互，移动式显示器6与现场主机3连接；报警器5设置在已开挖的隧道顶部。

探测集成装置1包括扭矩传感装置7、蓝牙定位装置8、蓝牙扫描装置9、三维激光扫描仪10、红外线钻孔摄像仪11、声波探测装置12、台车13、通讯线缆14和超前水平钻机15；扭矩传感装置7设置在超前水平钻机15的钻杆上；蓝牙定位装置8内嵌在超前水平钻机15的钻头最前端，超前水平钻机15的外侧设有套筒；数据采集器2和蓝牙扫描装置9均安装在台车13上，数据采集器2和蓝牙扫描装置9通过通讯线缆14连接；台车13设置在已开挖的隧道地面上。

三维激光扫描仪10包括激光发射镜头及激光接收镜头，激光发射镜头及激光接收镜头并列布设在超前水平钻机15的外侧套筒上。

红外线钻孔摄像仪11布设在超前水平钻机15的外侧套筒上。

声波探测装置12包括声波发射器及声波接收器，声波发射器及声波接收器并列布设在超前水平钻机15的外侧套筒上。

所述的蓝牙扫描装置9为基于阵列式定向天线的蓝牙三维定位系统，所述蓝牙扫描装置9上设有七个定向天线，每两个定向天线组成定向天线组，三组定向天线组等角度围成环状；七个定线天线中的最后一个定向天线朝隧道底部布置，保证蓝牙扫描装置9的定位。

扭矩传感装置7、蓝牙定位装置8、三维激光扫描仪10、红外线钻孔摄像仪11和声波探测装置12均与蓝牙扫描装置9连接。

超前水平钻机15的外侧套筒由高强绝缘的高强PVC材料制成，外侧套筒的直径大于超前水平钻机15的钻孔直径。

与现有技术相比较，本实用新型具有如下技术效果。

1、相比于传统隧道探测技术，本实用新型实现了随超前水平钻对隧道内带有水、泥等填充物溶洞的压力值的探测，通过对溶洞内压力-位置变化情况进行实施采集，为隧道安全施工提供了更加精准直观的三维立体信息。

2、相比于传统隧道超探测技术，本实用新型的超前水平钻机15在钻进过程中，高强绝缘随钻套筒只随钻杆前进，但不随钻杆转动，以此保证探测装置上的探测仪器安全稳定运行，高强绝缘随钻套筒将金属钻杆与探测器隔开，从而使探测装置不受金属质钻杆的影响和干扰，同时加装了防水措施，实现了超前水平钻探和探测的同步实时进行。

3、相比于传统隧道探测技术，本实用新型能够及时有效监测隧道突水突泥情况，使得抢险救援效率得到提高，为隧道施工提供了更好的安全保障。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是探测集成装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述说明。

如图1-2所示，本实用新型采用的技术方案为一种隧道突水突泥灾害应急处理系统，该系统包括探测集成装置1、数据采集器2、现场主机3、中央服务器4、报警器5和移动式显示器6；数据采集器2安装在探测集成装置1上，数据采集器2和现场主机3通过电缆连接，现场主机3和中央服务器4通过电缆连接，现场主机3和报警器5通过蓝牙进行连接交互，移动式显示器6与现场主机3连接。

探测集成装置1包括扭矩传感装置7、蓝牙定位装置8、蓝牙扫描装置9、三维激光扫描仪10、红外线钻孔摄像仪11、声波探测装置12、台车13、通讯线缆14和超前水平钻机15；扭矩传感装置7设置在超前水平钻机15的钻杆上；蓝牙定位装置8内嵌在超前水平钻机15的钻头最前端，超前水平钻机15的外侧设有套筒；数据采集器2和蓝牙扫描装置9均安装在台车13上，数据采集器2和蓝牙扫描装置9通过通讯线缆14连接。台车13设置在已开挖的隧道地面上。

三维激光扫描仪10包括激光发射镜头及激光接收镜头，激光发射镜头及激光接收镜头并列布设在超前水平钻机15的外侧套筒上；

红外线钻孔摄像仪11布设在超前水平钻机15的外侧套筒上；

声波探测装置12包括声波发射器及声波接收器，声波发射器及声波接收器并列布设在超前水平钻机15的外侧套筒上；

所述的蓝牙扫描装置9为基于阵列式定向天线的蓝牙三维定位系统，所述蓝牙扫描装置9上设有七个定向天线，每两个定向天线组成定向天线组，三组定向天线组等角度围成环状；七个定线天线中的最后一个定向天线朝隧道底部布置，保证蓝牙扫描装置9的定位。

扭矩传感装置7、蓝牙定位装置8、三维激光扫描仪10、红外线钻孔摄像仪11和声波探测装置12均与蓝牙扫描装置9连接。

超前水平钻机15的外侧套筒为高强绝缘的高强PVC材料，外侧套筒的直径大于超前水平钻机15的钻孔直径。在超前水平钻机15钻进过程中，高强绝缘随钻套筒只随钻杆前进，但不随钻杆转动，以此保证探测装置1上的探测仪器安全稳定运行，高强绝缘随钻套筒将金属钻杆与探测器隔开，从而使探测装置不受金属质钻杆的影响和干扰，同时加装了防水措施，实现了超前水平钻探和探测的同步实时进行。

本实用新型的使用方法如下：按照隧道地质方面设计，搭建本实用新型的系统结构。

安全风险应急预案启动模块，根据施工安全规范和具体施工情况制定专项突水突泥风险应急预案，植入安全风险应急预案启动模块中；

在隧道施工超前水平钻时，设有用于探测钻孔围岩情况、溶洞几何形状及填充情况的探测集成装置1配合超前水平钻机使用，主要用于检测隧道前方有水、泥等填充物溶洞内压力及其地质情况和溶洞几何形状及填充物情况，并将探测数据发送至数据传输器2；

采用三维激光扫描仪10、红外线钻孔摄像仪11配合声波探测仪12，探测溶洞几何形状及填充情况；扭矩传感装置7，探测围岩情况以及溶洞内填充物压力情况；

数据采集器2包括信息收集单元和信息转换单元，探测集成装置1将探测数据进行收集并通过信息转换单元进行数据转换，转换后的信息数据传输至现场主机3；

现场主机3将数据采集器2采集到的数据后实时传输到中央服务器4，中央服务器4对采集到的数据进行保存，中央服务器4能够将采集的探测数据将溶洞围岩情况、溶洞几何形状以及填充情况进行可视化显示。

中央服务器4能够将采集的压力数据绘制相应的压力-位置变化曲线图，进行压力值分析，并且在中央服务器中显示具体位置的压力值；

中央服务器4能够将采集的数据与设计数据进行比较，并将对比参考的报警信息通过现场主机3传输到施工现场各报警器5。

当发生危险时候，中央服务器4能够给安全风险应急预案中安全风险责任人、物资部、设备部以及相关负责人员发送信息，及时组织人员机械进行抢险救援工作。