一种地下气体探测的多功能探头制造技术

本发明专利技术公开了一种地下气体探测的多功能探头，该探头包括位于其前端的孔隙水压力测量模块（1），与孔隙水压力测量模块（1）相连的电阻率测量模块（2）；其中，孔隙水压力测量模块（1）用于在探头压入土体过程中，探测土体中不同深度孔隙水压力的大小及其变化情况；电阻率测量模块（2）用于测试土壤电阻率的变化；气体采集附加模块（3）用于采集土层中的气体。本发明专利技术既方便快捷，又不受周围电磁环境等复杂条件的干扰，使探测结果可靠准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及土木建筑、交通工程、环境工程领域，尤其涉及一种探测地下土体中原生或外来有毒有害气体的新型多功能探头。
技术介绍
地下空间的开发是21世纪城市可持续发展的重要途径，地下交通系统(地铁隧道)、高层建筑地下室、地下市政基础设施、地下公共服务设施、防灾与生产储存设施等各类用途的地下空间已经在众多大城市中逐步得到开发与利用。由于城市地下施工环境复杂， 特别是大规模线性延展的地下轨道交通系统往往会穿越各种长期受人类活动影响的复杂地层(如废弃厂矿区)，在建筑深基坑、人工挖孔桩等各种类型的深开挖工程中可能会遇到含有大量原生或外来各种有毒有害气体的土体，主要包括甲烷(CH4)、CO、CO2, H2S等，在突然揭露泄出的情况下，会对施工人员的安全造成威胁，少量吸入会造成头晕、眼花、恶心、呕吐等症状，大量吸入甚至会危害生命，特别是现在由于受到周边环境控制的严格要求，城市地下工程的施工多采用逆作法、浅埋暗挖法、盾构法等施工工法，施工空间往往是相对密闭的，若遇到含大量有毒有害气体的土层，在未采取任何保护措施的情况下，将加重危害，从而对施工安全提出了更高的要求。目前在我国经济较发达的沿海沿江城市(诸如上海、南京、杭州、宁波、苏州)的地铁工程勘察过程中均发现了地下浅层有害气体(以沼气为主)，如武汉地铁二号线范汉区间盾构隧道穿越了瓦斯储气层、杭州地铁1号线遇到了浅层储气砂层，已成为地铁等地下工程建设中的一项新的危害，在实际地下工程施工中也出现了大量的此类安全事故。人们对大气中有毒有害气体的探测已进行了大量研究，开发了各种气体采集与过滤装置，但是对于工程建设涉及到的土层剖面中有毒有害气体的研究报道很少，主要受到土体中气体探测手段的制约。通常，在工程勘察阶段的工作中往往不包括土层中气体探测， 大多数情况下，是在施工阶段出现了有毒有害气体造成的安全事故后，才使用各种气体收集器收集工作空间中的气体进行室内分析，既延误预防时机，又不能对后续工程进行指导； 或者在浅层开挖一个土壤剖面，安装气体采集探头，但深度有限，而且扰动严重，不能代表土层原位的实际情况，而且受限于时间与经费限制，难以大量布点，无法满足工程实际的需要。因此，迫切需要研发一种能够对土体中含有的有毒有害气体进行快速、有效地进行超前探测的新手段。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的提供一种地下气体探测的多功能探头，能有效解决地下工程建设地层中有毒有害气体的探测及采集难题。技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提出一种地下气体探测的多功能探头，该探头包括位于其前端的孔隙水压力测量模块，与孔隙水压力测量模块相连的电阻率测量模块；其中，孔隙水压力测量模块用于在探头压入土体过程中，探测土体中不同深度孔隙水压力的大小及其变化情况；电阻率测量模块用于测试土壤电阻率的变化；气体采集附加模块用于采集土层中的气体。优选的，所述孔隙水压力测量模块包括位于探头最下端的锥尖，位于锥尖上方且与与锥尖相连的透水孔压元件，穿过透水孔压元件且与透水孔压元件相连的空心钢立柱， 位于空心钢立柱上方且与空心钢立柱相连的孔压测试传感器，位于孔压测试传感器上方且与孔压测试传感器相连的电缆线，第一连接头，位于透水孔压元件上方的探头刚套筒及安装在刚套筒后端的密封圈；电缆线穿过空心的第一连接头，第一连接头与上端的电阻率测量模块相连。优选的，电阻率测量模块包括位于其下端的第二连接头，第二连接头下方与孔隙水压力测量模块相连，位于第二连接头上方且与第二连接头相连的绝缘塑料外套，安装在绝缘塑料外套上的供电电极、接地电极、测量电极第三连接头，该第三连接头与上部贯入的钻杆相连。优选的，该探头包括位于其前端的孔隙水压力测量模块，与孔隙水压力测量模块相连的气体采集附加模块；其中，孔隙水压力测量模块用于在探头压入土体过程中，探测土体中不同深度孔隙水压力的大小及其变化情况；气体采集附加模块用于采集特定深度土层中有毒有害气体。优选的，所述孔隙水压力测量模块包括位于探头最下端的锥尖，位于锥尖上方且与锥尖相连的透水孔压元件，穿过透水孔压元件且与透水孔压元件相连的空心钢立柱，位于空心钢立柱上方且与空心钢立柱相连的孔压测试传感器，位于孔压测试传感器上方且与孔压测试传感器相连的电缆线，第一连接头，位于透水孔压元件上方的探头刚套筒及安装在刚套筒后端的密封圈；电缆线穿过空心的第一连接头，第一连接头与上端的气体采集附加模块相连。优选的，气体采集附加模块包括第四连接头，第四连接头下方与孔隙水压力测量模块相连；位于第四连接头上方且与第四连接头连接的气体捕获窗口 ；位于气体捕获窗口上方且与气体捕获窗口相连的气体储存腔室，与气体储存腔室相连的气体抽取通道，气体储存腔室上下端分别设有止回阀。有益效果本专利技术对地层中含有气体采用了孔压、电阻率及采样的综合判释，可靠性较高，同时由于利用了工程勘察单位普遍拥有的常规静探机进行现场探测，适应性强，能满足大规模不同深度剖面测试的要求，不需要事先埋入，操作方便快捷，特别适合于大规模工程场地气体探测任务。附图说明图1为多功能探头整体结构示意图2为图1中孔隙水压力测试模块结构示意图； 图3为图1中电阻率测试模块结构示意图4为附加的气体采集模块结构示意图；其中1一孔隙水压力测量模块；2 —电阻率测量模块；3 —气体采集附加模块；4 一锥尖；5-透水孔压元件；6-空心钢立柱；7-孔压测试传感器；8-钢套筒；9-电缆线；10-O型密封圈；11-第一连接头；12-第二连接头；13-绝缘塑料外套；14-供电电极；15-接地电极；16-测量电极；17-第三连接头；18-第四连接头；19-气体捕获窗口 ；20-气体储存腔室；21-止回阀；22-气体抽取通道。 具体实施例方式下面将参照附图对本专利技术进行说明。以下将结合附图对专利技术的构想、具体结构及测试方法、产生的技术效果做进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。本专利技术提供的地下气体探测的多功能探头包括位于其前端的孔隙水压力测量模块1，与孔隙水压力测量模块1相连的电阻率测量模块2，可用于替换电阻率测量模块2的气体采集附加模块3 ；其中，孔隙水压力测量模块1用于在探头压入土体过程中，探测土体中不同深度孔隙水压力的大小及其变化情况；电阻率测量模块2用于测试土壤电阻率的变化；气体采集附加模块3用于采集土层中的气体。所述孔隙水压力测量模块1包括位于探头最下端的锥尖4，位于锥尖4上方且与与锥尖4相连的透水孔压元件5，穿过透水孔压元件5且与透水孔压元件5相连的空心钢立柱6，位于空心钢立柱6上方且与空心钢立柱相连的孔压测试传感器7，位于孔压测试传感器7上方且与孔压测试传感器相连的电缆线9，第一连接头11，位于透水孔压元件5上方的探头刚套筒8及安装在刚套筒8后端的密封圈10 ；电缆线9穿过空心的第一连接头11，第一连接头11与上端的电阻率测量模块2相连。电阻率测量模块2包括位于其下端的第二连接头12，第二连接头12下方与孔隙水压力测量模块1相连，位于第二连接头12上方且与第二连接头12相连的绝缘塑料外套 13，安装在绝缘塑料外套13上的供电电极14、接地电极15、测量电极16，第三连接头17，该第三连接头17与上部贯入的钻杆相连。该探头包括位于其前端的孔隙水压力测量模块1，与孔隙水压力测量模块1相连的气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种地下气体探测的多功能探头，其特征在于：该探头包括位于其前端的孔隙水压力测量模块（１），与孔隙水压力测量模块（１）相连的电阻率测量模块（２）；其中，孔隙水压力测量模块（１）用于在探头压入土体过程中，探测土体中不同深度孔隙水压力的大小及其变化情况；电阻率测量模块（２）用于测试土壤电阻率的变化；气体采集附加模块（３）用于采集土层中的气体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：童立元，刘松玉，杜广印，王强，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84