一种隧道冻融圈温度监测装置的制作方法

本实用新型属于建筑施工技术领域，涉及一种隧道冻融圈温度监测装置。

背景技术：

冷冻法施工工艺最早出现在欧洲，在矿井施工中广泛使用，适用于涌水、流沙淤泥等松散含水复杂地层条件的施工，其工艺就是利用冷冻机对冷冻液进行降温，并通过循环管路输送到需要冷冻的区域，保持温度，使温度向外扩散产生冻结效果。近年来，在地铁区间联络通道施工中，冷冻法工艺被广泛运用，其冷冻原理和电冰箱原理类似，先用氟利昂降低盐水温度，冷盐水沿一根根打入土层的管道进行循环，把土层中的热量带出来，土层慢慢降温直至最后被冻到一定硬度为止，这时才能进行凿洞施工，所需冻结的区域称为冻融圈。然而如果冻结时间过长，土壤温度低于预期值，则可能导致地表隆起，给地表建筑带来安全隐患；冻结时间过短，土壤温度高于预期值，则在施工中可能由于冻结时间不够引发渗水或者崩塌等安全事故。根据经验，冻结时间一般需要45到50天，最后土层温度可降到零下28℃到零下30℃。

这种“冷冻法”将天然岩土变成冻土的工法，可以增加土层的强度和稳定性，隔绝地下水，杜绝施工过程中崩塌等安全隐患，给地铁戴上了“头盔”确保安全，同时对地面环境的影响也较小。因此，对于人工冻土温度的监测在整个施工过程中占据着重要地位，土层温度直接决定了是否可以进行挖掘施工，影响着整个施工进度与安全性。

目前通用的方式是采用人工的方式监测冻融圈温度，工人利用水银温度计或者数字式温度计按时采集特定测温孔的温度，从而估算出冻融圈各部分温度。这种人工监测方式存在以下的问题：

1、纯人工操作，劳动强度大，监测效率低，劳动力成本高。

2、人为读数易产生人为误差，降低了温度监测数据的可靠性，而且数据采样点少，不能真实反应冻融圈温度变化情况。

3、随着通信技术、计算机技术的发展，人工监测法已不能满足当今数字化施工的需求，亟待运用现代化的方法来实现隧道冻融圈温度的监测。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种隧道冻融圈温度监测装置，本实用新型所要解决的技术问题是如何对隧道冻融圈的温度进行监测和控制。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种隧道冻融圈温度监测装置，其特征在于，本监测装置包括远程监控上位机、主机、监测终端采集器、开设在预施工土层内的多个测温孔和与测温孔一一对应的数字温度传感器，所述远程监控上位机通过云端与主机相连，所述主机通过工业总线与监测终端采集器相连，所述监测终端采集器与各数字温度传感器相连。

在上述的一种隧道冻融圈温度监测装置中，所述数字温度传感器的型号为DS18B20。

在上述的一种隧道冻融圈温度监测装置中，所述工业总线的型号为RS－485。

本装置是一种基于RS－485工业总线远程多点分布式温度监测装置，每个终端采集器上挂有多个DS18B20数字温度传感器用于实时获取测温孔温度信息，这些温度数据会由终端采集器机进行处理后，通过RS－485工业总线传输给主机，主机通过网络将温度信息上传至远程监控上位机，实现多点互动功能，完成对隧道冻融圈温度的远程监控。

在上述的一种隧道冻融圈温度监测装置中，待冷冻岩土内由内向外依次插设有用于对岩土进行降温冷却的内圈冻结管、中圈冻结管和外圈冻结管，各所述数字温度传感器采用串联的方式连接，各所述数字温度传感器在土层内的分布顺序为：各数字温度传感器的串联导线依次通过外圈冻结管之外、外圈冻结管和中圈冻结管之间、内圈冻结管之内、内圈冻结管和中圈冻结管之间、外圈冻结管和中圈冻结管之间。

盾构机在待冷冻岩土的温度达到预定温度后，对岩土层由内向外开凿施工，即，先破坏内圈冻结管之内的数字温度传感器，与此同时，由于各数字温度传感器串联分别，位于内圈冻结管之内的数字温度传感器之后的数字温度传感器失效，即部分位于外圈冻结管和中圈冻结管之间的数字温度传感器失效，位于中圈冻结管和内圈冻结管之间的数字温度传感器失效，实现，外圈继续全方位监测、中圈粗略监测，内圈停止监测，中圈处于等待施工状态，粗略监测即可，在最大程度上降低监测成本的前提下，不影响监测效果和施工安全性。

附图说明

图1是本隧道冻融圈温度监测的原理示意图。

图2是本实施例中施工图。

图3是本实施例中数字温度传感器的分布顺序示意图。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，本监测装置包括远程监控上位机、主机、监测终端采集器、开设在预施工土层内的多个测温孔和与测温孔一一对应的数字温度传感器，远程监控上位机通过云端与主机相连，主机通过工业总线与监测终端采集器相连，监测终端采集器与各数字温度传感器相连。

其中，数字温度传感器的型号为DS18B20；工业总线的型号为RS－485。

本装置是一种基于RS－485工业总线远程多点分布式温度监测装置，每个终端采集器上挂有多个DS18B20数字温度传感器用于实时获取测温孔温度信息，这些温度数据会由终端采集器进行处理后，通过RS－485工业总线传输给主机，主机通过网络将温度信息上传至远程监控上位机，实现多点互动功能，完成对隧道冻融圈温度的远程监控。

待冷冻岩土内由内向外依次插设有用于对岩土进行降温冷却的内圈冻结管、中圈冻结管和外圈冻结管，各数字温度传感器采用串联的方式连接，各数字温度传感器在土层内的分布顺序为：各数字温度传感器的串联导线依次通过外圈冻结管之外、外圈冻结管和中圈冻结管之间、内圈冻结管之内、内圈冻结管和中圈冻结管之间、外圈冻结管和中圈冻结管之间。

盾构机在待冷冻岩土的温度达到预定温度后，对岩土层由内向外开凿施工，即，先破坏内圈冻结管之内的数字温度传感器(和监测采集终端)，与此同时，由于各数字温度传感器串联分别，位于内圈冻结管之内的数字温度传感器之后的数字温度传感器失效，即部分位于外圈冻结管和中圈冻结管之间的数字温度传感器失效，位于中圈冻结管和内圈冻结管之间的数字温度传感器失效，实现，外圈继续全方位监测、中圈粗略监测，内圈停止监测，中圈处于等待施工状态，粗略监测即可，在最大程度上降低监测成本的前提下，不影响监测效果和施工安全性。

该装置采用模块化设计，终端采集器的个数以及每个终端采集器上挂载的传感器数目可根据冻融圈内测温孔的实际情况增加或者减少，装置的通用性强，而且每个终端采集器和传感器都有唯一的标号，当终端采集器异常或者某个传感器节点出现问题时，便于快速定位故障点进行维修或者更换。

采用的是分布式测温装置，可以快速高效获取不同测温孔，不同深度位置处的温度数据。为更好的进行说明，此处选择深度为9米的测温孔为例，其温度传感器的分布情况如附图2所示，每隔1米处布置有一个温度传感器，可以实时获取该测温孔不同深度位置的温度数据。

这些终端采集器的连接次序是有规定的，可以参见附图3，图中给出了一种连接方式：C4-C3-C2-C1-C5-C8-C7-C6。之所以这么连接是因为施工的特点以及RS-485总线的结构决定的，(冷冻法)施工是分期进行的，在冻土温度降至-28至-30度左右的时候，盾构机就可以开始施工凿洞。凿洞前，应该拆除或损毁外圈冻结管以内的所有终端采集器以及其传感器，也就是拆除图3中的C5、C6、C7、C8测温孔内的终端采集器和温度传感器，因为盾构机凿的洞的尺寸和外圈冻融圈尺寸重合。凿洞完成后，C1、C2、C3、C4终端采集器仍需继续工作，因为后期冻结壁融化过程中还应观察冻融圈温度和地表下沉情况，如果随着冻融圈温度的回升，一旦沉降量超过地表下沉允许值时，就要及时进行跟踪注浆。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。