一种隧道管片渗漏水智能监测系统的制作方法

1.本发明涉及隧道工程监测技术领域，尤其涉及一种隧道管片渗漏水智能监测系统。


背景技术：

2.随着各城市地面可利用空间趋于饱和，地下空间基础设施将日益增多。在地下空间基础设施建设过程中，由于大部分地铁隧道位于地下水水位以下，渗漏水病害在运营地铁隧道中频繁发生，其危害将会影响隧道的结构稳定性、隧道的使用寿命等，因此，对隧道进行有效的渗漏水防护治理是必不可少的。而由于隧道管片深埋于地下，导致工作人员无法及时掌握是否有水从相邻两个隧道管片的衔接处漏入管道内。
3.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种隧道管片渗漏水智能监测系统，旨在对隧道管片是否渗漏水进行智能监测。
5.本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
6.一种隧道管片渗漏水智能监测系统，其包括若干个渗漏水传感器、以及主控装置；所述渗漏水传感器和所述主控装置均设置于隧道管片的内壁；所述渗漏水传感器用于当隧道管片的内壁出现渗漏水时产生电信号；所述主控装置分别与所述渗漏水传感器和外部智能终端设备连接。
7.所述隧道管片渗漏水智能监测系统，其中，所述渗漏水传感器包括透水板和弹性感应组件，所述透水板的一侧与隧道管片连接，另一侧与所述弹性感应组件连接；所述弹性感应组件用于当吸水时变形以产生对应的电信号。
8.所述隧道管片渗漏水智能监测系统，其中，所述弹性感应组件的厚度从中心处向其长度方向的两端逐渐增大，以使所述弹性感应组件背离所述透水板的一侧形成具有夹角的曲面；当所述弹性感应组件吸水时，所述夹角减小。
9.所述隧道管片渗漏水智能监测系统，其中，所述弹性感应组件包括依次连接的弹性透水载体、弹性承载片、石墨烯导体元件和信号线缆，所述弹性透水载体内设置有多个吸水形变单元；多个吸水形变单元分布于所述弹性透水载体的长度方向的两端；每个吸水形变单元远离所述透水板的一侧均顶持所述弹性透水载体。
10.所述隧道管片渗漏水智能监测系统，其中，所述吸水形变单元包括透水软壳和多个吸水膨胀晶粒，所述多个吸水膨胀晶粒位于所述透水软壳内；当所述多个吸水膨胀晶粒吸水时，所述多个吸水膨胀晶粒和所述透水软壳的体积均增大。
11.所述隧道管片渗漏水智能监测系统，其还包括渗压计，所述渗压计设置于隧道管片的外壁，并用于检测隧道管片所承载的渗透水压力；所述渗压计与所述主控装置电连接。
12.所述隧道管片渗漏水智能监测系统，其中，所述渗压计包括箱体，以及设置于所述
箱体内的挡板、弹性囊组件和石墨烯电阻感应片；所述挡板与所述箱体朝向隧道管片外的侧壁之间具有密闭空间；所述侧壁上设置有多个进压孔；所述弹性囊组件位于所述挡板远离所述侧壁一侧；所述弹性囊组件和所述进压孔均与所述密闭空间连通；所述石墨烯电阻感应片设置于所述弹性囊组件上，所述石墨烯电阻感应片用于当所述弹性囊组件变形时产生对应的电信号。
13.所述隧道管片渗漏水智能监测系统，其中，所述弹性囊组件包括第一弹性囊和至少一个第二弹性囊，所述第二弹性囊的容积小于所述第一弹性囊的容积。
14.所述隧道管片渗漏水智能监测系统，其中，所述石墨烯电阻感应片包括包括承载片、石墨烯导体层和信号传输线；所述石墨烯导体层设置于所述承载片内；所述信号传输线分别与所述石墨烯导体层和所述主控装置电连接。
15.所述隧道管片渗漏水智能监测系统，其中，所述主控装置包括控制电路板、数据接收端口和无线信号传输装置；所述控制电路板分别与所述数据接收端口和所述无线信号传输装置电连接；所述无线信号传输装置与外部智能终端设备连接。
16.有益效果：本发明通过在隧道管片的内壁上安装所述渗漏水传感器，当产生渗漏水时所述渗漏水传感器通过所述主控装置向外部智能终端设备传输对应的电信号，外部智能终端设备即可获知隧道管片内有渗漏水情况发生。本发明所述隧道管片渗漏水智能监测系统可以准确有效的检测隧道管片内部在施工运营过程中是否有渗漏水现象产生，便于工作人员随时了解隧道内渗漏水情况，并及时作出响应处理，为隧道渗漏水预警及合理养护提供技术依据。
附图说明
17.图1是本发明中所述隧道管片渗漏水智能监测系统的第一视图；
18.图2是本发明中所述隧道管片渗漏水智能监测系统的第二视图；
19.图3是本发明中所述隧道管片渗漏水智能监测系统的第三视图；
20.图4是本发明中所述渗漏水传感器与相邻两个隧道管片装配示意图；
21.图5是本发明中所述渗漏水传感器的结构示意图；
22.图6是本发明中所述渗压计的结构示意图；
23.图7是本发明中所述渗压计的截面示意图；
24.图8是本发明中所述石墨烯电阻感应片的内部结构示意图；
25.图9是本发明中所述隧道管片渗漏水智能监测系统的功能原理框图；
26.图10是本发明中外部智能终端设备的功能原理框图。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.本发明提供一种隧道管片渗漏水智能监测系统，如图1-图3所示，包括若干个渗漏水传感器1和主控装置2；当所述渗漏水传感器1的数量不只一个时，任意相邻两个渗漏水传感器1均间隔布置。所述渗漏水传感器1可灵活安装于隧道管片100上任意易发渗漏水之处，
如隧道管片100的内壁，或者相邻两个隧道管片100内壁的接缝处。当所述渗漏水传感器1位于相邻两个隧道管片100的接缝处时，所述渗漏水传感器1分别与相邻两个隧道管片100的内壁连接，具体的，所述渗漏水传感器1的一部分贴合在其中一个隧道管片100的内壁上，另一部分贴合在另外一个隧道管片100的内壁上。优选的，所述渗漏水传感器1与两个相邻隧道管片100接触的面积相等。
29.所述主控装置2与隧道管片100连接；所述主控装置2还将所述渗漏水传感器1与外部智能终端设备200连接。当水从渗漏至隧道管片100的内壁上时，与隧道管片100的内壁接触的所述渗漏水传感器1产生对应的电信号；所述电信号经过所述主控装置2采集并传输至外部智能终端设备200，外部智能终端设备200根据所述电信号即可得知隧道管片100产生渗漏水现象，从而通过外部智能终端设备200显示当前隧道管片100出现渗漏水状况。
30.所述隧道管片渗漏水智能监测系统还包括警示装置，所述警示装置包括蜂鸣器和警示灯；所述蜂鸣器、所述警示灯均与所述主控装置2电连接；当所述主控装置2接收到所述电信号时，控制所述蜂鸣器开启，所述警示灯闪烁，以提示工作人员隧道内部产生渗漏水现象，便于工作人员及时处理。
31.本发明通过在隧道管片100的内壁上安装所述渗漏水传感器1，当产生渗漏水时所述渗漏水传感器1产生电信号并将电信号发送至所述主控装置2，所述主控装置2即可获知隧道管片100发生渗漏水情况，进而通过所述主控装置2向外部智能终端设备200传输对应的电信号，外部智能终端设备200即可显示有渗漏水情况发生。本发明所述隧道管片渗漏水智能监测系统可以准确有效的检测隧道管片100内部在施工运营过程中是否有渗漏水现象产生，便于工作人员随时了解隧道内渗漏水情况，并及时作出响应处理，为隧道渗漏水预警及合理养护提供技术依据。
32.如图4和图5所示，所述渗漏水传感器1包括透水板11和弹性感应组件12，所述透水板11沿长度方向的两端分别通过螺钉或螺栓与隧道管片100连接，并且与隧道管片100的内壁相贴合，以便于当水源渗漏至隧道管片100的内壁时，所述透水板11可以立即吸收水分。如图4所示，当所述渗漏水传感器1安装于相邻两个隧道管片100的接缝处时，所述透水板11能够分别与相邻两个隧道管片100的内壁相贴合，以便于当渗漏水通过相邻两个隧道管片100之间的空隙流至隧道管片100的内壁时，所述透水板11可以立即吸收水分，将水分向背离隧道管片100的一侧转移，从而提升所述渗漏水传感器1的检测灵敏度。所述弹性感应组件12位于所述透水板11背离隧道管片100的一侧，并与所述透水板11连接，以吸收所述透水板11传递的渗漏水。
33.所述弹性感应组件12与所述主控装置2电连接，当发生渗漏水时，所述弹性感应组件12吸收水分并发生形变，从而产生对应的电信号，并将电信号传输至所述主控装置2，经由所述主控装置2传送至外部智能终端设备200，以通知外部工作人员隧道管片发生渗漏水情况。
34.所述弹性感应组件12的厚度从中心处向其长度方向的两端逐渐增大，以使所述弹性感应组件12背离所述透水板11的一侧形成具有夹角的曲面；当所述弹性感应组件12吸水时，所述弹性感应组件12沿其长度方向的两端的形变量大于其中心处的形变量，使得所述夹角减小。
35.如图4和图5所示，所述弹性感应组件12包括依次连接的弹性透水载体121、弹性承
载片122、石墨烯导体元件123和信号线缆124，所述弹性透水载体121内设置有多个吸水形变单元13；多个吸水形变单元13分布于所述弹性透水载体121的长度方向的两端；所述信号线缆124将所述石墨烯导体元件123与所述主控装置2电连接。
36.当渗漏水情况发生时，水源依次通过所述透水板11和所述弹性透水载体121进入所述吸水形变单元13内，所述吸水形变单元13膨胀变形，将所述弹性透水载体121的长度方向的两端顶起，从而通过所述弹性承载片122带动所述石墨烯导体元件123发生形变并产生对应的电信号；所述主控装置2将该电信号传输至外部智能终端设备200，外部工作人员即可获知隧道内发生渗漏水情况。
37.所述透水板11、所述弹性承载片122和所述石墨烯导体元件123沿各自长度方向上的厚度均匀布置。而所述弹性透水载体121内靠近所述夹角的中心处未布置所述吸水形变单元13，所述弹性透水载体121沿其长度方向的两端均布置所述吸水形变单元13，使得所述弹性透水载体121中间薄两端厚；当发生渗漏水时，所述弹性透水载体121仅有其长度方向的两端产生较大形变，而其靠近所述夹角的中心处几乎不产生形变，从而提升所述弹性透水载体121的形变量，增强所述石墨烯导体元件123的感应灵敏度。
38.本发明所述石墨烯导体元件123具有柔韧性好、灵敏度高、不易受电磁干扰的优越性能。
39.初始时，每个吸水形变单元13远离所述透水板11的一侧均顶持所述弹性透水载体121，以保证一旦所述吸水形变单元13吸收水分，即便所述吸水形变单元13只产生微小的膨胀变形，也能够将所述弹性透水载体121顶起，从而通过所述弹性承载片122顶持所述石墨烯导体元件123，使所述石墨烯导体元件123产生对应的电信号，大大的提升了所述渗漏水传感器1的检测灵敏度和检测准确性。
40.本发明中一具体实施例，所述吸水形变单元13的截面为菱形，且其两个钝角对角沿厚度方向分别顶持所述弹性透水载体121。本发明将所述吸水形变单元13的截面设计为菱形，使得所述吸水形变单元13既能够有足够的伸展弹性，又能始终顶持所述弹性透水载体121，还能以最少的吸水形变单元数量来达到最好的吸水变形效果。
41.所述吸水形变单元13包括透水软壳131和多个吸水膨胀晶粒132，所述多个吸水膨胀晶粒132位于所述透水软壳131内；当所述多个吸水膨胀晶粒132吸水时，所述多个吸水膨胀晶粒132和所述透水软壳131的体积均增大。具体的，所述透水软壳131的截面为菱形。所述吸水膨胀晶粒132采用吸水膨胀材料，一具体实施例，所述吸水膨胀晶粒132为吸水树脂膨胀晶粒。
42.当发生渗漏水情况时，水源通过所述透水板11和所述弹性透水载体121，进入所述透水软壳131，使得所述吸水膨胀晶粒132吸水，并在所述透水软壳131内发生体积膨胀，引起所述透水软壳131变形；所述透水软壳131从所述弹性透水载体121长度方向的两端将所述弹性透水载体121顶起，所述弹性透水载体121具有的夹角减小，引起所述石墨烯导体元件123变形，并产生对应的电信号；所述电信号通过所述信号线缆124传输至所述主控装置2，最终被外部智能终端设备200接收，外部智能终端设备200获取隧道内发生渗漏水的信息；所述主控装置2继续通过所述渗漏水传感器1监测电信号变化情况。
43.如图4和图5所示，所述渗漏水传感器1上还设置有固定铰3，所述固定铰3设置于所述夹角处，并分别与所述石墨烯导体元件123、所述弹性承载片122和所述弹性透水载体121
连接，以从所述渗漏水传感器1的中心处对所述石墨烯导体元件123、所述弹性承载片122和所述弹性透水载体121进行定位，保证当发生渗漏水时所述弹性透水载体121长度方向的两端的形变量大于其中心处形变量，其中心处甚至可以不产生形变，从而进一步提升所述渗漏水传感器1对渗漏水情况监测的灵敏度和准确性。
44.如图1-图3所示，所述隧道管片渗漏水智能监测系统还包括渗压计4，所述渗压计4设置于隧道管片100的外壁，并用于检测隧道管片100所承载的渗透水压力；所述渗压计4与所述主控装置2电连接，并经由所述主控装置2向外部智能终端设备200传送数据，以通过外部智能终端设备200对隧道管片100所承载的渗透水压力进行记录、监测和分析。当渗透水压力值等于预设阈值时，所述主控装置2控制所述蜂鸣器和所述警示灯开启；其中，预设阈值为隧道管片100发生渗漏水的临界渗透水压力值。
45.如图6和图7所示，所述渗压计4包括箱体41、挡板42、弹性囊组件43和石墨烯电阻感应片44。所述渗压计4为整体预埋件，即所述箱体41一体成型，并具有容纳腔，且在隧道管片100预制出厂前，隧道管片100预留一个螺纹槽，所述箱体41外设置有螺纹410，所述螺纹410与所述螺纹槽相配合，从而使所述箱体42螺纹连接于所述螺纹槽内。
46.所述挡板42、所述弹性囊组件43和所述石墨烯电阻感应片44均设置于所述箱体41内；具体的，所述挡板42的外围与所述箱体41连接，且所述挡板42与所述箱体41朝向隧道管片100外的侧壁411之间具有间隙，以形成密闭空间45。所述侧壁411上设置有多个进压孔5，多个进压孔5依次排列并间隔布置；所述进压孔5贯穿所述侧壁411，从而与所述密闭空间45连通，以使得所述箱体41外渗透水压力能够透过所述进压孔5进入所述密闭空间45内。
47.所述弹性囊组件43设置于所述挡板42上，并位于所述挡板42远离所述侧壁411的一侧；所述弹性囊组件43上设置有开口，所述挡板42上设置有与所述弹性囊组件43相配合的开口，从而使所述弹性囊组件43与所述密闭空间45连通。所述石墨烯电阻感应片44设置于所述弹性囊组件43上，并与所述主控装置2电连接。
48.隧道管片100的外部水压依次经过所述进压孔5和所述密闭空间45，进入所述弹性囊组件43内，使所述弹性囊组件43膨胀变形；附着在所述弹性囊组件43上的所述石墨烯电阻感应片44产生应变变化，从而将所述弹性囊组件43的形变物理量转化为对应的电信号，并将该电信号传送至所述主控装置2。通过所述主控装置2将电阻值传输至外部智能终端设备200，外部智能终端设备200根据电阻值分析计算得出渗透水压力值，从而达到监测隧道管片100在低下承载的渗透水压力的目的。
49.所述箱体41内还设置有滤网6，所述滤网6位于所述密闭空间45内，并遮挡所述多个进压孔5，以对泥沙进行过滤，避免泥沙进入所述密闭空间41内。
50.如图6和图7所示，所述弹性囊组件43包括第一弹性囊431和至少一个第二弹性囊432；所述第一弹性囊431和所述第二弹性囊432上均设置有所述石墨烯电阻感应片44。所述第一弹性囊431和所述第二弹性囊432均为球形囊，且所述第二弹性囊432的容积小于所述第一弹性囊431的容积。所述石墨烯电阻感应片44具有高灵敏度，所述石墨烯电阻感应片44可以生长在所述第一弹性囊431和所述第二弹性囊432的表面，当所述第一弹性囊431和所述第二弹性囊432产生微小的体积收缩或膨胀时，所述石墨烯电阻感应片44的电阻即发生改变。
51.当小水量通过所述进压孔5进入所述密闭空间45后，小水量可进入所述第二弹性
囊432，所述第二弹性囊432膨胀变形，设置于所述第二弹性囊432上的石墨烯电阻感应片产生应变变化，从而将所述第二弹性囊432的形变物理量转化为对应的电信号。所述石墨烯电阻感应片44缠绕布置于所述第一弹性囊431和所述第二弹性囊432的表面。
52.所述第二弹性囊432为两个，且对称分布于所述第一弹性囊431的两侧，如图6和图7所示。当大水量通过所述进压孔5进入所述密闭空间45后，大水量可进入所述第一弹性囊431和/或两个所述第二弹性囊432内，所述第一弹性囊431和/或所述第二弹性囊432膨胀变形，设置于所述第一弹性囊431和/或所述第二弹性囊432上的石墨烯电阻感应片产生应变变化，从而产生对应的电信号。
53.如图8所示，所述石墨烯电阻感应片44包括承载片441、石墨烯导体层442和信号传输线443；所述石墨烯导体层442设置于所述承载片441内；所述信号传输线443分别与所述石墨烯导体层442与所述主控装置2电连接。所述箱体42上设置有引线孔，所述信号传输线443自所述引线孔穿出，并与所述主控装置2电连接。本发明中一具体实施例，所述承载片441为聚二甲基硅氧烷承载片(pdms承载片)。
54.本发明中一实施例，所述石墨烯导体层442为三维直立型石墨烯导体层；采用所述石墨烯导体层442，使得所述石墨烯电阻感应片432具有柔韧性好、灵敏度高、不易受电磁干扰的优越性能。
55.隧道管片100浇筑阶段，即通过改造隧道管片100钢模的方式预留所述渗压计4的安装位置，实现所述渗压计4的精确埋设，且所述箱体41的外表面与隧道管片100的外表面平齐，以避免后期在隧道管片100成品上安装所述渗压计4时，造成所述渗压计4与隧道管片100的安装缝隙渗漏水的问题产生。这种高精度的预埋方式能够很好地控制所述渗压计4的最终安装姿态，达到预想的设计效果。
56.如图9所示，所述主控装置2包括控制电路板21、数据接收端口22和无线信号传输装置23；所述控制电路板21分别与所述数据接收端口22和所述无线信号传输装置23电连接；所述无线信号传输装置23与外部智能终端设备200连接，从而实现所述主控装置2与外部智能终端设备200之间的无线数据传输。
57.所述渗压计4、所述渗漏水传感器1和所述主控装置2可以安装在同一个隧道管片100上，也可以分布于不同的隧道管片100上。一实施例，如图1所示，所述渗漏水传感器1与所述主控装置2安装于同一个隧道管片100，且所述渗漏水传感器1位于该隧道管片100易发生渗漏水处；所述渗压计4安装于另外一个隧道管片100上。另一实施例，如图2所示，所述渗漏水传感器1位于相邻两个隧道管片100的接缝处，并分别与相邻两个隧道管片100的内壁连接；所述渗压计4(由于所述渗压计4需要安装于隧道管片100的外壁，因此本图中所述渗压计4未显示)和所述主控装置2与相邻两个隧道管片100中任意一个隧道管片100装配。另一实施例，如图3所示，所述渗漏水传感器1、所述渗压计4和所述主控装置2分别与不同的隧道管片100装配，且所述渗漏水传感器1位于易发生渗漏水的隧道管片100上。
58.所述主控装置2可以设置于隧道管道中任意一个隧道管片的内表面，也可以根据隧道管片100制造与拼装方式、以及隧道盾构段检测设备的安装运行方式，在隧道管片100浇筑阶段通过改造管片钢模的方式将所述主控装置2埋设于隧道管片100内；并如图3所示，将所述信号线缆124和所述信号传输线443沿隧道管片100内部的钢筋300布置，以汇总于所述主控装置2；该走线方式对隧道管片100的结构和性能不会产生不利影响。
59.外部智能终端设备200可以为电脑、手机等终端设备；如图10所示，外部智能终端设备200包括至少一个处理器(processor)201，显示屏202，以及存储器(memory)203，还可以包括通信接口(communications interface)204和总线205。其中，处理器201、显示屏202、存储器203和通信接口204可以通过总线205完成相互间的通信。显示屏202设置为显示初始设置模式中预设的用户引导界面。通信接口204可以传输信息。处理器201可以调用存储器203中的逻辑指令，以执行对所述渗漏水传感器和所述渗压计输出的电信号、数据进行获取和分析计算。
60.此外，上述的存储器203中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
61.存储器203作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令或模块。处理器201通过运行存储在存储器203中的软件程序、指令或模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现对所述渗漏水传感器和所述渗压计输出的电信号、数据进行获取和分析计算。
62.综上所述，本发明提供了一种隧道管片渗漏水智能监测系统，本发明在隧道管片上安装所述渗压计、所述渗漏水传感器和所述主控装置，并通过所述主控装置将所述渗压计和所述渗漏水传感器检测获得的数据上传至外部智能终端设备，经过外部智能终端设备对所述渗漏水传感器和所述渗压计输出的电信号、数据进行获取和分析计算，获得隧道管片承载的渗透水压力、以及是否产生渗漏水情况，综合智能监测可更加完整有效地反映盾构隧道在施工运营中的渗漏水状态，为隧道渗漏水预警及合理养护提供技术依据。
63.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。