一种地铁隧道渗漏监测与预警方法技术

本发明专利技术公开了一种地铁隧道渗漏监测与预警系统及其方法。所述系统包括并行电法采集子系统、wifi网关、数据监控子系统。并行电法采集子系统用于实现隧道现场的电法数据的采集：电法大线布设在隧道侧壁与并行电法仪主机电性连接，电极通过插拔夹连接在电法大线上，而无穷远B极和公共比较电极N极分别和并行电法仪主机电性相连；并行电法仪主机固定安装在隧道内壁一侧由电源转换设备供电。wifi网关用于实现数据监控子系统与并行电法采集子系统的网络链接和即时通讯。数据监控子系统用于对电法数据的存储、管理及智能化处理、分析，以及实现对并行电法采集子系统的远程操控、隧道渗漏水害的动态监测与主动预警。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁隧道渗漏监测与预警系统及其方法
本专利技术属于地球物理监测领域，特别是隧道水害监测领域的一种渗漏监测系统及渗漏监测方法，尤其涉及一种地铁隧道渗漏监测与预警系统及地铁隧道渗漏监测与预警方法。
技术介绍
我国城市地铁建设正处于快速发展时期，但由于城市水文地质环境复杂，地铁隧道施工阶段水害事故时有发生，运营阶段隧道渗漏水害亦层出不穷。当地铁隧道下穿河流、湖泊等地表水体或地下人工建筑物复杂地段时，如果预防和处理措施不当，容易引起水体下渗造成隧道渗漏水，继而诱发涌水突泥，不仅危及施工安全，也会造成运营阶段出现问题，主要表现在：1)掩埋隧道，毁坏机具，造成人员伤亡和财产损失；2)引起地面沉降或塌陷；3)引起隧道不均匀沉降、变形等其他病害，影响隧道结构及内部电气设备的耐久性。可见在隧道施工阶段和后期运营阶段，采取必要技术手段加强针对隧道渗漏水害监控非常重要。地球物理探测技术由于其经济、快速、无损等特点在地铁隧道水害探查及监测领域也不断得以研究和运用，如地质雷达、热红外成像法、激光扫描无损检测技术。地质雷达可应用于隧道施工及运营阶段的水害相关探查，但影响因素较多，可靠性不高；红外热成像法和激光扫描法主要适于运营阶段隧道渗漏出水点的检测，虽然精度相对较高，但其成本较高，需要人工辅助，且难以实现隧道渗漏水的实时动态监测。为改善不足，亦有文献提出采用温度梯度法和电导率法实现对隧道渗漏水的长期自动检测：温度梯度法利用温度传感器测量管片表面温度来判断该区域是否渗漏；电导率法则是给隧道管片表面施加微电压(人工电场)，而后通过检测电路中电流的高低变化来判断渗漏情况(程姝菲等.盾构隧道长期渗漏水检测新方法[J].地下空间与工程学报：2014，10(3):733-737)。虽然温度梯度法和电导率法能够做到长期的自动检测，但只能检测出渗漏出水点位置而难以查找出渗流通道，且多适用于盾构施工、管片支护的地铁隧道。
技术实现思路
为解决实现长时间观测，有效避免人工场源对自然电场的干扰，准确查找隧道渗漏出水点，如何提前预知隧道渗漏出水点的技术问题，本专利技术提供一种地铁隧道渗漏监测与预警系统以及地铁隧道渗漏监测与预警方法。本专利技术具体技术方案如下：一种地铁隧道渗漏监测与预警系统，其包括并行电法采集子系统、数据监控子系统；其中，所述并行电法采集子系统用于实现隧道现场的自然电场和人工电场的测量以获得电法数据，其包括并行电法仪主机、电源转换设备、电法大线、多个电极；所述电法大线布设在隧道侧壁与所述并行电法仪主机电性连接，大线上的电极极距为1～5m，测线长度以能够连续追索到异常点、测出完整异常为准，所有电极的安装避开隧道内的电力设施并要与岩土介质充分耦合，以与隧道支护内部金属无接触；这些电极中的无穷远B极和公共比较极N极分别和所述并行电法仪主机电性连接，所述并行电法仪主机固定安装在隧道内壁一侧，所述电源转换设备对所述并行电法仪主机供电；所述数据监控子系统用于实现对并行电法采集子系统的远程操控，对电法数据的存储、管理及专家系统的自动化化处理、分析与基于前兆因子的预报预警，并将结果实时显示与发布。作为上述方案的进一步改进，所述地铁隧道渗漏监测与预警系统还包括wifi网关，所述wifi网关用于实现所述数据监控子系统与所述并行电法采集子系统的网络链接和即时通讯。作为上述方案的进一步改进，所述数据监控子系统包括远程服务器和监控终端，将以太网接入所述远程服务器，并与所述监控终端的网络连接；在所述远程服务器与所述监控终端上安装地铁隧道渗漏监测软件。作为上述方案的进一步改进，所述并行电法采集子系统中，无穷远B极埋置在3～5倍于测线长度的远端，公共N极应埋置在远离渗漏区域的正常场区内任意位置。本专利技术还提供一种地铁隧道渗漏监测与预警方法，其应用于上述任意地铁隧道渗漏监测与预警系统中，通过不间断的监测地电场的变化数据，获得自然电位随时域、空域的变化情况，自然电位的变化情况则是表征该区域内渗流电场的变化情况；如果某一电极位置的自然电位在时域上呈规律性上升趋势，在空间域上呈规律性升降趋势，则表示该电极所在位置“很有可能发生渗流问题”，根据渗流地电场自然电位等时线的规律特征，相对高值点指向渗流“入渗点或补给点”，极值点指向渗流“逸出点”，极值点随电极序号的移动趋势指示出渗流通道及渗流方向，并作为渗漏点查找与超前感应的依据。作为上述方案的进一步改进，所述监控终端根据获取的渗流地电场自然电位的时空变化规律和以电阻率为表征的地电断面的电性分布特征，并辅以先验信息进行隧道渗漏预报，对渗漏出水点位置、渗漏水量、渗流通道的发育情况、渗流速度、附近渗漏补给含水构造的赋水情况及隧道壁后注浆的检测情况进行即时的预测，并根据所设定阈值，按风险预防等级进行主动预警，即时提醒采取必要措施防范隧道水害事故的发生，做到远程在线实时动态监测。进一步地，所述远程服务器对自然电位、供电电流，电阻率计算及反演结果分别进行时空域的变化趋势分析、相关度分析、比值分析和差值分析，得到监测区域自然电位、供电电流时空域波动规律及极值特征点的变化趋势，及以电阻率为表征的地电断面电性空间分布特征和时域变化情况，提取渗漏前兆因子并基于先验信息设定的阈值按风险预防等级进行主动预警，通过监控终端实时进行结果预报与预警发布，提示启动预案进行处置。作为上述方案的进一步改进，所述并行电法采集子系统在布置时，遵循：a.电极布置，按照布置方案中的观测方式、电极极距、测线长度需求确定电极分布位置；b.并行电法主机的安装，将并行电法仪主机固定安装在隧道内壁一侧；c.电源转换设备一端接入并行电法仪主机对应端口，另一端接入电力电缆相应接口；d.电法大线布设在隧道侧壁；e.将电法大线上的多芯航插头接入并行电法仪主机对应端口；将B极和N极分别通过B极连接线(无穷远线)、N极连接线与并行电法检测仪主机对应端口连接。作为上述方案的进一步改进，将所述地铁隧道渗漏监测与预警系统的wifi网关安装固定在所述并行电法仪主机附近，并连接到隧道内部的以太网。作为上述方案的进一步改进，所述数据监控子系统的渗漏监测与预警方法包括以下步骤：a.开启所述地铁隧道渗漏监测与预警系统的所有设备，使其处于正常工作状态；b.通过所述数据监控子系统的监控终端，启动地铁隧道渗漏监测软件并登陆远程服务器，进入“监测预报模式”，设置、录入相关监测参数，主要包括预警阈值、检测周期、并行电法采集参数、以及极距、电极道数和电极坐标，在配置完成后，通过以太网、wifi网关及通讯协议，将监测参数传给所述并行电法采集子系统；c.所述并行电法采集子系统根据当前时间，按照设定的参数执行自然电场、人工电场测量或待机模式；d.获取的电法数据通过以太网传送给所述数据监控子系统，所述数据监控子系统中的远程服务器通过专家系统进行自动化处理与分析，通过监控终端对当次监测结果进行实时预报，包括自然电位时空域波动曲线、供电电流时空域波动曲线、视电阻率及反演剖面、电阻率比值、差值剖面，并对灾害隐患按风险等级进行预警信息发布，提示启动预案进行处置，以保证施工阶段或运营阶段的安全；e.重复c和d直到完成既定监测任务或用户主动停止。本专利技术于隧道侧壁布置并行电法测量系统以采集自然电场、人工电场等电法数据；并通过以太网将电法数据传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地铁隧道渗漏监测与预警系统，其特征在于：其包括并行电法采集子系统、数据监控子系统；其中，所述并行电法采集子系统用于实现隧道现场的自然电场和人工电场的测量以获得电法数据，其包括并行电法仪主机、电源转换设备、电法大线、多个电极；所述电法大线布设在隧道侧壁与所述并行电法仪主机电性连接，电法大线上的电极间距为1～5m，测线长度以能够连续追索到异常点、测出完整异常为准，所有电极的安装避开隧道内的电力设施并要与岩土介质充分耦合，以与隧道支护内部金属无接触；这些电极中的无穷远B极和公共比较极N极分别和所述并行电法仪主机电性连接，所述并行电法仪主机固定安装在隧道内壁一侧，所述电源转换设备对所述并行电法仪主机供电；所述数据监控子系统用于实现对并行电法采集子系统的远程操控，对电法数据的存储、管理及专家系统的自动化化处理、分析与基于前兆因子的预报预警，并将结果实时显示与发布。

【技术特征摘要】
1.一种地铁隧道渗漏监测与预警系统，其特征在于：其包括并行电法采集子系统、数据监控子系统；其中，所述并行电法采集子系统用于实现隧道现场的自然电场和人工电场的测量以获得电法数据，其包括并行电法仪主机、电源转换设备、电法大线、多个电极；所述电法大线布设在隧道侧壁与所述并行电法仪主机电性连接，电法大线上的电极间距为1～5m，测线长度以能够连续追索到异常点、测出完整异常为准，所有电极的安装避开隧道内的电力设施并要与岩土介质充分耦合，以与隧道支护内部金属无接触；这些电极中的无穷远B极和公共比较极N极分别和所述并行电法仪主机电性连接，所述并行电法仪主机固定安装在隧道内壁一侧，所述电源转换设备对所述并行电法仪主机供电；所述数据监控子系统用于实现对并行电法采集子系统的远程操控，对电法数据的存储、管理及专家系统的自动化化处理、分析与基于前兆因子的预报预警，并将结果实时显示与发布。2.如权利要求1所述的地铁隧道渗漏监测与预警系统，其特征在于：所述地铁隧道渗漏监测与预警系统还包括wifi网关，所述wifi网关用于实现所述数据监控子系统与所述并行电法采集子系统的网络链接和即时通讯。3.如权利要求1所述的地铁隧道渗漏监测与预警系统，其特征在于：所述数据监控子系统包括远程服务器和监控终端，将以太网接入所述远程服务器，并与所述监控终端的网络连接；在所述远程服务器与所述监控终端上安装地铁隧道渗漏监测软件。4.如权利要求1所述的地铁隧道渗漏监测与预警系统，其特征在于：所述并行电法采集子系统中，无穷远B极埋置在3～5倍于测线长度的远端，公共N极应埋置在远离渗漏区域的正常场区内任意位置。5.一种地铁隧道渗漏监测与预警方法，其应用于如权利要求1至4中任意一项所述的地铁隧道渗漏监测与预警系统中，其特征在于：所述地铁隧道渗漏监测与预警系统的数据监控子系统通过不间断的监测地电场的变化数据，获得自然电位随时间域、空间域的变化情况，自然电位的变化情况则是表征该区域内渗流电场的变化情况：如果某一电极位置的自然电位在时域上呈规律性上升趋势，在空间域上呈规律性升降趋势，则表示该电极所在位置“很有可能发生渗流”，根据渗流地电场自然电位等时线的规律特征，相对高值点指向渗流“入渗点或补给点”，极值点指向渗流“逸出点”，极值点随电极序号的移动趋势指示出渗流通道及渗流方向，并作为渗漏点查找与超前感应的依据。6.如权利要求5所述的地铁隧道渗漏监测与预警方法，其特征在于：所述监控终端根据获取的渗流地电场自然电位的时空变化规律和以电阻率为表征的地电断面的电性分布特征，并辅以先验信息进行隧道渗漏预报，对渗漏出水点位置、渗漏水量、渗流通道的发育情况、渗流速度、附近渗漏...

【专利技术属性】
技术研发人员：周官群，吴小平，陈陆望，朱术云，孙超，刘淼仔，王仙芝，陈世贵，杨世武，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34