隧道施工期地下水与有害气体自动监测预警系统及方法与流程

本发明属于隧道施工期监测技术领域，尤其涉及隧道施工期地下水与有害气体自动监测预警系统及方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

隧道的突水问题成了地下结构施工中常见的问题之一。隧道突水会导致隧道内部设备及衬砌的腐蚀，从而阻碍正常的施工进程。另外，隧道在施工时会破坏地质结构，产生大量气体和粉尘等物质，特别是在地下隧道施工过程中，容易破坏土地而使地底有害气体泄漏，如空气流通较差则会累积大量有害气体，从而危害工作人员的健康。因此，需要对隧道内部突水点和有害气体进行实时监测，及时做出预警。

发明人在研究中发现，现有的监测装置功能较为单一，只能单一地监测突水点或者有害气体，未能将突水和气体监测结合起来，且未能完全形成监测，预警，控制于一体的自动监测与预警系统，无法做到在隧道施工期间对突水点和有害气体进行全方位监测，因而不能保证隧道施工安全。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了隧道施工期地下水与有害气体自动监测预警系统，能够实现地下水与有害气体的全面监测。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

隧道施工期地下水与有害气体自动监测预警系统，包括：

设置在移动车体上的红外热像仪、气体探测仪；

所述移动车体通过第一调节机构连接红外热像仪，第一调节机构的运动下带动红外热像仪上升、下降以及旋转运动，以便于对隧道内任一位置处的各个方向和高度进行相应的含水量探测，得到全面的探测结果；

所述移动车体通过第二调节机构连接气体探测仪，在第一调节机构带动下进行上升或者下降的运动，以便于对隧道内各个高度处的气体浓度进行采集，得到全面的探测结果；

当含水量或者有害气体浓度超过预警阀值时将会传输信号至预警装置，预警装置会按照风险程度分别对水和气体进行不同级别的预警。

进一步的技术方案，所述第一调节机构包括：

固定在移动车体底盘上的第一驱动装置，所述第一驱动装置输出轴末端固定有蜗轮蜗杆机构，所述蜗杆上端固定有圆形承载台，所述圆形承载台上端固定有一对相互平行的安装架，所述安装架上连接有红外热像仪，所述红外热像仪后端通过一根杆与油缸的活塞杆连接。

进一步的技术方案，所述第二调节机构包括：固定在移动车体底盘上的第二驱动装置，所述第二驱动装置输出轴末端固定有齿轮齿条机构，所述齿条一侧固定有肋板，齿条上端固定有承载板，所述承载板上端固定有气体探测仪。

进一步的技术方案，所述移动车体上设有距离传感器，监测到车体距离边墙或者石块、土体障碍物的距离；移动车体两端设有履带行走机构，便于在隧道内复杂的环境中进行安全平稳的行走。

进一步的技术方案，所述第一驱动装置及所述第二驱动装置为伺服电机。

进一步的技术方案，所述红外热像仪与安装架用间隙配合连接。

进一步的技术方案，所述肋板通过焊接与齿条固定。

进一步的技术方案，所述预警装置将信号传至控制室，根据不同反馈信号通过联动处理系统对现场问题进行处理。

进一步的技术方案，所述预警装置包括蜂鸣器和信号灯，当含水量异常时，蜂鸣器会根据风险等级进行不同声量大小的预警，当气体浓度超过阀值时，信号灯会根据风险等级依次闪烁绿色、黄色、红色预警信号。

本发明还公开了隧道施工期地下水与有害气体自动监测预警方法，包括：

a、控制移动车体移动到合适的位置；

b、第一驱动装置通过输出轴的转动带动蜗轮转动，从而带动蜗杆和圆形承载台的升降和转动，继而使红外热像仪上下移动并转动，油缸通过活塞杆的伸缩可调节红外热像仪角度；

c、第二驱动装置通过输出轴的转动带动齿轮转动，从而带动齿条和承载板的升降，从而带动气体探测仪上下移动；

d、对该位置所有探测范围内的含水情况及有害气体浓度进行分析，将采集的数据实时发送到预警装置和控制室；

e、预警装置根据收到的信号是否达到预警阀值对含水情况和有害气体进行分别预警，根据现场视频信息以及预警信息判断风险级别，并通过联动处理系统进行现场的通风、喷淋以及疏散工作；

f、重复a-e步骤即对隧道内所有位置进行安全监测与预警。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

监测装置可在隧道同一范围内进行突水点和有害气体的综合监测，改进了监测装置的单一性。

监测装置通过调节仪器高度，角度和移动方向，可实现全方位监测，保证了监测质量，提高效率。

集监测，预警，控制于一体，及时发出警报，实现了实时报警和远程报警，能通过联动处理系统进行实时处理，保证了隧道正常施工进程和工作人员的安全。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例监测预警车整体结构图；

图2为本发明实施例监测预警车具体结构图；

其中：1移动车体，2第一驱动装置，3第二驱动装置，4摄像装置，5蜗轮蜗杆机构，6圆形承载台，7安装架，8红外热像仪，9油缸，10齿轮齿条机构，11肋板，12承载板，13气体探测仪，14蜂鸣器，15信号灯。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提出的总体思路：

监测装置通过内置的红外热像仪和气体探测仪可以对隧道内的含水情况和有害气体浓度进行探测，当含水量或者有害气体浓度超过预警阀值时将会传输信号至预警装置，预警装置会按照风险程度分别对水和气体进行不同级别的预警，并将信号传至控制室，相关人员会根据不同反馈信号通过联动处理系统对现场问题进行处理，对现场人员进行疏散。

实施例一

参见附图1、2所示，本实施例公开了隧道施工期地下水与有害气体自动监测预警系统，包括监测预警车、控制室和联动处理系统。所述的监测预警车包括自动行走模块、监测装置和预警装置。所述的监测装置通过内置的红外热像仪和气体探测仪可以对隧道内的含水情况和有害气体浓度进行探测，当含水量或者有害气体浓度超过预警阀值时将会传输信号至预警装置，预警装置会按照风险程度分别对水和气体进行不同级别的预警，并将信号传至控制室，相关人员会根据不同反馈信号通过联动处理系统(包括通风系统、信号灯、警报器等)对现场问题进行处理，对现场人员进行疏散，本发明重点是将监测含水量和有害气体浓度结合起来，实现综合监测。本发明探测数据获取后，传输到微处理器中，微处理器进行数据分析与处理，将采集到的数据与预警阀值进行对比，当超过预警阀值，将信号传输到预警装置。

自动行走模块，包括移动车体1，移动车体1底盘上端固定有第一驱动装置2和第二驱动装置3以及摄像装置4，第一驱动装置2输出轴末端固定有蜗轮蜗杆机构5，蜗杆上端固定有圆形承载台6，圆形承载台6上端固定有一对相互平行的安装架7，安装架7上连接有红外热像仪8，红外热像仪8后端通过一根杆与油缸9的活塞杆连接。

第二驱动装置3输出轴末端固定有齿轮齿条机构10，齿条一侧固定有肋板11，齿条上端固定有承载板12，承载板12上端固定有气体探测仪13。

第一驱动装置2通过输出轴的转动带动蜗轮转动，从而带动蜗杆和圆形承载台6的升降和转动，继而使红外热像仪8上下移动并转动，油缸9通过活塞杆的伸缩可调节红外热像仪8角度，第二驱动装置3通过输出轴的转动带动齿轮转动，从而带动齿条和气体探测仪13上下移动。

监测装置包括红外热像仪8，气体探测仪13。移动车体1上设有距离传感器，两端设有履带行走机构。驱动装置2、3为伺服电机。驱动装置2、3与底盘，油缸9与圆形承载台6，气体探测仪13与承载板12，均通过螺栓连接。红外热像仪8与安装架7用间隙配合连接。肋板11通过焊接与齿条固定。

红外热像仪8需要在两安装架7中间转动，故采用间隙配合连接，使红外热像仪孔大于连接轴的尺寸以发生转动。考虑到红外热像仪上下转动以全面检测隧道渗水点。肋板与齿条焊接，是为了支撑承载板12。

预警装置包括蜂鸣器14和信号灯15，当含水量异常时，蜂鸣器会根据风险等级进行不同声量大小的预警，当气体浓度超过阀值时，信号灯会根据风险等级依次闪烁绿色、黄色、红色预警信号。

本发明中，使用监测预警车时，利用移动车体1将整个装置移动到合适的位置，第一驱动装置2通过输出轴的转动带动蜗轮转动，从而带动蜗杆和圆形承载台6的升降和转动，继而使红外热像仪8上下移动并转动，油缸9通过活塞杆的伸缩可调节红外热像仪8角度，第二驱动装置3通过输出轴的转动带动齿轮转动，从而带动齿条和承载板12的升降，从而带动气体探测仪13上下移动。

具体实施例子中，监测装置包括红外热像仪、气体探测仪，可以探知隧道内水的含量和气体的浓度，并将这些信息传至预警装置。

预警装置包括蜂鸣器和信号灯，当含水量异常时，蜂鸣器会根据风险等级进行不同声量大小的预警，当气体浓度超过阀值时，信号灯会根据风险等级依次闪烁绿色、黄色、红色预警信号。

自动行走模块携带有摄像装置，可以将隧道内的视频信息实时传输到控制室，相关人员可以对其进行远程控制，以便对隧道内的各个位置进行相应探测。

红外热像仪可以在蜗轮蜗杆机构、油缸和活塞杆的运动下发生上升、下降以及旋转操作，以便于对隧道内某一位置处的各个方向和高度进行相应的含水量探测，得到全面的探测结果。

气体探测仪可以在齿轮齿条机构的运动下进行上升或者下降的运动，以便于对隧道内各个高度处的气体浓度进行采集、分析，得到全面的探测结果。

移动车体上设有距离传感器，可以监测到车体距离边墙或者石块、土体等障碍物的距离，避免碰撞损坏；两端设有履带行走机构，便于在隧道内复杂的环境中进行安全平稳的行走。

驱动装置为伺服电机，可以保证车体随时运动和停止，不会导致电机的损坏。

驱动装置与底盘，所述油缸与圆形承载台，所述气体探测仪与承载板，均通过螺栓连接。

本发明的应用方法如下：

a、在控制室通过远程控制系统控制监测预警车移动到合适的位置；

b、第一驱动装置2通过输出轴的转动带动蜗轮转动，从而带动蜗杆和圆形承载台6的升降和转动，继而使红外热像仪8上下移动并转动，油缸9通过活塞杆的伸缩可调节红外热像仪8角度；

c、第二驱动装置3通过输出轴的转动带动齿轮转动，从而带动齿条和承载板11的升降，从而带动气体探测仪12上下移动；

d、监测装置对该位置所有探测范围内的含水情况及有害气体浓度进行分析，将采集的数据实时发送到预警装置和控制室；

e、预警装置根据收到的信号是否达到预警阀值对含水情况和有害气体进行分别预警，控制室相关人员根据现场视频信息以及预警信息判断风险级别，并通过联动处理系统进行现场的通风、喷淋以及疏散工作；

f、重复a-e步骤即可对隧道内所有位置进行安全监测与预警。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。