高地温TBM隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置与方法

本发明涉及隧道工程监测，尤其涉及高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置与方法。

背景技术：

1、国内外隧道工程建设向深部进军，隧道埋深不断增加，工程地质环境愈发复杂，高地温与高地应力特征涌现。高地温与高地应力耦合环境中，工程施工岩体破裂失稳导致一系列灾害，如岩爆、塌方、大变形等给隧道安全施工建设带来了诸多难题与挑战。

2、目前针对隧道工程围岩稳定性监测主要采用微震、光栅光纤、多点位移计等。通过微震监测可获取岩体破裂信号，并根据微震信息预警岩爆灾害；通过光栅光纤监测围岩变形特征，评估软岩大变形程度。但这些方法并未考虑深埋高地温多场耦合环境下环境温度、岩体破裂演化与围岩稳定性间的动态映射关系，因此存在一定的局限性和不适应性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于获取并探明深埋高地温多场耦合环境下围岩温度、岩体破裂演化与围岩稳定性间的动态映射关系。

2、为此，本发明第一方面提及了一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，包括：

3、串联型爬行移动搭载单元、高温探测模块、岩体微破裂监测模块、数据传输模块、控制与数据采集集成模块；

4、高温探测模块设置于串联型爬行移动搭载单元，用于监测段高温的实时获取；

5、岩体微破裂监测模块设置于串联型爬行移动搭载单元，用于监测段岩体微破裂信号的动态监测；

6、数据传输模块和控制与数据采集集成模块均设置于串联型爬行移动搭载单元，控制与数据采集集成模块通过光缆连接数据传输模块，用于实现串联型爬行移动搭载单元的控制、高地温、岩体破裂数据的实时采集。

7、进一步地，串联型爬行移动搭载单元包括：

8、第一电磁吸式串联构件和第二电磁吸式串联构件，第一电磁吸式串联构件和第二电磁吸式串联构件电磁连接或断开；

9、第一电磁吸式串联构件设置于串联型爬行移动搭载单元的一端，第二电磁吸式串联构件串联型爬行移动搭载单元的另一端。

10、进一步地，串联型爬行移动搭载单元为多个，一个串联型爬行移动搭载单元的第一电磁吸式串联构件连接另一个串联型爬行移动搭载单元的第二电磁吸式串联构件。

11、进一步地，串联型爬行移动搭载单元包括：多自由度活动机械手臂；

12、多自由度活动机械手臂包括：第一多自由度活动机械手臂和第二多自由度活动机械手臂；

13、第一多自由度活动机械手臂远离串联型爬行移动搭载单元的一端搭载高温探测模块，第二多自由度活动机械手臂远离串联型爬行移动搭载单元的一端搭载岩体微破裂监测模块。

14、进一步地，高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置包括：可视化装置，可视化装置设置于串联型爬行移动搭载单元，用于监测勘探监测孔内部情况的可视化反馈。

15、进一步地，第一多自由度活动机械手臂和第二多自由度活动机械手臂均包含多个机械臂，多个机械臂之间采用球状铰接结构。

16、进一步地，高温探测模块为光纤式温度传感器，岩体微破裂监测模块为耐高温声发射传感器。

17、进一步地，串联型爬行移动搭载单元包括：履带，履带设置于串联型爬行移动搭载单元，用于带动串联型爬行移动搭载单元移动。

18、本申请第二方面提及了一种深埋高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化方法，包括：

19、步骤s100：利用tbm超前钻探，钻取勘探监测孔；

20、步骤s200：将高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置放入勘探监测孔，开展风险区段探测；

21、步骤s300：动态探测勘探孔高温情况，确定高地温异常区段；

22、步骤s400：在高地温异常区段，投放高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置；

23、控制多自由度活动机械手臂，使高温探测模块和岩体微破裂监测模块紧密接触岩体，开始异常区段温度与岩体微破裂的一体化动态监测；

24、步骤s500：将监测数据传输至数据采集模块中；

25、步骤s600：回收监测装置，完成温度与围岩破裂一体化监测。

26、进一步地，步骤s400还包括：

27、步骤s410：在一次异常区段温度与岩体微破裂的一体化动态监测后，控制多单元温度探测与围岩破裂监测一体化装置继续向勘探监测孔内爬行，动态探测勘探孔高温情况，确定另一处高地温异常区段；

28、步骤s420：在另一处高地温异常区段，投放高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置；

29、步骤s450：控制多自由度活动机械手臂，使高温探测模块和岩体微破裂监测模块紧密接触岩体，开始异常区段温度与岩体微破裂的一体化动态监测。

30、本申请的有益效果为：

31、本发明提供了一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，包括：串联型爬行移动搭载单元、高温探测模块、岩体微破裂监测模块、数据传输模块、控制与数据采集集成模块；高温探测模块设置于串联型爬行移动搭载单元，用于监测段高温的实时获取；岩体微破裂监测模块设置于串联型爬行移动搭载单元，用于监测段岩体微破裂信号的动态监测；数据传输模块和控制与数据采集集成模块均设置于串联型爬行移动搭载单元，控制与数据采集集成模块通过光缆连接数据传输模块，用于实现串联型爬行移动搭载单元的控制、高地温、岩体破裂数据的实时采集。本申请提及的针对采用tbm工法掘进隧道的温度探测与围岩破裂监测一体化装置，通过高温探测模块和岩体微破裂监测模块，实现了监测段高温的实时获取和岩体微破裂信号的动态监测，并结合数据传输模块和控制与数据采集集成模块实现了串联型爬行移动搭载单元的控制、高地温、岩体破裂数据的实时采集。其探测反馈了深埋高地温多场耦合环境下围岩温度、岩体破裂演化与围岩稳定性间的动态映射关系，可以更好地同步捕捉工程活动下深埋高地温隧道温度与围岩破裂演化过程。

技术特征：

1.一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，其特征在于，

9.一种深埋高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化方法，采用如权利要求1-8任一项所述的一种高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的一种深埋高地温tbm隧道温度探测与围岩破裂监测一体化方法，步骤s400还包括：

技术总结本发明提供了一种高地温TBM隧道温度探测与围岩破裂监测一体化装置，包括：串联型爬行移动搭载单元、高温探测模块、岩体微破裂监测模块、数据传输模块、控制与数据采集集成模块；高温探测模块用于监测段高温的实时获取；岩体微破裂监测模块用于监测段岩体微破裂信号的动态监测；控制与数据采集集成模块通过光缆连接数据传输模块，用于实现串联型爬行移动搭载单元的控制、高地温、岩体破裂数据的实时采集。本申请探测反馈了深埋高地温多场耦合环境下围岩温度、岩体破裂演化与围岩稳定性间的动态映射关系，可以更好地同步捕捉工程活动下深埋高地温隧道温度与围岩破裂演化过程。技术研发人员：刘造保,王厚宇,林潮,杨强,李永平,孔德群,答治华受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9