CN111254912A - 基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统。包括：数据连接与传输模块，数据采集模块，地质编录模块，建模、分析及反馈模块，控制模块和成果分析查询模块。本发明系统用于与锚固和灌浆工程有关的行业，对基坑、边坡及洞室边墙支护和坝基、防渗等提高防渗能力或提高其整体性、抗变形能力，采用锚固及灌浆来达到加强目的的工程都具有很好的运用推广价值，本发明利用大数据进行相关信息的收集、处理及分析，提供施工控制参数，同时与智能控制系统结合形成反馈，能够持续不断优化过程控制参数，同时能够对相应的记录过程进行监控反馈，改善锚索张拉及灌浆效果，促使施工过程标准化，提高工程质量及效率，降低安全风险。

Description

基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统

技术领域

本发明属于建筑施工管理技术领域，尤其属于锚固和灌浆建筑施工质量管理技术领域，特别涉及一种基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程实时监测管理系统。

背景技术

锚固和灌浆工程在基础建设中最常用的一种处理方法，经济适用，对原始地层影响及破坏最小，工期短，成本低，见效快。现有锚固和灌浆工程无论是在施工设备还是工艺控制、检测方面都还较粗糙，不能满足高速发展的高质量工程的需要，与我国的国民经济发展不相适应，严重落后于很多工业行业。实际锚固和灌浆工程中，机械化程度低，人员密集性典型，全靠人工操作，常常通过人海战术来解决施工进度等问题。如高边坡锚索施工仍然是采用高排架上采用潜孔钻造孔，再由人员一束束进行锚索编制，一束束由人工抬至孔工由人工安装，注浆及后序张拉仍然由人工一步步操作完成；再如帷幕灌浆灌浆参数的确定，仍然是按照规范或技术的参数，开展试验区，通过试验区取得相关验证结果，调整相关参数，再大规模推广使用，还没有开展和实施有针对性的灌浆参数控制或有针对性的工艺控制。

随着大量工程实践的完成，数据积累的增加，通讯技术的发展，针对现有工程完全可以利用大数据的分析平台，通过前期勘探、开挖阶段的相关地质资料以及先导孔压水、取芯资料建立起锚固与灌浆工程所对应部位的地质模型，推测地质构造的走向、倾向及分布位置，从而准确确定出锚索或灌浆孔不同孔深对应处理对象的地质特有的特征，采取个性的灌浆参数和个性化的控制程序来施工。如针对地质非常好的地段，段长调长，甚至2段、3段并灌，对地质差的部位，能够及时发现，提前调密孔间距，同时地质异常复杂的部位可以调短段长，有意识、有针对性的对其特殊地层进行单独处理，既能保证质量，又能效果，还能加快施工进度；再如关于灌浆开灌水灰比的问题，目前基本上是偏偏一律使用的同一开灌水灰比，适应性非常差，如果建立有地质编录数据库，将各类数据放在一起进行分析，可以快速确定不同地质采用不同开灌水灰比，地质好的部位采用稀浆开灌，地质差的部位直接采用浓浆开灌，这样，一个孔不同孔段根据不同的地质由系统进行科学的选择灌浆参数，同样就解决了是“稀浆开灌好”还是“浓浆开灌好”的担忧。

目前灌浆工程都是严格按照规范、技术要求或施工措施死板的、机械式的进行灌浆，一味的满足相关要求，而没有考虑地层本身的复杂性和多变性，没有针对性的对灌浆参数进行优化调整，如灌浆过程中的开灌水灰比，灌浆压力，灌浆流量，浆液变换条件等，帷幕灌浆普遍采用水灰比为5：1的开灌，浆液变换条件都是“当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比；当某级浆液注入量己达300L以上，或灌注时间已达到30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。”按照这样的要求灌浆得出的结果是千篇一律，且劳动强度高，效率低，要不就是投资增加，要不就是质量存在风险等，适应性较差，同时无法实时监控及对灌浆过程进行反馈，无条件接受已成实现，针对不满足要求的地方只能采取加固处理。在现有建设施工中，无论是市政建设、铁路建设、水利水电建设等，实施对象都趋于复杂化和质量安全要求不断提高，在不断控制投资成本的要求下，采用普通、一个标准、没有针对性的灌浆方法不能满足需要。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统。本发明要解决的问题是利用大数据进行相关信息数据的收集、处理及分析，提供施工控制参考参数，同时与智能控制系统结合形成反馈，持续优化过程控制参数，同时对相应的记录过程进行监控反馈，改善锚索张拉及灌浆效果，使施工过程标准化，进一步提高工程质量及效率，降低安全风险。

本发明通过以下技术方案实现：

基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于包括：数据连接与传输模块，数据采集模块，地质编录模块，建模、分析及反馈模块，控制模块和成果分析查询模块；其中：

数据连接与传输模块：采用LoRa技术和无线路由方式建立各设备之间一对一的数据安全传输及指令传递网络；

数据采集模块：通过钻孔地质资料采集端、岩体声波值和弹性模量采集端、透水率采集端、灌浆规范或设计要求控制值采集端、灌浆孔基本参数采集端获得相关数据；

地质编录模块：将各采集数据形成数据库，数据库包括：钻孔地质资料编录数据库、岩体声波值数据库、透水率数据库、灌浆规范或设计要求控制值数据库及灌浆孔基本参数数据库；

建模、分析及反馈模块：在形成的各数据库的基础上，建立锚固和灌浆施工区域的三维地质模型；利用建立的三维地质模型分析锚固和灌浆质量同时反馈给数据库即时更新数据；

智能控制模块：将更新的锚固和灌浆参数数据用于锚固智能张拉控制和灌浆智能控制，实现锚固张拉与灌浆全过程自动、即时控制；

成果分析查询模块：通过数据连接与传输模块在后方数据平台或利用大数据直接完成后序数据输出，实现种类数据时时查询、统计、分析和汇总。

本发明数据采集模块采集包括：钻孔地质资料、岩体声波值、弹性模量、岩芯三率、透水率、张拉与灌浆基础参数；数据采集包括两种，一种是二维码采集，另一种是通过电脑按标准的数据库格式导入或录入来实现采集；过程数据采集连续数据。

本发明地质编录模块包括建立以下数据库：

(1)地质数据库按分布坐标、高程对应的岩性、成因、地质构造、围岩类别建立，通过收集相关地质资料，按规定的格式导入数据库形成；地质构造包括裂隙、断层、褶皱数据；

(2)岩芯三率数据库由前期勘探阶段所收集的勘探孔、主体施工时的先导孔或其它补充勘查孔的相关岩芯三率数据组成，包括相关孔的桩号、高程、孔深，对应段次的三率统计表及对应的岩芯相片；三率包括岩芯获得率、岩芯采取率和岩芯RQD值；

(3)岩体声波数据库由前期勘探阶段所收集的勘探孔及主体施工的先导孔、灌前测试孔或其它补充勘查孔的相关声波检测值及声波曲线图组成；

(4)基本参数数据库由施工相关孔的坐标、高程、孔深、钻孔倾角、方位角、孔径、段长划分相关信息组成；

(5)岩体透水率数据库由前期勘探孔，主体施工时的先导孔或其它补充勘查孔的相关压水资料，建立起整个基础处理部位透水率分布数据库。

本发明建模、分析及反馈模块中建立的锚固和灌浆施工区域三维地质模型包括参数：硬度、弹性模量、密度、倾角、走向，模型体内包括洞室、建筑物、断层及其影响带、软弱破碎带、裂隙、地质构造的地质特征。

建模、分析及反馈模块中所述分析包括：利用Adobe Lightroom对所收集的图片，图片包括地质剖面图、裂隙素描图、开挖地质素描图、孔内录像图、施工图、施工过程中的各类相片；利用关键字，关键字包括部位关键字集、工序控制集、类别集；利用人脸识别功能管理图片；进行包括编辑、搜索、查找、比对、筛选，实现三维模型与现实图片相对应，实现快速、形象认识所处部位地质情况。

建模、分析及反馈模块中所述分析包括：采用非线性动力有限元法和岩石动态损伤模型对锚固和灌浆区进行固结灌浆、帷幕灌浆模拟，采用ANSYS/LS—DYNA软件，采用SPH耦合算法模拟灌浆过程中的浆液扩散效果，分析提高抗变形能力和提高防渗性能的形成过程，得出灌浆过程的薄弱部位和薄弱环节，指导后期锚固或灌浆处理做到有的放矢。

建模、分析及反馈模块中所述分析包括：在地质三维模型中建立锚索体、灌浆孔模型，将岩体断层、裂隙、褶皱与锚索体、灌浆孔孔段位置建立一一对应关系的基本数据库，提前预知灌浆所面临的精确地质情况，灌浆孔每一段对应地质情况与单位注灰量、透水率的关系，对单位注灰量进行预测，建立岩性、地质构造、透水率与灌浆压力、透水率的函数关系，推测选取最优的张拉或灌浆控制参数，并通过数据传输给张拉或灌浆智能控制系统，实现智能张拉或灌浆。

建模、分析及反馈模块中所述分析包括：将地质三维模型和数据库与智能控制灌浆系统实时数据交换，包括灌注量、裂隙接触面积与抬动监测数据的对应关系，建立预警报警系统，实现全过程智能灌浆控制。

本发明数据连接与传输模块包括：现场每个单元设备由工艺控制中心和数据采集和处理中心两部位组成，工艺控制中心与油泵控制器、伸长值测量仪、浆液电磁阀、清水电磁阀、压力升降控制系统、数据采集和处理系统均采用LoRa技术实现指令传递或数据交换，数据采集和处理中心与油泵加压传感器、伸长测量传感器、压力传感器、进回浆传感器、温度传感器、密度检测传感器及抬动监测传感器之间采用LoRa技术实现数据采集；现场各单元设备与后方数据库服务器、大数据平台通过英特网通信媒质进行数据交换。

本发明数据连接与传输模块包括采用干式蓄电池供电，并安装无线连接端口的浆液密度计、浆液进浆流量计、回浆流量计、压力计、抬动监测位移计、浆液温度检测仪。

本发明通过录入前期勘探、洞室开挖过程的相关地质资料、锚索钻孔及先导孔钻孔岩芯编录资料及过程中形成岩体声波值、岩体弹性模量值及灌前压水试验，掌握地层坚固系数及弹性模量，岩芯三率、围岩类别及透水率，形成一整套地质数据库，对岩土形成系统综合评价，建立锚固区域及灌浆区域地质三维图，逐渐形成越来越详细的地质资料，从而推断出每一个灌浆孔每一段的地层情况，准确掌握地质资料，再选择最优的张拉或灌浆控制参数进行针对性的施工，提高施工质量，再从已张拉或已灌孔收集到的相关数据反馈张拉或灌浆效果，再次自动优化个性参数，达到最终所有孔、所有孔段个性设计和施工的目的。其中：地层坚固系数及弹性模量分为16级，土4级，岩石12级；岩芯三率包括获得率，采取率和RQD值；围岩类别分为五类。

本发明通过建立交互式数据通信实现数据传输与指令发射：施工现场通过LoRa技术搭建各类传感器、控制器之间的网络连接，形成无线连接通道，实现数据采集，传输，共享及指令的发射。

本发明数据库的形成包括：①录入前期地质勘探资料(包括地质构造、岩性等)；②录入前期开挖地质编录资料(包括岩体围岩等级及评分)；③录入钻孔过程中的相关地质资料；④录入岩体声波值、弹性模量值；⑤录入先导孔或其它孔的压水试验及岩芯三率相关资料；⑥灌浆过程中压水及灌浆数据的自动录入。

本发明控制参考模拟分析：建立各类数据库后形成信息处理中心，由计算机进行线性回归及多元统计等方法进行分析，建立各类地质情况下的单位注灰量和锚固张拉与透水率、声波值、岩芯三率、地质构造、围岩类别之间的函数关系，模拟形成各类地质特征空间分布关系的三维空间图，推测各部位的地质情况，精确到每一个孔的每一灌浆段，采用非线性动力有限元法和岩石动态损伤模型对整个处理区进行固结灌浆、帷幕灌浆模拟，采用ANSYS/LS—DYNA软件，采用SPH耦合算法模拟灌浆过程中的浆液扩散效果，分析提高抗变形能力和提高防渗性能的形成过程，推导出灌浆过程的薄弱部位和薄弱环节，从而确定出张拉与灌浆控制参数参考值，再将该控制值赋值于智能张拉系统及智能灌浆系统，实现个性化设计与施工控制，使后期处理做到有的放矢，避免盲目处理增加投资，提高处理效果。

本发明能够实时反馈锚固和灌浆信息：随着张拉或灌浆工序的进行，各类成果数据进入数据库，通过对已经完成的张拉和灌浆进行分析，反馈出灌浆参数的合适性，再根据需要进行适当控制参数调整或微调，更好的实现锚固张拉和灌浆。

本发明具有成果输出及数据即时查询功能：施工开始后可以利用电脑、记录仪端、手机等媒体介质根据需要进行相关数据的查询，数据整理，并按规范要求完成相关成果表的输出。

本发明系统用于与锚固和灌浆工程有关的行业，包括水电、铁路、公路、房建、市政等基础设施等，对基坑、边坡及洞室边墙支护和坝基、防渗等提高防渗能力或提高其整体性、抗变形能力，采用锚固及灌浆来达到加强目的的工程都具有很好的运用推广价值，本发明利用大数据进行相关信息的收集、处理及分析，提供施工控制参数，同时与智能控制系统结合形成反馈，能够持续不断优化过程控制参数，同时能够对相应的记录过程进行监控反馈，改善锚索张拉及灌浆效果，促使施工过程标准化，提高工程质量及效率，降低安全风险。

附图说明

图1本发明系统各模块流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

本发明系统通过建立地质编录大数据平台，利用社会通信系统作为数据大环境传输媒质，小环境采用LoRa建立作业空间范围内的数据传输，选择二维码技术或标准数据库格式作为数据采集方式，通过钻孔地质资料采集端(地质构造、围岩类别及级别)、岩体声波值和弹性模量采集端、透水率采集端，灌浆规范或设计要求控制值采集端及其它灌浆孔的基本参数采集端获得相关数据。形成钻孔地质资料编录数据库、岩体声波值数据库、透水率数据库、灌浆规范或设计要求控制值数据库及其它灌浆孔的基本参数数据库。建立信息处理中心，再由计算机进行线性回归及多元统计等方法进行分析，建立各类地质情况下的单位注灰量和锚固张拉与透水率、声波值、岩芯三率、地质构造、围岩类别之间的函数关系，模拟形成各类地质特征空间分布关系的三维空间图，推测各部位的地质情况，有针对性的寻求锚固张拉及基础处理灌浆最优且具有个性控制的相关控制参数，进而优化张拉和灌浆控制过程。将该结果与自动化、智能化控制系统相结合，实现智能选择适宜的张拉或灌浆参数以及过程控制方法，实现人工智能化的全过程智能张拉和智能灌浆控制，同步进行各类数据处理，在现场完成种类一线成果输出，在后方数据平台或利用大数据直接完成后序成果输出；实现种类数据时时查询、统计、分析和汇总，实现工程智能管理。

本发明系统具体实施采用以下模块：

1.数据连接与传输模块

本模块在施工现场通过LoRa技术及无线路由等方式建立各类设备之间一对一的数据安全传输及指令传递网络，解决有线连接的线路繁杂问题，避免了线路相互影响和干扰的问题。

现场每个单元设备由工艺控制中心和数据采集和处理中心两部位组成，工艺控制中心与油泵控制器、伸长值测量仪、浆液电磁阀、清水电磁阀、压力升降控制系统、数据采集和处理系统均采用LoRa技术实现指令传递或数据交换，数据采集和处理中心与油泵加压传感器、伸长测量传感器、压力传感器、进回浆传感器、温度传感器、密度检测传感器及抬动监测传感器之间采用LoRa技术实现数据采集。

现场各单元设备与后方数据库服务器、大数据平台通过英特网、移动、联通等通信媒质进行数据交换。

本模块浆液密度计、浆液进浆流量计、回浆流量计、压力计、抬动监测位移计、浆液温度检测仪均采用干式蓄电池供电，并安装无线连接端口，实现与智能灌浆控制系统数据传输，利用干式电源和无线连接实现供电和数据传输问题，解决工作面仪器线路多繁杂问题，避免了相互影响。

锚固张拉及灌浆过程所有数据及数据库都可以通过英特网、通信媒质与后方服务器连接，进行数据交换、备份、出相关成果资料、与后方成果整理软件集成自动完成各类报表；

2.数据采集模块

本模块数据采集包括：钻孔地质资料、岩体声波值、弹性模量、岩芯三率、透水率及张拉与灌浆基础参数等，数据采集分为两种，一种为二维码采集，另一种为通过电脑按标准的数据库格式导入或录入来实现采集。

过程数据采集要求连续，包括锚固张拉和灌浆过程中的各数据的采集，如张拉油泵压力、张拉伸长值、灌浆过程中的流量、压力、密度等参数。

3.地质编录模块

本模块对各采集端采集的数据形成各类数据库，建立地质三维模型，包括以下内容：

(1)地质数据库按分布坐标、高程对应的岩性、成因、地质构造(裂隙、断层、褶皱)、围岩类别等建立，主要通过技术人员收集相关地质资料，按规定的格式导入数据库。

(2)岩芯三率数据库由前期勘探阶段所收集的勘探孔、主体施工时的先导孔或其它补充勘查孔的相关岩芯三率数据组成，包括相关孔的桩号、高程，孔深，对应段次的三率统计表及对应的岩芯相片，三率即岩芯获得率、岩芯采取率及岩芯RQD值。

(3)岩体声波数据库由前期勘探阶段所收集的勘探孔及主体施工的先导孔、灌前测试孔或其它补充勘查孔的相关声波检测值及声波曲线图组成。

(4)基本参数数据库由施工相关孔的坐标、高程、孔深、钻孔倾角、方位角、孔径、段长划分等相关信息组成。

(5)岩体透水率数据库由前期勘探孔，主体施工时的先导孔或其它补充勘查孔的相关压水资料，建立起整个基础处理部位透水率分布数据库。

3.建模、分析及反馈模块

本模块在形成的各类数据库的基础上，建立整个坝基、边坡或地下洞室锚固、固结、帷幕灌浆区域的三维地质模型，该模型可以根据岩性不同给定相应参数，如硬度、弹性模量、密度、倾角、走向等，模型体内包括洞室、建筑物、断层及其影响带、软弱破碎带、裂隙、地质构造等地质特征。

利用Adobe Lightroom对所收集的图片，如：地质剖面图、裂隙素描图、开挖地质素描图、孔内录像图、施工图、施工过程中的各类相片等；利用关键字，如：部位关键字集、工序控制集、类别集；利用人脸识别功能管理图片，如：编辑、搜索、查找、比对，筛选等；实现三维模型与现实图片相对应，达到快速、形象认识所处部位地质情况。

采用非线性动力有限元法和岩石动态损伤模型对整个处理区进行固结灌浆、帷幕灌浆模拟，采用ANSYS/LS—DYNA软件，采用SPH耦合算法模拟灌浆过程中的浆液扩散效果，分析提高抗变形能力和提高防渗性能的形成过程，从而分析出灌浆过程的薄弱部位和薄弱环节，从而使后期处理做到有的放矢，避免盲目处理增加投资，提高处理效果。

三维模型可以根据数据库的动态更新，时时更新三维模型。

在地质三维模型中建立锚索体、灌浆孔模型，将岩体断层、裂隙、褶皱与锚索体、灌浆孔孔段位置建立一一对应关系的基本数据库，提前预知灌浆所面临的精确地质情况，灌浆孔每一段对应地质情况与单位注灰量、透水率的关系，对单位注灰量进行预测，建立岩性、地质构造、透水率与灌浆压力、透水率的函数关系(耦合公式)，推测选取最优的张拉或灌浆控制参数，并通过数据传输给张拉或灌浆智能控制系统，实现智能张拉或灌浆。

采用数据库与智能控制灌浆系统实时数据交换，特别是灌注量、裂隙接触面积与抬动监测数据的对应关系，可以建立起预警报警系统，实现全过程智能灌浆控制，包括配浆、变浆，升压、特殊情况处理、屏浆、闭浆、结束灌浆及管路冲洗全自动。

根据灌浆孔灌浆成果，细化至详细的孔段，可以建立灌浆成果与地质缺陷对应关系，反馈并判断出建模的准确性，从而适时优化三维模型。

本模块在钻孔施工过程中，根据钻孔记录表，采集钻孔数据，包括钻孔孔径、钻压、孔深，钻头类型及钻头硬度，统计不同孔径的钻孔效率。

4.控制模块

智能控制系统模块用于锚固智能张拉控制和灌浆智能控制，将获得的张拉与灌浆控制参数，实现人工智能进行锚固张拉与灌浆全过程自动控制，减少人为的干扰。本模块基于控制系统与智能锚固和灌浆设备完成。

5.分析及成果整理查询模块

本模块将形成张拉及灌浆过程记录的相关数据，通过数据传输至服务器或大数据云平台上，按照规范要求及需要进行数据分析，形成各类数据成果报表，同时能够实现时时数据查询，统计，汇总等工作，方便过程中进行控制调整。

结合附图，如图所示，数据库建立包括数据录入，包括：前期地质勘探资料，如地质构造、岩性等；前期开挖地质编录资料，如岩体围岩等级及评分；钻孔过程中的相关地质资料；岩体声波值；弹性模量值；先导孔或其它孔的压水试验；岩芯三率相关资料；灌浆过程中压水及灌浆数据；形成一整套地质数据库。

通过计算机进行线性回归及多元统计等方法进行分析，建立各类地质情况下的单位注灰量和锚固张拉与透水率、声波值、岩芯三率、地质构造、围岩类别之间的函数关系，模拟形成各类地质特征空间分布关系的三维空间图，推测各部位的地质情况，精确到每一个孔的每一灌浆段，采用非线性动力有限元法和岩石动态损伤模型对整个处理区进行固结灌浆、帷幕灌浆模拟，采用ANSYS/LS—DYNA软件，采用SPH耦合算法模拟灌浆过程中的浆液扩散效果，分析提高抗变形能力和提高防渗性能的形成过程，推导出灌浆过程的薄弱部位和薄弱环节，从而确定出张拉与灌浆控制参数，再将该控制值赋值于智能张拉系统及智能灌浆系统，并随着张拉或灌浆工序的进行，各类成果数据进入数据库，通过对已经完成的张拉和灌浆进行分析，反馈出灌浆参数的合适性，再根据需要进行适当控制参数调整或微调，更好的实现张拉和灌浆。最后按规范要求完成相关成果表的输出。

数据采集模块的形成是通过二维码采集和电脑按标准的数据库格式导入或录入钻孔地质资料、岩体声波值、弹性模量、岩芯三率、透水率及张拉与灌浆基础参数，然后从所形成的各类数据库的基础上，建立整个坝基、边坡或地下洞室锚固、固结、帷幕灌浆区域的地质模型，该模型可以根据岩性不同给定相应参数(硬度、弹性模量、密度、倾角、走向等)，模型体内包括洞室、建筑物、断层及其影响带、软弱破碎带、裂隙、地质构造等地质特征。并利用Adobe Lightroom对数据库中收集的图片(包括地质剖面图、裂隙素描图、开挖地质素描图、孔内录像图、施工图、施工过程中的各类相片等)，利用关键字(部位关键字集、工序控制集、类别集)及人脸识别功能管理图片(编辑、搜索、查找、比对，筛选等)，实现三集模型与现实图片相对应，达到快速、形象认识所处部位地质情况。采用非线性动力有限元法和岩石动态损伤模型对整个处理区进行固结灌浆、帷幕灌浆模拟，采用ANSYS/LS—DYNA软件，采用SPH耦合算法模拟灌浆过程中的浆液扩散效果，分析提高抗变形能力和提高防渗性能的形成过程，从而分析出灌浆过程的薄弱部位和薄弱环节。

通过数据采集模块与智能控制灌浆系统实时数据交换，实现智能张拉或灌浆，特别是灌注量、裂隙接触面积与抬动监测数据的对应关系，可以建立起预警报警系统，实现全过程智能灌浆控制，包括配浆、变浆，升压、特殊情况处理、屏浆、闭浆、结束灌浆及管路冲洗全自动。

最后通过分析及成果整理系统形成张拉及灌浆过程记录的相关数据，通过数据传输至服务器或大数据云平台上，按照规范要求及需要进行数据分析，形成各类数据成果报表，同时能够实现时时数据查询，统计，汇总等工作，方便过程中进行控制调整。

Claims (10)

1.基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于包括：数据连接与传输模块，数据采集模块，地质编录模块，建模、分析及反馈模块，控制模块和成果分析查询模块；

数据连接与传输模块：采用LoRa技术和无线路由方式建立各设备之间一对一的数据安全传输及指令传递网络；

数据采集模块：通过钻孔地质资料采集端、岩体声波值和弹性模量采集端、透水率采集端、灌浆规范或设计要求控制值采集端、灌浆孔基本参数采集端获得相关数据；

地质编录模块：将各采集数据形成数据库，数据库包括：钻孔地质资料编录数据库、岩体声波值数据库、透水率数据库、灌浆规范或设计要求控制值数据库及灌浆孔基本参数数据库；

建模、分析及反馈模块：在形成的各数据库的基础上，建立锚固和灌浆施工区域的三维地质模型；利用建立的三维地质模型分析锚固和灌浆质量同时反馈给数据库即时更新数据；

智能控制模块：将更新的锚固和灌浆参数数据用于锚固智能张拉控制和灌浆智能控制，实现锚固张拉与灌浆全过程自动、即时控制；

成果分析查询模块：通过数据连接与传输模块在后方数据平台或利用大数据直接完成后序数据输出，实现种类数据时时查询、统计、分析和汇总。

2.根据权利要求1所述基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于：数据采集模块采集包括：钻孔地质资料、岩体声波值、弹性模量、岩芯三率、透水率、张拉与灌浆基础参数；数据采集包括两种，一种是二维码采集，另一种是通过电脑按标准的数据库格式导入或录入来实现采集；过程数据采集是连续数据。

3.根据权利要求2所述基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于：地质编录模块包括建立以下数据库：

(1)地质数据库按分布坐标、高程对应的岩性、成因、地质构造、围岩类别建立，通过收集相关地质资料，按规定的格式导入数据库形成；地质构造包括裂隙、断层、褶皱数据；

(2)岩芯三率数据库由前期勘探阶段所收集的勘探孔、主体施工时的先导孔或其它补充勘查孔的相关岩芯三率数据组成，包括相关孔的桩号、高程、孔深，对应段次的三率统计表及对应的岩芯相片；三率包括岩芯获得率、岩芯采取率和岩芯RQD值；

(3)岩体声波数据库由前期勘探阶段所收集的勘探孔及主体施工的先导孔、灌前测试孔或其它补充勘查孔的相关声波检测值及声波曲线图组成；

(4)基本参数数据库由施工相关孔的坐标、高程、孔深、钻孔倾角、方位角、孔径、段长划分相关信息组成；

(5)岩体透水率数据库由前期勘探孔，主体施工时的先导孔或其它补充勘查孔的相关压水资料，建立起整个基础处理部位透水率分布数据库。

4.根据权利要求3所述基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于：建模、分析及反馈模块中建立的锚固和灌浆施工区域三维地质模型包括参数：硬度、弹性模量、密度、倾角、走向，模型体内包括洞室、建筑物、断层及其影响带、软弱破碎带、裂隙、地质构造的地质特征。

5.根据权利要求4所述基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于建模、分析及反馈模块中分析包括：利用Adobe Lightroom对所收集的图片，图片包括地质剖面图、裂隙素描图、开挖地质素描图、孔内录像图、施工图、施工过程中的各类相片；利用关键字，关键字包括部位关键字集、工序控制集、类别集；利用人脸识别功能管理图片；进行包括编辑、搜索、查找、比对、筛选，实现三维模型与现实图片相对应，实现快速、形象认识所处部位地质情况。

6.根据权利要求4所述基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于建模、分析及反馈模块中分析包括：采用非线性动力有限元法和岩石动态损伤模型对锚固和灌浆区进行固结灌浆、帷幕灌浆模拟，采用ANSYS/LS—DYNA软件，采用SPH耦合算法模拟灌浆过程中的浆液扩散效果，分析提高抗变形能力和提高防渗性能的形成过程，得出灌浆过程的薄弱部位和薄弱环节，指导后期锚固或灌浆处理做到有的放矢。

7.根据权利要求4所述基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于建模、分析及反馈模块中分析包括：在地质三维模型中建立锚索体、灌浆孔模型，将岩体断层、裂隙、褶皱与锚索体、灌浆孔孔段位置建立一一对应关系的基本数据库，提前预知灌浆所面临的精确地质情况，灌浆孔每一段对应地质情况与单位注灰量、透水率的关系，对单位注灰量进行预测，建立岩性、地质构造、透水率与灌浆压力、透水率的函数关系，推测选取最优的张拉或灌浆控制参数，并通过数据传输给张拉或灌浆智能控制系统，实现智能张拉或灌浆。

8.根据权利要求4所述基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于建模、分析及反馈模块中分析包括：将地质三维模型和数据库与智能控制灌浆系统实时数据交换，包括灌注量、裂隙接触面积与抬动监测数据的对应关系，建立预警报警系统，实现全过程智能灌浆控制。

9.根据权利要求4所述基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于数据连接与传输模块包括：现场每个单元设备由工艺控制中心和数据采集和处理中心两部位组成，工艺控制中心与油泵控制器、伸长值测量仪、浆液电磁阀、清水电磁阀、压力升降控制系统、数据采集和处理系统均采用LoRa技术实现指令传递或数据交换，数据采集和处理中心与油泵加压传感器、伸长测量传感器、压力传感器、进回浆传感器、温度传感器、密度检测传感器及抬动监测传感器之间采用LoRa技术实现数据采集；现场各单元设备与后方数据库服务器、大数据平台通过英特网通信媒质进行数据交换。

10.根据权利要求4所述基于地质编录大数据的锚固和灌浆工程管理系统，其特征在于数据连接与传输模块包括采用干式蓄电池供电，并安装无线连接端口的浆液密度计、浆液进浆流量计、回浆流量计、压力计、抬动监测位移计、浆液温度检测仪。

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