城市深埋污水隧道健康监测系统的制作方法

1.本实用新型属于工程监测领域，更具体地，涉及一种城市深埋污水隧道健康监测系统。


背景技术：

2.在运营期有相当比例的隧道存在衬砌裂缝和渗漏水等病害现象，隧道病害直接影响隧道的使用性能，导致隧道达不到设计使用年限，甚至发生灾难性事故。
3.当前城市污水隧道由于结构失效造成的重大事故层出不穷，污水隧道建成运营后，为避免灾难性事故的发生，如何采用先进的监测手段，实现自动化的健康监测，构建一个技术先进、措施合理、实用经济、易于管理、开放兼容的运营期污水隧道健康监测系统是目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提出了一种城市深埋污水隧道健康监测系统，开展运营期间污水管道深隧系统主体结构健康状态的实时监测。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了一种城市深埋污水隧道健康监测系统，包括：传感器、采集装置、传输装置及处理器；
6.所述传感器包括光纤式钢筋计、光纤式混凝土应变计、光纤式渗透压力传感器及光纤式腐蚀传感器，其中，所述光纤式钢筋计及所述光纤式混凝土应变计用于采集隧道结构的内力信号；所述光纤式渗透压力传感器用于采集隧道结构内的污水压力信号；所述光纤式腐蚀传感器用于采集隧道结构中的腐蚀情况信号；
7.所述采集装置分别与所述光纤式钢筋计、所述光纤式混凝土应变计、所述光纤式渗透压力传感器及所述光纤式腐蚀传感器连接，以将采集的所述隧道结构的内力信号、所述隧道结构内的污水压力信号及所述隧道结构中的腐蚀情况信号发送至所述传输装置；
8.所述传输装置与所述处理器连接，以将从所述采集装置接收的所述隧道结构的内力信号、所述隧道结构内的污水压力信号及所述隧道结构中的腐蚀情况信号发送至所述处理器。
9.在一些可选的实施方案中，所述采集装置包括光纤光栅解调仪、光电转换设备和多功能腐蚀检测器，以通过所述光纤光栅解调仪和所述光电转换设备从所述光纤式钢筋计、所述光纤式混凝土应变计及所述光纤式渗透压力传感器采集所述隧道结构的内力信号和所述隧道结构内的污水压力信号；通过所述多功能腐蚀检测器从所述光纤式腐蚀传感器采集所述隧道结构中的腐蚀情况信号。
10.在一些可选的实施方案中，所述光纤光栅解调仪、所述光电转换设备和所述多功能腐蚀检测器采用标准监测集纳箱安置于竖井站点附近并由站点提供配套供电设施。
11.在一些可选的实施方案中，所述光纤式钢筋计、所述光纤式混凝土应变计、所述光纤式渗透压力传感器及所述光纤式腐蚀传感器位于隧道结构监测断面上。
12.在一些可选的实施方案中，所述系统还包括：信息平台电视墙，所述信息平台电视墙由多块屏幕组成，用于展示采集的所述隧道结构的内力信号、所述隧道结构内的污水压力信号及所述隧道结构中的腐蚀情况信号。
13.在一些可选的实施方案中，所述系统还包括：核心交换机；
14.所述核心交换机与所述传输装置连接，将从所述传输装置接收的所述隧道结构的内力信号、所述隧道结构内的污水压力信号及所述隧道结构中的腐蚀情况信号分别传输至所述处理器、服务器及所述信息平台电视墙。
15.在一些可选的实施方案中，所述系统还包括：与所述核心交换机及所述信息平台电视墙连接的解码拼接控制器，以对所述信息平台电视墙中的各屏幕进行分割和视屏解码。
16.在一些可选的实施方案中，在每块管片中部对应的二衬位置处各安装一对所述光纤式混凝土应变计、一个所述光纤式渗透压力传感器、一对所述光纤式钢筋计，并在上下对称位置各安装一个所述光纤式腐蚀传感器。
17.在一些可选的实施方案中，所述光纤式钢筋计和所述光纤式混凝土应变计按组划分成多个回路，传感器的首尾两端尾纤接入不同单芯光纤回路互为备用，将传感器出线尾纤连接至光纤分线盒；将所述光纤式渗透压力传感器出线尾纤连接至分线盒，传感器尾纤经热缩夹套管防护后再套护管进行二次保护，分线盒采取防水防腐保护。
18.在一些可选的实施方案中，采用多芯单模专用光缆在分线盒处进行分纤熔接，串接所述光纤式钢筋计、所述光纤式混凝土应变计及所述光纤式渗透压力传感器，且多芯单模专用光缆使用时考虑回路冗余备用，并在总分线盒处做熔接备用，增加传感器信号传输通道。
19.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
20.通过建立污水隧道健康监测系统，通过设计信号采集与传输的设备，通过传感器与传输线路的架设，利用传感器对隧道在运营期的主体结构应力应变和相关特征参数进行采集，并通过采集装置和传输装置传输到后台的处理器，从而实现运营期间污水管道深隧系统主体结构健康状态的实时监测。
附图说明
21.图1是本实用新型实施例提供的一种城市深埋污水隧道健康监测系统的结构示意图；
22.图2是本实用新型实施例提供的一种城市深埋污水隧道健康监测系统的架构图；
23.图3是本实用新型实施例提供的一种传感器布置示意图；
24.图4是本实用新型实施例提供的一种传感器连接示意图。
具体实施方式
25.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所
涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
26.隧道健康监测是通过布设监测设备，对隧道在运营期的结构行为及影响进行监测，对隧道的健康状况以及使用寿命进行评估，得出隧道的安全程度指导运营，及时高效保证隧道的运营状态健康和安全。
27.本实用新型实施例中的污水隧道健康监测系统的特点主要体现在如下方面：
28.1)有压隧道结构的特殊性
29.隧道结构的受力、变形是通过地层和内部水压作用在隧道结构上，同时隧道结构对地层有反作用，两者均作为结构的一部分。因此，污水隧道结构健康监测除了要对结构进行监测外，还要对隧道环境的污水压力进行监测。
30.2)污水隧道的腐蚀性
31.隧道内污水具有较强腐蚀性，与一般隧道的腐蚀环境完全不同。压力流满管运行，易形成硫化氢二次腐蚀支护结构，污水内有害离子浓度更高，混凝土和钢筋腐蚀更快，严重影响结构长期稳定性，威胁结构安全。
32.3)运营期间无法维护
33.污水隧道满管高压运营，运营后无检修条件，监测点预埋需与结构施工同步进行，测点预埋在结构内，长期水下腐蚀环境内工作，对传感器耐久性及安装要求高。
34.如图1所示是本实用新型实施例提供的一种城市深埋污水隧道健康监测系统的结构示意图，包括：传感器、采集装置、传输装置及处理器；
35.传感器包括光纤式钢筋计、光纤式混凝土应变计、光纤式渗透压力传感器及光纤式腐蚀传感器，其中，光纤式钢筋计及光纤式混凝土应变计用于采集隧道结构的内力信号；光纤式渗透压力传感器用于采集隧道结构内的污水压力信号；光纤式腐蚀传感器用于采集隧道结构中的腐蚀情况信号；
36.采集装置分别与光纤式钢筋计、光纤式混凝土应变计、光纤式渗透压力传感器及光纤式腐蚀传感器连接，以将采集的隧道结构的内力信号、隧道结构内的污水压力信号及隧道结构中的腐蚀情况信号发送至传输装置；
37.传输装置与处理器连接，以将从采集装置接收的隧道结构的内力信号、隧道结构内的污水压力信号及隧道结构中的腐蚀情况信号发送至处理器。
38.特别的，由于污水隧道满管运行，不具备检修条件，对监测传感器的耐久性要求高，采用光纤式传感器提高耐久性，结构应力应变采用光纤式应力应变传感器。
39.另外，污水隧道内部的污水具有腐蚀性，污水隧道监测需要腐蚀传感器监测隧道结构的腐蚀情况，为此设置光纤式腐蚀传感器。
40.为了监测污水隧道渗漏情况，在隧道结构内设置光纤式渗透压力传感器。
41.在一些可选的实施方案中，如图2所示，采集装置包括光纤光栅解调仪、光电转换设备和多功能腐蚀检测器，以通过光纤光栅解调仪和光电转换设备从光纤式钢筋计、光纤式混凝土应变计及光纤式渗透压力传感器采集隧道结构的内力信号和隧道结构内的污水压力信号；通过多功能腐蚀检测器从光纤式腐蚀传感器采集隧道结构中的腐蚀情况信号。
42.在一些可选的实施方案中，如图3所示，光纤光栅解调仪、光电转换设备和多功能腐蚀检测器及其相关设备采用标准监测集纳箱安置于竖井站点附近并由站点提供配套供电等相关可靠电源及其他必要设施。
43.其中，附件及配件包含：传感器引出导线(管)、护套防护；专用分线盒，fc/apc跳线，热缩管夹套，终端盒；光纤耦合器，专业防水接头等。
44.在一些可选的实施方案中，传输装置为无线传输设备。
45.在一些可选的实施方案中，光纤式钢筋计、光纤式混凝土应变计、光纤式渗透压力传感器及光纤式腐蚀传感器位于隧道结构监测断面上。
46.在一些可选的实施方案中，如图2所示，该系统还包括：信息平台电视墙，信息平台电视墙由多块屏幕组成，用于展示采集的隧道结构的内力信号、隧道结构内的污水压力信号及隧道结构中的腐蚀情况信号。
47.在一些可选的实施方案中，如图2所示，该系统还包括：核心交换机；
48.核心交换机与传输装置连接，将从传输装置接收的隧道结构的内力信号、隧道结构内的污水压力信号及隧道结构中的腐蚀情况信号分别传输至处理器、服务器及信息平台电视墙。
49.在一些可选的实施方案中，如图2所示，该系统还包括：与核心交换机及信息平台电视墙连接的解码拼接控制器，以对信息平台电视墙中的各屏幕进行分割和视屏解码。
50.具体地，在本实用新型实施例中，硬件可以通过以下方式布置：在隧道结构监测断面上埋设内置温度补偿的光纤传感器，主要包括光纤式钢筋计、光纤式混凝土应变计、光纤式渗压计以及腐蚀传感器。采用首尾两端出纤的光纤式钢筋计和光纤式混凝土应变计进行结构内力监测；采用光纤式渗压计进行衬砌结构内部的孔隙水压力监测；腐蚀传感器监测结构物中钢筋混凝土的腐蚀情况。通过分布式模块化数据采集单元采集传感器的数据并使用无线传输方式上传至数据平台进行数据处理、分析、预警和三维可视化展示，电视墙用于展示采集的数据曲线、图像等信息，一般由多块屏幕组成；多块屏幕组成电视墙时，屏幕需要拼接，需要解码拼接控制器对屏幕进行分割和视屏解码。
51.作为一种优选的实施方式，如图3所示，在每块管片中部对应的二衬位置处各安装一对光纤混凝土应变计、一个光纤渗压计、一对光纤钢筋计；并在上下对称位置各安装一个腐蚀传感器。
52.其中，如图4所示，光纤钢筋计和光纤混凝土应变计按组划分成多个回路，传感器的首尾两端尾纤接入不同单芯光纤回路互为备用，将传感器出线尾纤连接至光纤分线盒；将光纤渗压计出线尾纤连接至分线盒，传感器尾纤经热缩夹套管防护后再套护管进行二次保护，分线盒采取防水防腐保护。采用多芯单模专用光缆在分线盒处进行分纤熔接，串接钢筋计、应变计及渗压计，多芯单模专用光缆使用时考虑回路冗余备用。另外考虑每个断面备用两路专用光缆，在总分线盒处做熔接备用，增加传感器信号传输通道，提到传感器数据存活率。光缆熔接位置采用热缩管夹套进行防水处理。每个断面三路专用光缆引出至竖井预留的健康监测井孔至地面数据采集设备。每个腐蚀传感器用专用电缆连接后与专用光缆一起引出。
53.地面数据采集设备主要由光纤光栅调试解调仪、腐蚀传感器采集仪及配套供电、转换及无线传输等设备组成。光纤光栅调试解调仪及腐蚀传感器采集仪对数据进行采集、读取、分析和转换。数据完成后通过无线传输设备将数据传送至健康监测系统数据平台。
54.作为一种优选的实施方式，光纤混凝土应变计的安装：由于混凝土应变计测量的是管片环向应变，因此应变计的绑扎方向应与环向受力主筋方向平行，且每个测量点内外
侧钢筋上各布置一个应变计，混凝土应变计和环向主筋高度一致并量测内外应变计的距离，然后将信号传输光缆导入专用穿线管通道。
55.光纤渗压计的安装：在埋设孔隙渗压计前，在渗压计周围缠绕一层弹性保护垫层，以减小管片变形对监测原件的影响，并封住渗压计渗水石，确保其在浇注混凝土和施工壁后注浆时不被水泥砂浆封堵，保证其渗透性以感应水压力，在对其进行固定时，将渗压计两端绑扎于预先于管片受力筋相固定的钢筋上，然后将信号传输光缆导入专用穿线管通道。
56.腐蚀传感器的安装：将腐蚀传感器固定在钢筋框架之上，可采用捆扎带固定，注意保持腐蚀传感器与钢筋框架之间的电绝缘，信号电缆可在混凝土内部沿钢筋排布，并以捆扎带固定在钢筋上。
57.光纤钢筋计的安装：选择一定长度的绑扎丝，绕钢筋计本体缠绕两圈，注意离传感器两端一定距离，在传感器的任一端上的绑扎丝上扭两个活套，离传感器一定距离，并在传感器另一端重复该步骤。将传感器安装在钢筋之间，用绑扎丝末端绕钢筋缠绕两次，再将绑扎丝自身缠绕。扎紧绑扎丝并扭紧活套固定传感器。将传感器光缆固定在钢筋上。
58.需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本实用新型的目的。
59.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。