CN104213907B - 一种基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，本发明通过测温传感器管节中的传感器（3）测量测温孔内的温度进而得到所需数据，然后通过测得的数据分析出掌子面前方温度场变化趋势，找出掌子面前方温度异常区域，进而判断前方水体情况，进一步，采用复数个测温传感器管节和复数个连接管节形成测头，其中测温传感器管节上的传感器连接环与连接管节上的管节连接锁扣相扣，使测温传感器管节与连接管节实现活动连接，大大提高了测头的灵活性，其中测量装置结构简单，维护方便，测量精度较高等特点，本发明具有操作简单，测量精准等特点，适合大范围的推广和应用。

Description

一种基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法

【技术领域】

本发明涉及一种水体温度的探测方法，尤其涉及一种含水岩体内部温度的探测方法，具体涉及一种基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法。

【背景技术】

已知的，在隧道施工过程中，为了保证隧道掌子面前方水体预测预报的准确性，一般采用TGP、地质雷达、瞬变电磁法等物探设备进行综合预报，其中山东大学的《基于岩体温度场的地下工程含水体构造预报***及方法》，其在充分论述了岩体温度法隧道施工涌水预报的可行性的基础上，研发了RTP温度法地质预报***，而该设备存在诸多不足，具体如下：

①对于掌子面前方水体存在性的判释结果与其他综合物探设备一样，均是说明距离掌子面的距离，而相对掌子面的具***置无法准确判定；

②测温元件埋入钻孔后注砂浆固定24h后开始提取测温数据，由于边墙对掌子面附近水体在时间和空间的温度场反映缺乏关于热传导、对流换热等因素的考虑，以及靠近侧壁处温度异于远离侧壁温度，使测量结果受到质疑；

③探测设备的精度对于温度变化曲线变化量的影响不可忽视等。

那么如何提供一种高效测量掌子面前方水体温度的探测方法就成了本领域技术人员的长期技术诉求。

【发明内容】

为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，本发明通过测温传感器管节中的传感器测量测温孔内温度进而得到所需数据，然后通过测得的数据分析出掌子面前方温度场变化趋势，找出掌子面前方温度异常区域，进而判断前方水体相对于掌子面的位置，进一步，将测温传感器管节上的传感器连接环与连接管节上的管节连接锁扣相扣，使测温传感器管节与连接管节实现活动连接，大大提高了测头的灵活性，本发明具有操作简单，测量精准等特点。

为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述方法具体包括如下步骤：

一、在掌子面上开孔：

首先在掌子面上钻孔或利用已有的炮孔或地质钻孔，其中若干测温孔尽可能均匀的分布在掌子面上；

二、测量所开孔内的温度：

接上步，将测温装置上的测温传感器管节一节一节的***第一步获取的测温孔内，待测温传感器管节伸到测温孔底并阻隔掌子面外温度干扰后，测量测温孔侧壁的温度，然后从掌子面到测温孔底测得一组数据，然后抽出测温传感器管节，选择下一个测温孔进行数据采集；

三、数据处理与分析：

接上步，一组数据显示的一个测温孔从掌子面到测温孔底的温度梯度曲线，多组数据显示的是掌子面前方一定区域的空间温度场，根据掌子面前方温度场变化趋势，找出掌子面前方温度异常区域，进而判断前方水体情况。

所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述测温装置包括测头和测温仪，所述测温仪通过线路连通测头，所述测头包括复数个测温传感器管节和复数个连接管节，在每两个测温传感器管节之间分别设有一个连接管节，所述每两个测温传感器管节通过线路连通形成所述的测温装置。

所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述测温传感器管节包括传感器壳体、传感器壳帽、传感器、传感器连接环和传感器支架，在传感器壳体中部内孔的两端分别设有传感器支架，在两传感器支架之间设有传感器，所述传感器3的感应端对应传感器壳体外缘面上的发射孔，在传感器壳体的两端分别设有传感器壳帽，所述每个传感器支架的外侧面上分别设有传感器连接环，在传感器支架的***设有线槽。

所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述传感器为非接触式红外温度传感器。

所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述传感器支架通过传感器支架固定卡口设置在传感器壳体中部内孔的两端，在传感器支架的内侧设有传感器固定槽。

所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述连接管节包括连接管节壳体、连接管节壳帽、管节连接锁扣和连接管节支架，在所述连接管节壳体中部内孔的两端分别通过 连接管节支架固定卡口设有连接管节支架，在连接管节支架的***设有线槽，在连接管节支架的外侧分别设有管节连接锁扣，在连接管节壳体的两端分别设有连接管节壳帽形成所述的连接管节。

所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述测温装置的测头的直径小于待测孔的直径。

所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述测温装置的测头长度根据测温孔的深度进行长短调节，其中为了保证测量精度，测头长度大于1m。

所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述测温传感器管节的长度为10～20cm。

所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述连接管节的长度为10～20cm。

采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：

本发明所述的一种基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，本发明通过测温传感器管节中的传感器测量测温孔内的温度进而得到所需数据，然后通过测得的数据分析出掌子面前方温度场变化趋势，找出掌子面前方温度异常区域，进而判断前方水体情况，进一步，采用复数个测温传感器管节和复数个连接管节形成测头，其中测温传感器管节上的传感器连接环与连接管节上的管节连接锁扣相扣，使测温传感器管节与连接管节实现活动连接，大大提高了测头的灵活性，本发明的测量装置结构简单，维护方便，测量精度较高，能够一次测量多个点位的温度数据，多组数据组合形成掌子面前方三维立体温度场，根据温度场异常区域可以准确判断掌子面前方水体相对于掌子面的位置等，本发明具有操作简单，测量精准等特点，适合大范围的推广和应用。

【附图说明】

图1是本发明中测温传感器管节的结构示意图；

图2是本发明图1的A-A剖视结构示意图；

图3是本发明中连接管节的结构示意图；

图4是本发明图3的B-B剖视结构示意图；

在图中：1、传感器壳体；2、传感器壳帽；3、传感器；4、传感器连接环；5、发射孔；6、传感器支架；7、传感器支架固定卡口；8、传感器固定槽；9、线槽；10、连接管节壳体；11、连接管节壳帽；12、管节连接锁扣；13、连接管节支架；14、 连接管节支架固定卡口。

【具体实施方式】

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图1～4所述的一种基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，所述方法具体包括如下步骤：

一、在掌子面上开孔：

首先在掌子面上钻孔或利用已有的炮孔或地质钻孔，其中若干测温孔尽可能均匀的分布在掌子面上；

二、测量所开孔内的温度：

接上步，将测温装置上的测温传感器管节一节一节的***第一步获取的测温孔内，待测温传感器管节伸到测温孔底并阻隔掌子面外温度干扰后，测量测温孔侧壁的温度，然后从掌子面到测温孔底测得一组数据，然后抽出测温传感器管节，选择下一个测温孔进行数据采集；

三、数据处理与分析：

接上步，一组数据显示的一个测温孔从掌子面到测温孔底的温度梯度曲线，多组数据显示的是掌子面前方一定区域的空间温度场，根据掌子面前方温度场变化趋势，找出掌子面前方温度异常区域，进而判断前方水体情况。

其中第二步中所述测温装置包括测头和测温仪，所述测温装置的测头的直径小于待测孔的直径；所述测温装置的测头长度根据测温孔的深度进行长短调节，其中为了保证测量精度，测头长度大于1m；所述测温仪通过线路连通测头，所述测头包括复数个测温传感器管节和复数个连接管节，所述测温传感器管节的长度为10～20cm，所述连接管节的长度为10～20cm，所述测温传感器管节包括传感器壳体1、传感器壳帽2、传感器3、传感器连接环4和传感器支架6，在传感器壳体1中部内孔的两端分别设有传感器支架6，所述传感器支架6通过传感器支架固定卡口7设置在传感器壳体1中部内孔的两端，在传感器支架6的内侧设有传感器固定槽8，在两传感器支架6之间设有传感器3，所述传感器3为非接触式红外温度传感器，所述传感器3的感应端对应传感器壳体1外缘面上的发射孔5，在实际应用时通过发射孔5，非接触式红外温度传感器3接收红外辐射，间接的测量辐射红外光物体的温度；在传感器壳体1的两端分别设有传感器壳帽2，其中传感器壳体1与传感器壳帽2由指定卡槽***连接，向一侧旋转锁紧固定；所述每个传感器支架6的外侧面上分别设有传感器连接环4，由于是多个测温传感器管节连接，测温传感器管节内部设有线槽9，即在传感器支架6的***设有线槽9；所述连接管节包括连接管节壳体10、连接管节壳帽11、管节连接锁扣12和连接管节支架13，在所述连接管节壳体10中部内孔的两端分别通过 连接管节支架固定卡口14设有连接管节支架13，由于是多个连接管节连接，连接管节内部设有线槽9，即在连接管节支架13的***设有线槽9，在连接管节支架13的外侧分别设有管节连接锁扣12，在连接管节壳体10的两端分别设有连接管节壳帽11形成所述的连接管节，其中连接管节壳体10与连接管节壳帽11亦是由指定卡槽***连接，向一侧旋转锁紧固定；在每两个测温传感器管节之间分别设有一个连接管节，所述每两个测温传感器管节通过线路连通，其中传感器支架6与连接管节支架13的外侧分别设有传感器连接环4和管节连接锁扣12，两者相扣实现测温传感器管节和连接管节的连接操作；传感器支架固定卡口7及 连接管节支架固定卡口14为U型槽，传感器支架6和连接管节支架13***后由传感器壳帽2和连接管节壳帽11封住U型槽开口形成所述的测温装置。

本发明在具体实施过程中，利用掌子面炮孔或地质钻孔做为待测孔，然后将测温传感器管节一节一节深入待测孔内，待测温传感器管节伸到孔底后进行一组温度采集，直到数据不再变化为止；其中测量装置的原理为：在掌子面利用炮孔或者地质钻孔内***测温传感器管节，在阻隔掌子面外温度干扰后，测量待测孔侧壁温度，从掌子面到孔底测得一组数据，多个孔测得多组测温数据，综合比较分析后得到掌子面前方岩体三维立体温度场分布情况，从而锁定掌子面前方异常区域；本发明中的测温装置采用非接触式红外测温仪与测温传感器管节铰接组合而成，总长可达5m，每一测温管节长15cm，连接管节长15cm，直径均为4cm，小于地质钻孔及炮孔，测温传感器管节铰接可拆卸，以适应不同长度钻孔的要求，将测温传感器管节的测温精度提高以便满足在测量范围内温度场梯度大于其精度。

本发明在具体实施时需注意以下事项：

1、确定掌子面钻孔位置及深度：为减少现场操作负担尽量使用现有钻孔，如炮孔、地质钻孔等，并确保钻孔直径大于测温管节及连接管节直径，钻孔布设间距1m为宜，具体实施过程中以实际掌子面钻孔情况适当调整，钻孔结束后，尽快将传感器***钻孔中，减少热交换对采集数据的干扰；

2、将测温传感器管节一节一节小心地***现有钻孔中，适当地反复扭转抽拉推进，目的在于使传感器孔口与岩面充分对应，减少碎粒等杂质对设备的干扰；在钻孔入口处***隔温材料，阻断掌子面外界热对流对钻孔内部的干扰；打开电源，初测几组数据，待所测数据稳定后进行数据采集记录，有效数据的采集效率与外界热对流及钻孔过程息息相关；关闭电源，抽出可重复的隔温材料及传感器；选择下一个测孔进行数据采集，重复上述过程；

3、数据处理分析：每个测孔进行编号，一组数据显示一个测孔从掌子面到钻孔深部的温度梯度曲线，多组数据显示掌子面前方一定区域的空间温度场分布情况。根据掌子面前方空间温度场变化趋势，发现掌子面前方温度异常区域，进而判断前方有无水体情况。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (10)

1.一种基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，其特征是：所述方法具体包括如下步骤：

一、在掌子面上开孔：

首先在掌子面上钻孔或利用已有的炮孔或地质钻孔，其中若干测温孔尽可能均匀的分布在掌子面上；

二、测量所开孔内的温度：

接上步，将测温装置上的测温传感器管节一节一节的***第一步获取的测温孔内，待测温传感器管节伸到测温孔底并阻隔掌子面外温度干扰后，测量测温孔侧壁的温度，然后从掌子面到测温孔底测得一组数据，然后抽出测温传感器管节，选择下一个测温孔进行数据采集；

三、数据处理与分析：

接上步，一组数据显示的一个测温孔从掌子面到测温孔底的温度梯度曲线，多组数据显示的是掌子面前方一定区域的空间温度场，根据掌子面前方温度场变化趋势，找出掌子面前方温度异常区域，进而判断前方水体情况。

2.根据权利要求1所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，其特征是：所述测温装置包括测头和测温仪，所述测温仪通过线路连通测头，所述测头包括复数个测温传感器管节和复数个连接管节，在每两个测温传感器管节之间分别设有一个连接管节，所述每两个测温传感器管节通过线路连通形成所述的测温装置。

3.根据权利要求2所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，其特征是：所述测温传感器管节包括传感器壳体（1）、传感器壳帽（2）、传感器（3）、传感器连接环（4）和传感器支架（6），在传感器壳体（1）中部内孔的两端分别设有传感器支架（6），在两传感器支架（6）之间设有传感器（3），所述传感器（3）的感应端对应传感器壳体（1）外缘面上的发射孔（5），在传感器壳体（1）的两端分别设有传感器壳帽（2），所述每个传感器支架（6）的外侧面上分别设有传感器连接环（4），在传感器支架（6）的***设有线槽（9）。

4.根据权利要求3所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，其特征是：所述传感器（3）为非接触式红外温度传感器。

5.根据权利要求3所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，其特征是：所述传感器支架（6）通过传感器支架固定卡口（7）设置在传感器壳体（1）中部内孔的两端，在传感器支架（6）的内侧设有传感器固定槽（8）。

6.根据权利要求2所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，其特征是：所述连接管节包括连接管节壳体（10）、连接管节壳帽（11）、管节连接锁扣（12）和连接管节支架（13），在所述连接管节壳体（10）中部内孔的两端分别通过连接管节支架固定卡口（14）设有连接管节支架（13），在连接管节支架（13）的***设有线槽（9），在连接管节支架（13）的外侧分别设有管节连接锁扣（12），在连接管节壳体（10）的两端分别设有连接管节壳帽（11）形成所述的连接管节。

7.根据权利要求2所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，其特征是：所述测温装置的测头的直径小于待测孔的直径。

8.根据权利要求2所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，其特征是：所述测温装置的测头长度根据测温孔的深度进行长短调节，其中为了保证测量精度，测头长度大于1m。

9.根据权利要求2所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，其特征是：所述测温传感器管节的长度为10～20cm。

10.根据权利要求2所述的基于温度场原理的掌子面前方水体温度的探测方法，其特征是：所述连接管节的长度为10～20cm。