[发明专利]一种地铁地表沉陷预警系统

说明书

本发明提供一种地铁地表沉陷预警系统，包括预埋设的同位素示踪剂灌注管、信号监测装置、信号传输装置、信号处理系统和地表沉陷预警系统。同位素示踪剂灌注管将被预埋入地铁隧道管片衬砌壁后，在隧道施工期间定期灌注混合有亲水试剂二羟甲基丙酸（DMPA）的¹⁸O同位素示踪剂，示踪剂具有沿渗水方向逆向传播进行示踪的特征；信号监测装置能监测到同位素的传播路径，并将该路径转化为电流信号；信号传输装置将监测到的同位素示踪剂扩散信号收集，并传入信号处理系统；信号处理系统将接收到的信号转化为三维视觉图像，得到沉降的位移场；地表沉陷预警系统将根据信号处理结果判断出地表以下发生空洞的状态，及时发出沉陷预警。

技术领域

本发明涉及地铁施工地表沉降监测与预报及沉陷灾害防治领域，尤其是一种地铁地表沉陷预警系统。

背景技术

地铁隧道盾构施工过程中，由于地层损失和地下水流失造成的土层固结，将会引起地表沉降或突然的塌陷，造成财产损失和人员伤亡。据统计，截至2020年1月，包括港、澳、台在内的我国拥有地铁的46个城市中，发生地表沉陷事故78起，死亡92人，受伤34人，造成的经济财产损失不可计量。此类塌陷灾害在地铁施工领域普遍存在，其预报和防治是个巨大的难题，至今未解。

同位素是指原子核中的质子数目相同而中子数目不同的一类原子，同位素含量用同位素丰度表示: 即指一种元素中的某一同位素在原子中所占的百分含量。同位素示踪法是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法。根据其在研究对象内部的扩散分布，形成可视化视觉图像，得到研究对象的变化状态。

发明内容

为解决现在地铁施工中遇到的地表沉陷预测难题，本发明提供一种地表沉陷预警系统，能够对地表沉陷及时、准确地做出预报，减少财产损失和人员伤亡。

本发明提供一种地铁地表沉陷预警系统，包括预埋设的同位素示踪剂灌注管、信号监测装置、信号传输装置、信号处理系统和地表沉陷预警系统。

优选地，所述同位素灌注管预埋于隧道顶端管片衬砌壁后，每隔10 m预留设一个释放孔。在隧道施工期间，定期通过灌注管灌注混合有亲水试剂二羟甲基丙酸（DMPA）的¹⁸O同位素示踪剂，探测地层中是否有可能引起地表沉陷的裂隙渗水现象。

优选地，所述信号监测装置能自动识别同位素示踪剂的传播路径，收集脉冲信号，并将其转化为电流信号。

优选地，所述信号传输装置将地下的监测信号传输到地上的信号处理系统中，用于后续处理。

优选地，所述信号处理系统，将接收到的电流信号转化为位移场三维视觉图像，显示出位移矢量的移动方向及大小。

优选地，所述地表沉陷预警系统将根据信号处理系统的计算结果，自动给出预报警示。

有益效果：本发明的地铁地表沉陷预警系统巧妙地利用同位素示踪原理，反演出隧道以上、地表以下的地层运动状况，对可能发生的地表沉陷做出预报。该套系统结构简单，布置方便，只需在前期隧道施工时随隧道布设。布设完成后，系统的使用都是在地面用电脑控制，操作简单。由于目前地铁隧道施工中，地表沉陷灾害每年都在发生，造成人员伤亡和巨大的财产损失。通过本发明的应用，能在灾害发生前提前预警，并及时采取阻断措施，增加地铁施工的安全性。

附图说明

图1是本发明所述的监测系统布设示意图；图2是本发明所述的信号处理与预警系统示意图。

①信号监测及传输装置；②同位素示踪剂灌注管；③渗水裂隙；④沉降槽。

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，但不构成对本发明的限定。

具体实施方式

为了使本发明的实施例目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。