CN103485268A - 一种公路信息化智能注浆系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路信息化智能注浆系统，包括活动测试箱、密度传感器、注浆量传感器、压力传感器、无线远传模块、管道、蓄电池、线路板、控制装置和内设无线模块的电源控制端。本发明的技术效果在于，首次将注浆压力、注浆量及水灰比等三种参数测试传感器集成到一个活动测试箱内，并根据对浆液实测参数进行实时分析，依据设定的注浆结束标准自动结束注浆，解决了目前以人工目测和经验判定是否结束注浆的问题；同时该系统采用无线传输模式，全部设备均使用无线通讯，避免了施工现场布线困难，和布线所带来的施工麻烦。本智能控制系统将数据收集和操作平台集成到掌上电脑，使得现场操控更为直观便捷。

Description

一种公路信息化智能注浆系统

技术领域

本发明涉及一种公路信息化智能注浆系统。 

背景技术

截至2011年底,湖南省高速公路通车总里程达到2649公里，在建高速公路4000余公里。到“十二五”末湖南省高速公路通车里程将达到6000公里以上，湖南省高速公路大养护格局将基本形成。如何提高高速公路养护水平是成为我省高速公路养护亟待解决的重要问题。注浆工艺是处治路基病害的主要手段，每年我省都需投入巨额养护经费用于高速公路的注浆加固，因此提升注浆加固效率、保障注浆施工质量及实现注浆施工精细化管理的意义重大。 

目前实际施工中的注浆工艺存在以下几点问题： 

（1）注浆过程中浆液配比控制不严，基本是以人工经验为主，无法将注浆材料的水灰比维持在一个确定的水平。而水灰比过高，将导致浆液过稀，使其凝结时间延长，且后期强度过低；水灰比过低，将导致浆液过稠，会影响浆液的流动性，同时使得浆液凝结时间缩短，对注浆设备及压浆效果均有影响。这个问题使得施工前通过试验论证的施工配合比无法得到有效的实施。 

（2）注浆结束标准控制不严，仅以人工肉眼判定，无法保证适宜的注浆效果。仅以人工经验，若在达到设计注浆压力前停止，则说明注浆进行程度未达标；若在停止注浆时压力已超过设计标准，则极易导致爆管，同时导致材料的浪费。 

（3）注浆量的确定缺乏严格的标准及监督。由于注浆加固是一项隐蔽工程，不能准确定量，常有施工单位投机取巧，虚报注浆量，漫天要价。 

以上几点问题，导致了目前注浆行业及施工的混乱，随着标准化施工要求的提出，这一现象亟待整顿，如何使得注浆工艺得到有效监控，将各项注浆指标得到量化，然后进行信息化控制是整个行业面临的重大课题。 

发明内容

为了解决目前注浆行业及施工难以实现标准化的技术问题，本发明提供一种能起到规范注浆施工、保证注浆效果、明确注浆工程量等效果的公路信息化智能注浆系统。 

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种公路信息化智能注浆系统，包括 活动测试箱、密度传感器、注浆量传感器、压力传感器、无线远传模块、管道、蓄电池、线路板、控制装置和内设无线模块的电源控制端，所述的活动测试箱为中空的箱体，所述的管道穿入至箱体内，所述的密度传感器、注浆量传感器和压力传感器的传感端依次设置于箱体内的管道内并分别通信连接各传感器本体，注浆量传感器和压力传感器的本体固定于管道上，所述的线路板固定于活动测试箱的内壁上，密度传感器的本体固定于线路板上，所述的无线远传模块固定于线路板上，各传感器本体的输出端分别连接至无线远传模块，所述的蓄电池固定于活动测试箱内并为各传感器和无线远传模块提供电源，无线远传模块与控制装置无线通信连接，所述的电源控制端设置于外部注浆设备的电源端处并控制外部注浆设备的启停，控制装置无线通信连接至电源控制端并控制电源控制端。 

所述的一种公路信息化智能注浆系统，还包括激光测距传感器和激光测距支架，所述的激光测距支架包括水平支撑杆和斜向支撑杆，所述的水平支撑杆的一端固定于活动测试箱的外侧壁上，另一端固定有激光测距传感器，所述的斜向支撑杆一端固定于活动测试箱的外侧壁上并处于水平支撑杆的下方，另一端固定于水平支撑杆底部，所述的激光测距传感器竖直朝向地面固定以检测被注浆地面的隆起情况，激光测距传感器的输出端连接至无线远传模块，蓄电池为激光测距传感器提供电源。 

所述的一种公路信息化智能注浆系统，还包括两个用于外部注浆管道的管道接头，所述的两个管道接头分别设置于管道在活动测试箱的出入端口上。 

所述的一种公路信息化智能注浆系统，所述的活动测试箱的底部设有4个带制动装置的万向轮。 

所述的一种公路信息化智能注浆系统，所述的管道在箱体内包括依次连接并形成U形管道的竖直的入浆段、水平的水平段和竖直的出浆段，入浆段连接外部入浆管道，出浆段连接外部出浆管道，所述的注浆量传感器固定于U形管道底部的水平段，所述的密度传感器固定于U形管道的入浆段，所述的压力传感器固定于U形管道的出浆段。 

所述的一种公路信息化智能注浆系统，所述的控制装置为便携式电脑。 

所述的一种公路信息化智能注浆系统，还包括电子狗，所述的电子狗为外置式USB电子密钥，电子狗连接至控制装置以启动控制装置。 

本发明的技术效果在于，保证注浆施工的监管体系，实时测定注浆压力、注浆量、浆液水灰比、板体竖向位移等数据，通过控制装置及电源控制端的处理实现对施工过程的监管，保证施工质量，同时为工程计量提供了依据。本系统安装快捷、操作简便、测试准确、处理智能，适用于公路注浆的信息化控制，有助于改变注浆行业此前无序、混乱的局面。 

下面结合附图对本发明作进一步说明。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图； 

图2为本发明控制原理图； 

其中，1为活动测试箱、2为密度传感器、3为注浆量传感器、4为压力传感器、5为激光测距传感器、6为无线远传模块、7为入浆段、8为水平段、9为出浆段、10为蓄电池、11为激光测距支架、12为线路板、13为控制装置、14为电源控制端、15为电子狗、16为管道接头。 

具体实施方式

参见图1，本实施例包括活动测试箱1、密度传感器2、注浆量传感器3、压力传感器4、激光测距传感器5、无线远传模块6、管道7～16、蓄电池17、激光测距支架18、线路板19、控制装置20、电源控制端21、电子狗22、管道接头23。所述活动测试箱1宽0.6m，高1.2m，非工作状态长1.2m，工作状态下展开激光测距支架18总长2.2m，底部安装4个带制动装置的万向轮，主要测试原件均集成其中。由管道及传感器组成的浆液通道为竖直平面内的U型管形式，管道相连接处均采用焊接工艺进行连通，管道与注浆量传感器之间采用焊接加螺栓形式连结。压力传感器4整体附着于管道的入浆段7中部，传感端嵌入入浆段7内，采用电焊工艺进行密封。注浆量传感器3采用焊接加螺栓形式连结于管道水平段8上。密度传感器2主体固定在线路板12处，两个传感端按照间距0.5m嵌入管道的出浆段9内，采用电焊工艺进行密封。激光测距传感器5安装于激光测距支架11端部，支架11活动焊接于活动测试箱1侧面，可收起。各传感器采集之数据均通过所布线路传输至无线远传模块6，无线远传模块6继而通过组建网络将数据无线传输至控制装置13，数据最后经控制装置13内的系统进行处理进一步显示。整个活动测试箱1内的电力均由固定于活动测试箱1内部底面的蓄电池10提供。无线远传模块6固定在线路板12上，线路板12焊接于活动测试箱1的内部背面。整个连通的管道通过管道出入口处的两个螺栓固定于活动测试箱1内部。活动测试箱1前后两面为带锁双页门顶部为异形带锁盖门，其余3面均密封。整个测试中，浆液流经按顺序流经安装在管道上的密度传感器、注浆量传感器、压力传感器，浆液流经入浆段7时压力传感器采集浆压数据，流经水平段时注浆量传感器3采集注浆量数据，流经出浆段时密度传感器4采集数据，同时激光测距传感器5采集水泥板位移数据，实现对整个注浆过程的中各项指标的采集。管道接头16用于将原有注浆设备的管道与活动测试箱1进行连结。 

本发明通过活动测试箱1、控制装置、电源继电器控制端三部分，能够实时检测压力、水灰比、注浆量、地表位移数据，结合施工标准的要求，通过电源继电器实现对整个注浆设备的控制，对注浆质量实现合理的量化控制。 

活动测试箱内的管道，采用竖直方向上的U型管设计，分别将密度传感器2设置于管道的入浆段7上、注浆量传感器3设置于水平段8上、压力传感器4设置在管道的出浆段上，以确保各个传感器的测量精度。管道外径为45mm，管壁厚为3mm。 

本实施例采用的注浆量传感器3，根据水泵参数注浆量为12m³/h，选择DN40的管道及注浆量传感器以确保测量范围满足要求，径向长度为150mm，同时根据注浆量传感器3安装要求将注浆量计安装于活动测试箱1底部，以保证测量介质充满管道，同时由于浆液在经过管道转角弯管处时，液体的流速会因转角的影响而发生变化，为保证浆液通过注浆量计时浆液流速稳定且浆液均匀，故管道在转角后到达的注浆量传感器的这段长度需保证为10倍直径以上，即管径为45mm，那么这段长度应为450mm以上，以及流经注浆量传感器后到达转角的距离保证5倍直径以上，即230mm以上的直管距离，若未依此处理，测试结果将存在较大误差。 

本实施例采用的压力传感器4，根据压浆行业普遍采用的注浆管所能承受最大液压为3MPa左右，选用量程0～5MPa压力变送器，采用凸面结构，保证大面积接触液体，并防止测压孔堵塞。 

本实施例采用的密度传感器2，根据一般注浆用浆液的最大介质密度3kg/L，尽可能控制设备整体体积，选用测量距离500mm、量程0～20kpa差压变送器测试浆液密度，主体固定在线路板12处，两个传感端按照间距0.5m嵌入管道内，选择介质由下至上的竖直管段14安装，并且靠活动测试箱1顶部安装，以确保其下方直管段的长度为7～10倍管道直径的直管距离。 

本实施例采用的激光测距仪5，测量精度达到1mm，测量范围为0～3m，采用伸缩结构，使用时将探头伸出约1m，使之位于垂直方向的被注浆板上方并固定，将活动测试箱1停放至平整、不受灌浆影响处，可观测探头下方地面是否隆起变形，不使用时即可将探头收回车体范围以内，以防止碰撞，便于使用。 

本实施例采用的无线远传设备6，采用wifi传输，将整个系统内四个传感器的模拟量信号以及电源控制的开关信号同步，可就地使用平板电脑、笔记本电脑等设备进行采集及控制。 

本实施例采用的活动测试箱1，底部安装四个带脚踏式制动装置的万向轮，以确保压 浆过程中仪器的稳定。 

本实施例采用的电源控制端为电源继电器，并集成无线远传模块，设置在注浆设备与电源之间，通过控制平台无线传输的信号对电源的接通与否实行控制，无需人工手动操作。 

本实施例采用的控制装置13，配备对应的加密电子狗设备，所述的电子狗为外置USB密钥形式，使用时插入控制装置的USB接头，即可解除对系统的锁定，未插入则系统无法正常运行。以确保在监理方等监督人员未到场情况下不能注浆，规避由于监督不到位导致的质量风险。在实时检测各项数据后，按照时间及注浆孔号生成数据文件，可使用本系统研发的相关的软件进行转译，得出相应的数据表及曲线，便于此后的查阅。 

本实施例采用的管道接头16，采用快速对接设计，设置两个卡子，卡子为不规则形状凸榫形式的可180°旋转固定卡子。使用时先将外部注浆设备的软管固定于管道接头外侧，再将管道接头内侧嵌入活动测试箱进（出）浆口，最后将管道接头的两个固定卡子卡好即可可将注浆用软管快速与活动测试箱连结。 

在实际使用时，本发明针对注浆施工进行注浆压力、注浆量、水灰比及地表抬升测量，并将测量值同时作为信息化控制指标。 

（1）注浆压力。注浆压力是注浆工艺的重要控制指标，压力的大小决定注浆进展彻底与否，此外经研究发现，当注浆压力在稳定一点时间后出现陡增情况时，可认为注浆已经饱和，在本系统的设计中，正是以此作为停止注浆的控制指标之一，以起到保证注浆效果且合理节省材料的目的。本发明采用的注浆压力传感器型号为：WJKP2088。 

（2）注浆量。注浆量在注浆施工过程中是重要的工程计量指标，通过此项数据的获取能够为最终的工程结算提供可靠依据，将从根本上改变当前注浆行业工程量计算无序的状况。同时经研究发现，在当次注浆中若产生了过大注浆量，说明下方出现了其他工程状况，此时继续注浆将起不到应有的工程作用，故有必要测定具体的注浆量以避免这种情况的出现。针对注浆量，本发明中采用WJDC-DN40型号的流量传感器。 

（3）水灰比。水灰比是注浆材料质量的重要参数之一，对于目前普遍的注浆工程，存在的最大问题之一就是材料中水泥用量未经控制，致使工程质量没有保证，而通过水灰比监控，这一问题将得到有效的解决。针对水灰比的测量，本发明中采用WJ-5202差压式密度计，得到密度之后，再通过相应的公式进行换算，得到浆液水灰比，公式如下所示： 

$x=\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{{\mathrm{\ρ}}_2}\left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_2-\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_1}\right)$

x:显示的实时水灰比； 

ρ:测得的实时浆液密度； 

ρ₁:水的密度，取ρ₁=1； 

ρ₂:水泥密度，通过注浆前实测数据得到。 

（4）地表位移。经研究发现，在板底注浆效果良好情况下，发生沉陷的水泥板都会有一定程度的上浮，因此本发明将地表纵向位移作为注浆评定指标之一。本发明采用激光测距仪测定地表位移。 

本发明用于公路注浆施工控制时，人工将活动测试箱移动至被注浆板体周边的稳定处，展开激光测距支架，使测距仪位于被注浆板体正上方，踩紧万向轮的制动器，然后将活动测试箱的进浆口、出浆口分别与压浆泵、注浆管相连并固定，插入加密狗装置，启动控制装置，进入软件输入相关信息后进入控制界面。当准备工作做好后，开启注浆泵开始注浆，同时按下掌上控制端的开始监控按钮，伴随着注浆的进行，掌上控制端能够实时同步显示注浆压力、注浆量、水灰比、板体竖向位移四项数据，同时针对各项数据进行判定继而做出提示，提示包括水灰比过高（过低）、注浆压力过高（过低）、注浆量过大等，提示的同时系统会向电源控制端发出指令，例如水灰比过高时将切断电影，此时施工人员必须在增大水泥用量后再行开启系统，若仍不达标，则电源将再次被切断。当一个注浆孔注浆结束后，按下掌上控制端的结束按钮，系统将停止收集并保存之前的数据。处理数据时，可使用系统包含的转译软件对原始数据进行转译，即可得到直观的数据列表。 

Claims (7)

1.一种公路信息化智能注浆系统，其特征在于，包括活动测试箱、密度传感器、注浆量传感器、压力传感器、无线远传模块、管道、蓄电池、线路板、控制装置和内设无线模块的电源控制端，所述的活动测试箱为中空的箱体，所述的管道穿入至箱体内，所述的密度传感器、注浆量传感器和压力传感器的传感端依次设置于箱体内的管道内并分别通信连接各传感器本体，注浆量传感器和压力传感器的本体固定于管道上，所述的线路板固定于活动测试箱的内壁上，密度传感器的本体固定于线路板上，所述的无线远传模块固定于线路板上，各传感器本体的输出端分别连接至无线远传模块，所述的蓄电池固定于活动测试箱内并为各传感器和无线远传模块提供电源，无线远传模块与控制装置无线通信连接，所述的电源控制端设置于外部注浆设备的电源端处并控制外部注浆设备的启停，控制装置无线通信连接至电源控制端并控制电源控制端。

2.根据权利要求1所述的一种公路信息化智能注浆系统，其特征在于，还包括激光测距传感器和激光测距支架，所述的激光测距支架包括水平支撑杆和斜向支撑杆，所述的水平支撑杆的一端固定于活动测试箱的外侧壁上，另一端固定有激光测距传感器，所述的斜向支撑杆一端固定于活动测试箱的外侧壁上并处于水平支撑杆的下方，另一端固定于水平支撑杆底部，所述的激光测距传感器竖直朝向地面固定以检测被注浆地面的隆起情况，激光测距传感器的输出端连接至无线远传模块，蓄电池为激光测距传感器提供电源。

3.根据权利要求1所述的一种公路信息化智能注浆系统，其特征在于，还包括两个用于外部注浆管道的管道接头，所述的两个管道接头分别设置于管道在活动测试箱的出入端口上。

4.根据权利要求1所述的一种公路信息化智能注浆系统，其特征在于，所述的活动测试箱的底部设有4个带制动装置的万向轮。

5.根据权利要求1所述的一种公路信息化智能注浆系统，其特征在于，所述的管道在箱体内包括依次连接并形成U形管道的竖直的入浆段、水平的水平段和竖直的出浆段，入浆段连接外部入浆管道，出浆段连接外部出浆管道，所述的注浆量传感器固定于U形管道底部的水平段，所述的密度传感器固定于U形管道的入浆段，所述的压力传感器固定于U形管道的出浆段。

6.根据权利要求1所述的一种公路信息化智能注浆系统，其特征在于，所述的控制装置为便携式电脑。

7.根据权利要求1所述的一种公路信息化智能注浆系统，其特征在于，还包括电子狗，所述的电子狗为外置式USB电子密钥，电子狗连接至控制装置以启动控制装置。

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