[实用新型]一种深埋长引水隧洞的无线长期监测装置

说明书

本实用新型提供了一种深埋长引水隧洞的无线长期监测装置，包括能源模块、监测模块和传输模块；所述能源模块包括水力发电机和蓄电池，所述能源模块为所述监测模块和所述传输模块进供电；所述监测模块包括监测传感器，所述监测模块用于监测围岩（21）的实际状态；所述传输模块用于将所述监测模块的监测数据进行传输。本实用新型还提供了一种深埋长引水隧洞的无线长期监测装置的测试方法。本实用新型通过水力发电机实现了长距离隧洞监测装置的持续稳定供电，通过将监测数据编译成离线二维码，并使用水下机器人拍摄识别和解码二维码中的历史监测数据，解决了长距离大埋深引水隧洞监测装置供电困难和监测数据难以传输的问题。

技术领域

本实用新型涉及一种深埋长引水隧洞的无线长期监测装置，具体为一种长期无线监测深埋长引水隧洞衬砌和围岩的应力值、应变值、渗透压力值等的系统装置，属于水利工程技术领域。

背景技术

随着我国水利水电事业的蓬勃发展，大批的引水隧洞相继兴建，建成的各种水工隧洞总里程约有10000km，建设中的水工隧洞总里程约有1000km，已规划尚未开工的水工隧洞总里程超过2000km，随着地下工程施工技术的迅猛发展，引水隧洞也朝着长距离、大断面方向发展。辽宁大伙房输水隧洞全长达85km，引汉济渭秦岭输水隧洞全长达82km，锦屏二级水电站引水隧洞开挖直径达12.4～13.0m，最大埋深约2500m，长度约17km，运行期洞内流速约5m/s。此类超长引水隧洞面临着高地应力、高外水压力等复杂地质条件，需在正常运行过程中密切关注水工建筑物及围岩的实际状态，以保证工程安全，因此，做好超长引水隧洞的安全监测尤其重要。

目前引水隧洞中常用的监测与检测方法有电测法和水下机器人巡视法等。然而，基于电测法的传统安全监测系统组网方式在大埋深长距离的引水隧洞中面临着信号传输衰减，高水头下绝缘保护难度大，工程成本高等难题。传统岩土工程安全监测仪器的类型主要为差阻式和振弦式两类传感器，这两类传感器均为电信号式仪器，传统布置方法不适用于高埋深长距离引水隧洞的安全监测。

一般传感器通过电缆供电及传输数据，若在已建成隧洞中长距离开挖衬砌来埋设电缆，会对衬砌损害较大，影响其安全运行；而将电缆直接置于洞内时，高埋深、长距离和高水头环境对电缆绝缘性能要求高，工程成本大。引水隧洞内水流裹挟的砂石颗粒极易对电缆的绝缘材料造成损伤，影响电缆绝缘性能。长距离电缆需要将多根电缆连接在一起，多个接头使电缆故障风险加大，若电缆只要有一处断路，整条电缆就会失效，并且在隧洞充水运行期无法及时修复。高埋深隧洞距离地表遥远，通过山体上地面开挖竖井至监测点埋设电缆成本过高，并且施工困难。所以，在高埋深长距离水工隧洞中监测传感器不适于使用电缆长期供电和传输数据。而传感器通过蓄电池供电时，蓄电池容量有限，无法满足引水隧洞长期运行时供电的要求。

一般传感器无线传输是通过电磁波、超声波等无线信号进行传播，然而在水工隧洞运行期洞内充满水流的介质下，无线信号衰减强烈，容易受到干扰，不适用于高埋深长距离引水隧洞的数据传输。

一般传感器埋入隧洞衬砌或围岩内，通过采用混凝土回填等措施对传感器进行密封保护，导致后续传感器难以取出，一旦传感器出现故障只能被废弃，极大地浪费了监测资源；并且业主有新的监测需求，无法在原有传感器装置基础上升级改造，只能重新开挖衬砌进行埋设，对隧洞结构造成重复扰动，不利于隧洞健康运行。

目前引水隧洞在正常运行期的常用检测手段为使用水下机器人巡视，但是其搭载的摄像头等仪器，仅能获取衬砌表面图像，无法获取衬砌和围岩的应力、渗压等信息。

综上所述，目前，在高埋深、长距离和高水头环境下，已建成运行的引水隧洞中急需开发一种安全、经济、有效、灵活的监测装置及测试方法来感知水工建筑物和围岩实际状态。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供了一种深埋长引水隧洞的无线长期监测装置及其测试方法，解决了现有技术中传感器难以持续稳定供电、监测数据难以有效传输的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：