[發明專利]一種地鐵地表沉陷預警系統

有效

• 申請號: 202010629396.1
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111781121B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 袁勛;劉長武;康舜
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01M3/20;G01V15/00;G01C5/00;E21F17/18
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本發明提供一種地鐵地表沉陷預警系統，包括預埋設的同位素示蹤劑灌注管、信號監測裝置、信號傳輸裝置、信號處理系統和地表沉陷預警系統。同位素示蹤劑灌注管將被預埋入地鐵隧道管片襯砌壁后，在隧道施工期間定期灌注混合有親水試劑二羥甲基丙酸（DMPA）的¹⁸O同位素示蹤劑，示蹤劑具有沿滲水方向逆向傳播進行示蹤的特征；信號監測裝置能監測到同位素的傳播路徑，并將該路徑轉化為電流信號；信號傳輸裝置將監測到的同位素示蹤劑擴散信號收集，并傳入信號處理系統；信號處理系統將接收到的信號轉化為三維視覺圖像，得到沉降的位移場；地表沉陷預警系統將根據信號處理結果判斷出地表以下發生空洞的狀態，及時發出沉陷預警。

技術領域

本發明涉及地鐵施工地表沉降監測與預報及沉陷災害防治領域，尤其是一種地鐵地表沉陷預警系統。

背景技術

地鐵隧道盾構施工過程中，由于地層損失和地下水流失造成的土層固結，將會引起地表沉降或突然的塌陷，造成財產損失和人員傷亡。據統計，截至2020年1月，包括港、澳、臺在內的我國擁有地鐵的46個城市中，發生地表沉陷事故78起，死亡92人，受傷34人，造成的經濟財產損失不可計量。此類塌陷災害在地鐵施工領域普遍存在，其預報和防治是個巨大的難題，至今未解。

同位素是指原子核中的質子數目相同而中子數目不同的一類原子，同位素含量用同位素豐度表示: 即指一種元素中的某一同位素在原子中所占的百分含量。同位素示蹤法是利用放射性核素作為示蹤劑對研究對象進行標記的微量分析方法。根據其在研究對象內部的擴散分布，形成可視化視覺圖像，得到研究對象的變化狀態。

發明內容

為解決現在地鐵施工中遇到的地表沉陷預測難題，本發明提供一種地表沉陷預警系統，能夠對地表沉陷及時、準確地做出預報，減少財產損失和人員傷亡。

本發明提供一種地鐵地表沉陷預警系統，包括預埋設的同位素示蹤劑灌注管、信號監測裝置、信號傳輸裝置、信號處理系統和地表沉陷預警系統。

優選地，所述同位素灌注管預埋于隧道頂端管片襯砌壁后，每隔10 m預留設一個釋放孔。在隧道施工期間，定期通過灌注管灌注混合有親水試劑二羥甲基丙酸（DMPA）的¹⁸O同位素示蹤劑，探測地層中是否有可能引起地表沉陷的裂隙滲水現象。

優選地，所述信號監測裝置能自動識別同位素示蹤劑的傳播路徑，收集脈沖信號，并將其轉化為電流信號。

優選地，所述信號傳輸裝置將地下的監測信號傳輸到地上的信號處理系統中，用于后續處理。

優選地，所述信號處理系統，將接收到的電流信號轉化為位移場三維視覺圖像，顯示出位移矢量的移動方向及大小。

優選地，所述地表沉陷預警系統將根據信號處理系統的計算結果，自動給出預報警示。

有益效果：本發明的地鐵地表沉陷預警系統巧妙地利用同位素示蹤原理，反演出隧道以上、地表以下的地層運動狀況，對可能發生的地表沉陷做出預報。該套系統結構簡單，布置方便，只需在前期隧道施工時隨隧道布設。布設完成后，系統的使用都是在地面用電腦控制，操作簡單。由于目前地鐵隧道施工中，地表沉陷災害每年都在發生，造成人員傷亡和巨大的財產損失。通過本發明的應用，能在災害發生前提前預警，并及時采取阻斷措施，增加地鐵施工的安全性。

附圖說明

圖1是本發明所述的監測系統布設示意圖；圖2是本發明所述的信號處理與預警系統示意圖。

①信號監測及傳輸裝置；②同位素示蹤劑灌注管；③滲水裂隙；④沉降槽。

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，但不構成對本發明的限定。

具體實施方式

為了使本發明的實施例目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。