CN110055967B - 一种用于超深地下连续墙的泥浆控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于超深地下连续墙的泥浆控制系统及其控制方法，特点是包括泥浆制备装置、压力传感器、雷达监测装置、信号传输装置和用于处理信息发送指令的计算机终端装置，控制方法步骤如下：确定每层土标高下最佳泥浆压力值；采用压力传感器与雷达监测装置采集开挖深度处的泥浆压力、泥浆压力变化速率以及泥皮质量经由信号发射装置传至计算机终端装置，与预设值对比分析进而判断超深地下连续墙泥浆护壁过程中是否存在泥浆压力过小、漏浆以及泥皮质量较差等现象，同时向泥浆制备装置发送指令及时调整泥浆参数，优点是能够实现地下连续墙施工的自动化监控，实时调整泥浆参数，提高了超深地下连续墙的成槽质量，确保了后续施工的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种泥浆控制系统，尤其是涉及一种用于超深地下连续墙的泥浆控制系统及控制方法。
背景技术
城市地下空间开发与利用已成为提高城市容量、缓解城市交通、改善城市环境的重要手段。随着城市建设进程的加快，发展超深地下空间将成为未来城市建设的趋势。城市轨道交通建设作为城市化的重要一环，密集线路与车站的建设不可避免地对周围建（构）筑物产生影响。作为软土地区基坑开挖成熟的围护结构施工工艺，地下连续墙因其安全性和稳定性被广泛使用。但随着基坑开挖深度的不断加大，含有软弱黏土和砂粉土的复杂地层中超深地下连续墙施工则面临着成槽时间长、施工难度大、槽壁稳定差等难题。目前，在超深地下连续墙成槽过程中，通常采用某一固定配比的泥浆，且槽壁泥皮形成情况停留在经验性判断阶段，成槽质量难以控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现地下连续墙施工的自动化监控，并实时调整泥浆参数，提高了超深地下连续墙的成槽质量，确保了后续施工的安全性的用于超深地下连续墙的泥浆控制系统及其控制方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于超深地下连续墙的泥浆控制系统，包括位于地上的用于调配泥浆的泥浆制备装置、用于处理信息以及发送指令的计算机终端装置以及安装在铣槽机上的用于监测泥浆压力的压力传感器、用于探测泥皮质量的雷达监测装置和用于传输信息的信号传输装置，所述的压力传感器和所述的雷达监测装置分别通过导线与所述的信号传输装置电连接，所述的信号传输装置通过无线信号与所述的计算机终端装置实现电信号连接，所述的计算机终端装置与所述的泥浆制备装置电连接并向所述的泥浆制备装置发送调配泥浆指令。
一种利用上述用于超深地下连续墙的泥浆控制系统进行泥浆控制的方法，包括以下步骤：
（1）通过取样试验或原位试验，测定出每层土的内摩擦角，粘聚力/>和土体容重，根据工作区地质资料，确定每层土体的厚度hi，计算出沿成槽深度方向各点的主动土压力值/>和被动土压力值/>，其中/>为主动土压力系数，/>被动土压力系数，/>为土的内摩擦角，i为1、2、3…n，n代表地下连续墙土体的总层数，针对每层土体在主动土压力值与被动土压力间梯度取值，输入有限元数值软件中进行有限元数值模拟，取地下连续墙成槽过程中侧壁变形最小的泥浆压力值作为该层土标高下最佳泥浆压力值；
（2）在铣槽机不断下挖的过程中，压力传感器实时采集超深地下连续墙开挖面的泥浆压力值和泥浆压力变化率，并将采集到的泥浆压力值和泥浆压力变化率通过信号传输装置输送至计算机终端装置，计算机终端装置将采集到的泥浆压力值与相应土层标高下最佳泥浆压力值进行比较，当泥浆压力值大于相应土层下最佳泥浆压力值时，则计算机终端装置向泥浆制备装置发出增大含水量以及减小粘土含量的指令，泥浆制备装置减少泥浆比重直至泥浆压力值调整为相应土层下最佳泥浆压力值；当泥浆压力值小于相应土层下最佳泥浆压力值时，则计算机终端装置向泥浆制备装置发出增大粘土含量以及增加重晶石、铁砂加重剂的指令，泥浆制备装置增大泥浆比重，直至泥浆压力值调整为相应土层下最佳泥浆压力值；当泥浆压力变化率发生变化时，则计算机终端装置向泥浆制备装置发出增大灌注速率，并加大泥浆比重的指令，泥浆制备装置增大灌注速率并加大泥浆比重直至保持开挖槽内泥浆液面标高不变；
（3）同时在铣槽机不断下挖的过程中，雷达监测装置实时采集超深地下连续墙开挖面的电磁波反射时间，并将采集到的电磁波反射时间通过信号传输装置输送至计算机终端装置，计算机终端装置将采集到的电磁波反射时间与相应土层高度下的预设的电磁波反射时间进行比较，若电磁波反射时间小于预设的电磁波反射时间，则泥皮成膜质量好，若电磁波反射时间大于预设的电磁波反射时间，则泥皮成膜较薄或未成膜，通过计算机终端装置向泥浆制备装置发出调整泥浆配比指令，泥浆制备装置通过调整泥浆含砂率、粘土含量以及添加剂含量直至泥浆pH处于7~9之间；
（4）重复上述步骤（2）-（3）直至完成超深地下连续墙施工过程。
所述的泥浆制备装置采用科迅KD系列泥水分离系统，通过调整膨胀土、分散剂、增粘剂以及重晶石含量，进而控制泥浆比重、泥浆粘度和泥浆含砂率参数指标。进而保证地下连续墙泥浆护壁质量。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明一种用于超深地下连续墙的泥浆控制系统，基于压力传感器，雷达探测与现代网络通信技术实现了施工现场超深地下连续墙泥浆护壁工艺的远程自动调控，使技术人员免除了复杂的操作以及读取数据流程，无需值守便可实时便捷地掌控泥浆性能参数以及槽壁内成膜情况，保障施工的顺利进行，并及时对实测数据进行存储。
（2）实际施工现场泥浆的比重根据成槽地层的不同进行智能调整。本发明基于传感器技术自动测定，实时获取开挖深度处的泥浆压力，并根据与最佳的压力值的对比结果，调整泥浆比重，确保泥浆压力保持为预设值，提高槽壁稳定性，实现精细化施工。
（3）实际施工现场槽壁内泥皮形成情况得到实施监控。形成泥皮是泥浆护壁的关键，本发明基于雷达技术，实施监测泥皮形成情况，若无法及时形成泥皮或泥皮厚而脆，则无线反馈至终端，通过终端控制泥浆制备装置，调整泥浆配比，直至形成失水量小的薄而韧的泥皮。现场技术人员可以实时、准确地了解泥皮形成情况，提高施工效率，实现信息化施工。
（4）本发明还通过监测泥浆压力变化速率，来反映槽内泥浆液面标高，一旦泥浆压力变化速率急剧增大，立即补液并适当增大泥浆比重，同时产生预警并发送至现场工作人员，以便及时做出专业的处理，保障了施工的安全性。
综上所述，本发明一种用于超深地下连续墙的泥浆控制系统及其控制方法，通过压力传感器以及雷达监测装置采集数据，实时监测开挖面泥浆压力、泥浆压力变化率以及槽壁泥浆成膜的质量等，可以实现地下连续墙施工现场泥浆护壁过程中泥浆的比重、泥浆压力和成膜质量等指标的智能监控，并根据监测处理结果及时优化泥浆配比，极大地方便了施工人员对泥浆性能的管控，提高了施工效率，确保了超深地下连续墙的成槽质量，为后续施工的安全进行奠定基础。
附图说明
图1为一种用于超深地下连续墙的泥浆控制系统示意图，其中1-泥浆制备装置，2-计算机终端装置，3-压力传感器，4-雷达监测装置，5-信号传输装置，6-铣槽机。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种用于超深地下连续墙的泥浆控制系统，如图1所示，包括位于地上的用于调配泥浆的泥浆制备装置1、用于处理信息以及发送指令的计算机终端装置2以及安装在铣槽机6上的用于监测泥浆压力的压力传感器3、用于探测泥皮质量的雷达监测装置4和用于传输信息的信号传输装置5，压力传感器3和雷达监测装置4分别通过导线与信号传输装置5电连接，信号传输装置5通过无线信号与计算机终端装置2实现电信号连接，计算机终端装置2与泥浆制备装置1电连接并向泥浆制备装置1发送调配泥浆指令。
实施例2
一种利用实施例1用于超深地下连续墙的泥浆控制系统进行泥浆控制的方法，包括以下步骤：
（1）通过取样试验或原位试验，测定出每层土的内摩擦角，粘聚力/>和土体容重，根据工作区地质资料，确定每层土体的厚度hi，计算出沿成槽深度方向各点的主动土压力值/>和被动土压力值/>，其中/>为主动土压力系数，/>被动土压力系数，/>为土的内摩擦角，i为1、2、3…n，n代表地下连续墙土体的总层数，针对每层土体在主动土压力值与被动土压力间梯度取值，输入有限元数值软件中进行有限元数值模拟，取地下连续墙成槽过程中侧壁变形最小的泥浆压力值作为该层土标高下最佳泥浆压力值；
（2）在铣槽机6不断下挖的过程中，压力传感器3实时采集超深地下连续墙开挖面的泥浆压力值和泥浆压力变化率，并将采集到的泥浆压力值和泥浆压力变化率通过信号传输装置5输送至计算机终端装置2，计算机终端装置2将采集到的泥浆压力值与相应土层标高下最佳泥浆压力值进行比较，当泥浆压力值大于相应土层下最佳泥浆压力值时，则计算机终端装置2向泥浆制备装置1发出增大含水量以及减小粘土含量的指令，泥浆制备装置1减少泥浆比重直至泥浆压力值调整为相应土层下最佳泥浆压力值；当泥浆压力值小于相应土层下最佳泥浆压力值时，则计算机终端装置2向泥浆制备装置1发出增大粘土含量以及增加重晶石、铁砂加重剂的指令，泥浆制备装置1增大泥浆比重，直至泥浆压力值调整为相应土层下最佳泥浆压力值；当泥浆压力变化率发生变化时，则计算机终端装置2向泥浆制备装置1发出增大灌注速率，并加大泥浆比重的指令，泥浆制备装置1增大灌注速率并加大泥浆比重直至保持开挖槽内泥浆液面标高不变；
（3）同时在铣槽机6不断下挖的过程中，雷达监测装置4实时采集超深地下连续墙开挖面的电磁波反射时间，并将采集到的电磁波反射时间通过信号传输装置5输送至计算机终端装置2，计算机终端装置2将采集到的电磁波反射时间与相应土层高度下的预设的电磁波反射时间进行比较，若电磁波反射时间小于预设的电磁波反射时间，则泥皮成膜质量好，若电磁波反射时间大于预设的电磁波反射时间，则泥皮成膜较薄或未成膜，通过计算机终端装置2向泥浆制备装置1发出调整泥浆配比指令，泥浆制备装置1通过调整泥浆含砂率、粘土含量以及添加剂含量直至泥浆pH处于7~9之间；
（4）重复上述步骤（2）-（3）直至完成超深地下连续墙施工过程。
上述泥浆制备装置1采用科迅KD系列泥水分离系统，通过调整膨胀土、分散剂、增粘剂以及重晶石含量，进而控制泥浆比重、泥浆粘度和泥浆含砂率参数指标，进而保证地下连续墙泥浆护壁质量。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种利用用于超深地下连续墙的泥浆控制系统进行泥浆控制的方法，其特征在于：所述的泥浆控制系统包括位于地上的用于调配泥浆的泥浆制备装置、用于处理信息以及发送指令的计算机终端装置以及安装在铣槽机上的用于监测泥浆压力的压力传感器、用于探测泥皮质量的雷达监测装置和用于传输信息的信号传输装置，所述的压力传感器和所述的雷达监测装置分别通过导线与所述的信号传输装置电连接，所述的信号传输装置通过无线信号与所述的计算机终端装置实现电信号连接，所述的计算机终端装置与所述的泥浆制备装置电连接并向所述的泥浆制备装置发送调配泥浆指令，包括以下步骤：
(1)通过取样试验或原位试验，测定出每层土的内摩擦角粘聚力ci和土体容重γi，根据工作区地质资料，确定每层土体的厚度hi，计算出沿成槽深度方向各点的主动土压力值和被动土压力值/>其中/>为主动土压力系数，/>被动土压力系数，/>为土的内摩擦角，i为1、2、3…n，n代表地下连续墙土体的总层数，针对每层土体在主动土压力值与被动土压力间梯度取值，输入有限元数值软件中进行有限元数值模拟，取地下连续墙成槽过程中侧壁变形最小的泥浆压力值作为该层土标高下最佳泥浆压力值；
(2)在铣槽机不断下挖的过程中，压力传感器实时采集超深地下连续墙开挖面的泥浆压力值和泥浆压力变化率，并将采集到的泥浆压力值和泥浆压力变化率通过信号传输装置输送至计算机终端装置，计算机终端装置将采集到的泥浆压力值与相应土层标高下最佳泥浆压力值进行比较，当泥浆压力值大于相应土层下最佳泥浆压力值时，则计算机终端装置向泥浆制备装置发出增大含水量以及减小粘土含量的指令，泥浆制备装置减少泥浆比重直至泥浆压力值调整为相应土层下最佳泥浆压力值；当泥浆压力值小于相应土层下最佳泥浆压力值时，则计算机终端装置向泥浆制备装置发出增大粘土含量以及增加重晶石、铁砂加重剂的指令，泥浆制备装置增大泥浆比重，直至泥浆压力值调整为相应土层下最佳泥浆压力值；当泥浆压力变化率发生变化时，则计算机终端装置向泥浆制备装置发出增大灌注速率，并加大泥浆比重的指令，泥浆制备装置增大灌注速率并加大泥浆比重直至保持开挖槽内泥浆液面标高不变；
(3)同时在铣槽机不断下挖的过程中，雷达监测装置实时采集超深地下连续墙开挖面的电磁波反射时间，并将采集到的电磁波反射时间通过信号传输装置输送至计算机终端装置，计算机终端装置将采集到的电磁波反射时间与相应土层高度下的预设的电磁波反射时间进行比较，若电磁波反射时间小于预设的电磁波反射时间，则泥皮成膜质量好，若电磁波反射时间大于预设的电磁波反射时间，则泥皮成膜较薄或未成膜，通过计算机终端装置向泥浆制备装置发出调整泥浆配比指令，泥浆制备装置通过调整泥浆含砂率、粘土含量以及添加剂含量直至泥浆pH处于7～9之间；
(4)重复上述步骤(2)-(3)直至完成超深地下连续墙施工过程。
2.根据权利要求1所述的泥浆控制的方法，其特征在于：所述的泥浆制备装置采用科迅KD系列泥水分离系统，通过调整膨胀土、分散剂、增粘剂以及重晶石含量，进而控制泥浆比重、泥浆粘度和泥浆含砂率参数指标。
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