一种盾构隧道用核磁共振探水设备的制作方法

1.本实用新型属于隧道等地下工程超前地质预报领域，尤其涉及一种盾构隧道用核磁共振探水设备。


背景技术：

2.我国作为一个基建强国，还有很多隧道数量正在建设。隧道建设呈现出水文地质条件复杂等显著特点，加之施工前期的地质勘查工作难以查清隧道沿线的水文地质条件，导致施工中将面临诸多地质灾害，如突水突泥、坍塌等。特别是过江过海隧道，如深中通道，掌子面若发生大面积渗水或涌水，后果不堪设想。因而超前地质预报已成为隧道建设的必测项目之一，但盾构隧道实施不良地质探测的作业空间有限，诸如地震波法，地质雷达法等传统方法需要很大作业空间。因而，开发准确高效的盾构用超前地质预报探水设备具有重要意义。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种盾构隧道用核磁共振探水设备，能够在盾构隧道内有限空间下有效测量围岩含水深度，同时测量隧道内环境湿度及温度，用于施工队综合判断施工环境，降低施工风险，提高安全性。
4.为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：
5.一种盾构隧道用核磁共振探水设备，所述设备固定在盾构刀盘上，所述设备包括单片机、发射系统、线圈、接收系统、信号切换器、温度传感器、湿度传感器和计算机；所述单片机分别与发射系统、接收系统和计算机连接，所述发射系统与线圈连接，所述线圈分别与信号切换器和接收系统连接，所述线圈包括牵引模块和多匝线圈，用于核磁共振信号的发射和接收，所述温度传感器和湿度传感器均与接收系统连接。
6.进一步，所述发射系统包括变换器、频率发生器和大功率发射电路模块。
7.进一步，所述接收系统包括放大器。
8.进一步，所述大功率发射电路模块包括12v
×
2电瓶、dc/dc变换器、0.5f电容器、d/a转换器、a/d转换器和显示电路。
9.进一步，所述大功率发射电路模块频率范围为1-4000hz，最大输出电路为300a。
10.本实用新型的有益效果在于：
11.本实用新型不仅能够测量围岩含水深度，同时还可测量隧道内环境湿度及温度，可用于施工队综合判断施工环境，降低施工风险，提高安全性。
附图说明
12.图1为本实用新型盾构隧道用核磁共振探水设备的结构框图。
13.图2为本实用新型牵引模块示意图。
具体实施方式
14.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
15.说明书附图中的附图标记包括：1、单片机；2、发射系统；3、线圈；4、接收系统；5、信号切换器；6、温度传感器；7、湿度传感器；8、计算机。
16.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
17.实施例基本如附图1和图2所示：一种盾构隧道用核磁共振探水设备，该设备固定在盾构刀盘上，该设备包括单片机1、发射系统2、线圈3、接收系统4、信号切换器5、温度传感器6、湿度传感器7和计算机8；单片机1分别与发射系统2、接收系统4和计算机8连接，单片机1用于信号的输出和输入；发射系统2与线圈3连接；线圈3分别与信号切换器5和接收系统4连接，线圈3包括牵引模块和多匝线圈，线圈3可灵活转动，线圈3用于核磁共振信号的发射和接收，信号切换器5用于切换电路；温度传感器6和湿度传感器7均与接收系统4连接，温度传感器6用于测量隧道内环境温度，湿度传感器7用于测量隧道内环境湿度，盾构刀盘转动可将多匝线圈由牵引模块绕出。
18.发射系统2包括变换器、频率发生器和大功率发射电路模块，变换器用于产生工作电压，频率发生器用于产生所需工作的发射频率，变换器和频率发生器产生的信号传输于大功率发射电路模块，再将信号传至线圈3。大功率发射电路模块包括12v
×
2电瓶、dc/dc变换器、0.5f电容器、d/a转换器、a/d转换器和显示电路等。大功率发射电路模块的基本指标为频率范围1-4000hz，最大输出电路300a。接收系统4包括放大器，放大器用于信号放大。
19.具体实施过程如下：
20.步骤一，设置基本参数，使用电磁仪测得隧道所在地的拉莫尔频率，同时将探测深度，分层数，天线长度、形状等信息传输于计算机8，然后将这些参数换算成发射频率，工作电压值，发射时间等信息，并传送给单片机1。
21.步骤二，由单片机1协调各部分工作，控制变换器使其电压达到所要求的电压，接着控制频率发生器使其产生当地的拉莫尔频率。
22.步骤三，转动盾构刀盘将多匝线圈由牵引模块绕出，并放置于所测试的围岩(隧道的掌子面)，然后把多组线圈分散开来，增加接收信号的面积；放置好后，接通电源，信号在线圈作用下将向围岩发射约几十ms的电磁波。
23.步骤四，调节信号切换器5，将线圈3由发射核磁共振信号转化为接收核磁共振信号，此时线圈3将接收地下各种物质所产生的核磁共振信号，并传输至接收系统4；同时，温度传感器6和湿度传感器7将所测得的数据以信号方式传输至接收系统4；
24.步骤五，信号经接收系统4中的放大器放大后，传输至单片机1；
25.步骤六，单片机1将信号处理后，得到围岩含水深度、隧道内环境温度及湿度参数，并传输给计算机8，最终输出测量报告。
26.利用核磁共振测量围岩含水深度是本领域常规技术手段。本实用新型线圈3是接收发射核磁共振信号的关键，线圈3设置于盾构刀盘上，随着盾构刀盘转动将多匝线圈由牵引模块绕出，以得到最强的反射信号，同时线圈有多匝，测试信号弱可以继续添加多个线
圈，得到最有利接收信号。
27.本实用新型通过多匝线圈测得隧道掌子面前方围岩含水情况，通过数据采集和处理后得到围岩含水深度；同时通过温度传感器和湿度传感器测量隧道内环境温度及湿度，然后以报告形式反馈给隧道施工项目组，施工作业队伍根据报告，降低施工风险。每探测一次搭接5m；无论前方含水程度高低，都可得探测信号，并根据信号波形推算含水层深度。
28.核磁共振探水设备的探测深度与线圈的接收面积正相关，与所测围岩地层倾角，线圈匝数也密切相关。本实用新型采用可灵活转动的线圈可接收更强的发射信号，同时设置多个通道的线圈，增加接收信号的覆盖面积。
29.本实用新型结构简单、易操作，不仅能够测量围岩含水深度，同时还可测量隧道内环境湿度及温度，可用于施工队综合判断施工环境，降低施工风险，提高安全性。
30.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
31.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。