一种隧道掌子面围岩裂隙水实时预测装置的制作方法

本发明属于隧道监测领域，涉及一种隧道掌子面围岩裂隙水实时预测装置，复杂地质条件下隧道开挖掌子面附近围岩存在较多分散性裂隙水甚至大面积散水，掌子面处于涌水、塌方等危险环境下，实现隧道掌子面围岩裂隙水的分布、流量、流速、水压和水位等预测。

背景技术：

1、在隧道施工过程中，围岩裂隙水的出现是常见的地质工程问题。隧道掌子面围岩裂隙水的存在往往导致隧道开挖难度加大，严重时甚至可能引发工程事故。目前对于围岩裂隙水的预测方法和装置存在预测精度低、实时性差以及操作复杂等问题，难以满足现代隧道施工的需求。对于隧道及地下工程施工中岩溶裂隙水及断层、溶洞等的探查、预报，多采用以陆地声纳法、瞬变电磁法和探地雷达组合的方法技术，这些方法在断层的空间定位及地下水、溶洞、暗河等探查理论研究和实测预报中取得了较好效果。这些方法技术在岩溶裂隙较大或出现断层、溶洞等情况下，可以有效探测。但是，在微裂隙或裂隙不大的情况下，上述技术的探测精度不足。

2、陆地声纳法对120～150m距离的断层、破碎带、溶洞、暗河进行探查和预报，并对它们的空间位置进行较准确的定位，判断较大出水点。瞬变电磁法可以对80m左右远含水体进行探查预报。复合式激发极化法可以探查50m左右远的含水体，区分自由水和束缚水，进行涌水量分级。探地雷达是目前隧道地质预报探水的主要手段。上述探测方法对探测岩体内存在的较大的断层、溶洞或暗河等有效。在隧道掌子面处于环境地质条件下，探测掌子面附近的微裂隙或复杂裂隙网络及其裂隙水的发展趋势，上述方法和技术难以发挥其作用。包括探地雷达，在隧道拱顶较高时探测存在一定难度。此外，上述方法和技术难以有效地对掌子面附近裂隙水的发育情况进行实时精准预测。

3、因此，针对隧道掌子面围岩存在较多微裂隙或裂隙网络发育等复杂地质条件下如何有效预测裂隙水的发展趋势，并研制能够实现实时、精确预测的掌子面围岩裂隙水预测装置迫在眉睫。

技术实现思路

1、为了克服传统围岩裂隙水探测装置在隧道开挖过程中适于探测断层、溶洞和暗河等较大含水体，而对掌子面附近围岩中存在的微裂隙或一般裂隙网络的探测精度较低、且无法实现实时探测的不足，本发明提供了一种隧道掌子面围岩裂隙水实时预测装置，能够准确、实时、可视化监测和预测隧道掌子面附近围岩裂隙水的发展情况，为隧道施工提供科学依据；该装置可广泛应用于各类隧道工程中，具有广阔的市场前景。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种隧道掌子面围岩裂隙水实时预测装置，包括一个带有电子内窥镜系统的高弹性透明镂空监测管、一个可以监测围岩裂隙水压、水位、流量、流速、温度和酸碱度的探测传感器系统、一个探测围岩附近区域含水体的内窥镜系统、一个可视化的操作与显示系统；

4、所述高弹性透明镂空监测管位于隧道掌子面的探测孔内，所述高弹性透明镂空监测管的管壁布设有透水孔，沿着高弹性透明镂空管内壁等间距布设探测传感器系统，所述探测传感器系统和操作与显示系统通讯连接；

5、所述高弹性透明镂空监测管的内壁纵向设有内置轨道，所述内置轨道通过轨道连接装置与内窥镜系统连接，所述内窥镜系统包括窥镜系统和照明系统，所述照明系统与所述窥镜系统连接，所述窥镜系统通过集成通讯电缆与操作与显示系统连接。

6、进一步，所述窥镜系统包括本体、围岩扫描系统、ccd/cmos图像传感器、成像镜头和镜头清洗装置，所述围岩扫描系统位于本体的侧边，所述成像镜头位于本体的端部，所述ccd/cmos图像传感器位于本体内，所述ccd/cmos图像传感器与成像镜头连接，所述成像镜头的上方设置所述镜头清洗装置，所述本体上设置所述照明系统，所述照明系统与所述成像镜头配合，所述本体上设置所述轨道连接装置，所述围岩扫描系统、ccd/cmos图像传感器、照明系统均与所述集成通讯电缆连接。

7、优选的，所述本体上设置多功能传感器连接装置，所述多功能传感器连接装置与所述探测传感器系统通讯连接，所述多功能传感器连接装置与所述集成通讯电缆连接。

8、再进一步，所述操作与显示系统包括可视化的操作控制台和显示系统，所述操作控制台用于操控内窥镜在监测管内运动，并可以旋转摄像头360°获取探测孔内围岩裂隙分布的高清图形，可以控制围岩扫描系统运动和扫描；所述显示系统用于将内窥镜图像显示在显示屏上，实时查看探测孔内围岩裂隙和裂隙水的分布情况，还实时显示围岩扫描系统的扫描结果，将掌子面附件围岩中的裂隙水分布情况清晰呈现在显示屏上；还可以显示探测孔长度范围内不同位置处的围岩裂隙水的水压、水位、流量、流速、温度和酸碱度信息。

9、本发明的有益效果主要表现在：1、能够准确、实时、可视化监测和预测隧道掌子面附近围岩裂隙水的发展情况，为隧道施工提供科学依据；2、广泛应用于各类隧道工程中，具有广阔的市场前景。

技术特征：

1.一种隧道掌子面围岩裂隙水实时预测装置，其特征在于，所述装置包括一个带有电子内窥镜系统的高弹性透明镂空监测管、一个可以监测围岩裂隙水压、水位、流量、流速、温度和酸碱度的探测传感器系统、一个探测围岩附近区域含水体的内窥镜系统、一个可视化的操作与显示系统；

2.如权利要求1所述的一种隧道掌子面围岩裂隙水实时预测装置，其特征在于，所述窥镜系统包括本体、围岩扫描系统、ccd/cmos图像传感器、成像镜头和镜头清洗装置，所述围岩扫描系统位于本体的侧边，所述成像镜头位于本体的端部，所述ccd/cmos图像传感器位于本体内，所述ccd/cmos图像传感器与成像镜头连接，所述成像镜头的上方设置所述镜头清洗装置，所述本体上设置所述照明系统，所述照明系统与所述成像镜头配合，所述本体上设置所述轨道连接装置，所述围岩扫描系统、ccd/cmos图像传感器、照明系统均与所述集成通讯电缆连接。

3.如权利要求2所述的一种隧道掌子面围岩裂隙水实时预测装置，其特征在于，所述本体上设置多功能传感器连接装置，所述多功能传感器连接装置与所述探测传感器系统通讯连接，所述多功能传感器连接装置与所述集成通讯电缆连接。

4.如权利要求1～3之一所述的一种隧道掌子面围岩裂隙水实时预测装置，其特征在于，所述操作与显示系统包括可视化的操作控制台和显示系统，所述操作控制台用于操控内窥镜在监测管内运动，并可以旋转摄像头360°获取探测孔内围岩裂隙分布的高清图形，可以控制围岩扫描系统运动和扫描；所述显示系统用于将内窥镜图像显示在显示屏上，实时查看探测孔内围岩裂隙和裂隙水的分布情况，还实时显示围岩扫描系统的扫描结果，将掌子面附件围岩中的裂隙水分布情况清晰呈现在显示屏上；还可以显示探测孔长度范围内不同位置处的围岩裂隙水的水压、水位、流量、流速、温度和酸碱度信息。

技术总结
一种隧道掌子面围岩裂隙水实时预测装置，高弹性透明镂空监测管位于隧道掌子面的探测孔内，高弹性透明镂空监测管的管壁分布设有透水孔，沿着高弹性透明镂空管内壁等间距布设探测传感器系统，探测传感器系统和操作与显示系统通讯连接；高弹性透明镂空监测管的内壁纵向设有内置轨道，内置轨道通过轨道连接装置与内窥镜系统连接，内窥镜系统包括窥镜系统和照明系统，照明系统与窥镜系统连接，窥镜系统通过集成通讯电缆与操作与显示系统连接。本发明能够准确、实时、可视化监测和预测隧道掌子面附近围岩裂隙水的发展情况，为隧道施工提供科学依据；该装置可广泛应用于各类隧道工程中，具有广阔的市场前景。

技术研发人员：王金宝,王伟,唐兵,陈志海,柯磊,刘绪,王鑫禹,卢伟,黄久宾,邹宝平,曹春晖,段小龙,陈军,马京缘,黄楷
受保护的技术使用者：浙江衢丽铁路有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5