CN115613610B - 井管内水流流动状态监测方法、轻型井点降水装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及井管内水流流动状态监测方法、轻型井点降水装置及方法。该井管内水流流动状态监测方法包括以下步骤：实时采集各个井管的管壁温度tbi和井管管壁处的井管照度Ldi，以及环境位点的环境温度ta和环境照度Lc。计算不同井管的管壁位置与环境位点的照度差△Li，根据照度差△Li判断对应位置的遮挡状态，进而进行温度补偿。根据环境温度ta查询一个预设的温度变化曲线F（t），得到当前时刻的井管期望温度tbw，计算当前时刻不同井管的管壁温度tbi与管壁期望温度tbw的温度差△ti，根据温度差△ti判断对应井管的运行状态。本发明通过温度差判断井管内水流流动状态，在不破坏井管结构的基础上实现井管水流状态监测。

Description

井管内水流流动状态监测方法、轻型井点降水装置及方法

技术领域

本发明涉及基坑降水技术领域，特别是涉及井管内水流流动状态监测方法、基坑用轻型井点降水装置以及应用于该基坑用轻型井点降水装置的降水方法。

背景技术

基坑降水是指在开挖基坑时，地下水位高于开挖底面，地下水会不断渗入坑内，为保证基坑能在干燥条件下施工，防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降而做的降水工作。

基坑降水的其中一种方式是在基坑周围设置降水井并通过井管深入基地的含水层内进行抽水，直至原有地下水位降至基底以下。为保证持续性有效降水，需要在降水系统运转的时候对其进行监测，发现异常后即刻进行维修或替换，进而保证降水系统、降水的连续进行，传统的方式是采用专人操作与维护，通过人工进行查看、聆听、触摸井管判断降水系统是否在持续运行，但是通常井管的数量不止一个，且间隔设置，人工维护无法时刻进行监测，当有井管运行异常但未在有效的时间内发现，可能会造成基坑局部边坡有流砂堆积或出现滑裂险情。甚至于若基坑的周边具有河流或地表水，通过滑裂的裂缝深入到基坑内，会加剧流砂堆积或滑裂险情。现有手段获取井管内部水流流动状态可以在管道内设置传感器例如流量计进行监测，但是存在以下问题：1、流量计在监测时需要将感应端置于管道内，抽出的地下水具有泥沙杂质等，坚硬碎石等随着高压水一起在管道内流动，若撞击到流量计的感应端，易造成流量计的损坏；2、流量计的使用需要对管道开口设置，以便于感应端能进入管道内，或者置于两节管道的端口处，但是井管通过高压方式抽水，破坏井管本身则加大漏水的风险，也影响降水的效果；3、采用流量计进行水流状态监测时，流量计与管道连为一体，但井管是循环使用，带有流量计的井管给运输造成不便，在运输过程中还需对流量计进行保护，稍有不慎撞击到流量计，易造成流量计的损坏。

发明内容

基于此，有必要针对人工监测井管运行不够实时有效以及流量计监测井管增加井管漏水风险的问题，提供一种井管内水流流动状态监测方法、基坑用轻型井点降水装置以及应用于该基坑用轻型井点降水装置的降水方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种井管内水流流动状态监测方法，包括以下步骤：

S1.获取各个井管管壁的历史管壁温度和井管附近的环境位点的历史环境温度，建立各个井管与环境位点之间的温度变化曲线F（t）。其中，温度变化曲线F（t）表征管壁温度和环境温度的映射关系。环境位点为距任意选取的井管间隔0~2m的位置点。

S2.实时采集各个井管的管壁温度tbi和井管管壁处的井管照度Ldi，以及环境位点的环境温度ta和环境照度Lc。其中，i表示井管编号。

S3.计算不同井管的管壁位置与环境位点的照度差△Li=Lc-Ldi，根据照度差△Li判断对应位置的遮挡状态，并做出如下决策：

（1）当△Li＞△Lmax。判定环境位点为遮挡状态并对环境位点处的环境温度ta进行温度补偿。

（2）当△Li＜△Lmin。判定该井管为遮挡状态并对该井管的管壁温度tbi进行温度补偿。

（3）当△Lmax＞△Li＞△Lmin。判定对环境位点和井管无遮挡。

其中，△Lmax为预设的照度差最大值，△Lmin为预设的照度差最小值。

S4.基于补偿后的温度，根据环境温度ta查询温度变化曲线F（t），得到当前时刻对应的井管期望温度tbw，计算当前时刻不同井管的管壁温度tbi与管壁期望温度tbw的温度差△ti=tbi-tbw，根据温度差△ti判断对应井管的运行状态，并做出如下决策：

（1）当△tmin＜△ti＜△tmax。判定当前井管i在当前时刻内部水流正常流动。

（2）当△ti＞△tmax或△ti＜△tmin。判定当前井管i在当前时刻内部水流流动异常，并进行异常点标记以及异常提示。

其中，△tmin为预设的温度差最小值，△tmax为预设的温度差最大值。

进一步的，根据各个井管的位置分布进行区域划分，每一区域内对应设置一个环境位点，并根据同一区域的不同井管的历史管壁温度和环境位点的历史环境温度建立温度变化曲线F（t）。

进一步的，环境温度ta的温度补偿方法包括以下步骤：

获取太阳光辐射L₁和地表辐射L₂。

根据井管所在区域的地表比辐射率

计算实际环境温度Ta：

。其中，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数。

根据实际环境温度Ta对环境温度ta进行温度补偿，即ta=Ta。

进一步的，井管的管壁温度tbi的温度补偿方法包括以下步骤：

获取处于遮挡状态的井管所在位置的衰减光辐射L₃和衰减井管辐射L₄。

根据太阳光辐射L₁计算处于无遮挡状态下该井管的井管辐射Lx：

。

根据该井管的井管比辐射率

计算实际管壁温度Tbi：Tbi=

。其中，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数。

根据实际管壁温度Tbi对该井管的管壁温度tbi进行温度补偿，即tbi=Tbi。

本发明还涉及一种基坑用轻型井点降水装置，包括集水总管、泵机、至少一个弯管、井管、第一温度传感器、多个第二温度传感器、第一照度传感器、多个第二照度传感器、第一四分量辐射传感器、多个第二四分量辐射传感器。

集水总管管壁上设置有与至少一个弯管相连的接口。

泵机输入端与集水总管相连。

弯管一端与集水总管上的接口相连。

井管与弯管数量相同。井管的首端与弯管背离集水总管的一端相连。

第一温度传感器用于采集环境位点的环境温度。其中，环境位点为距任一选取的井管间隔~m的位置点。

多个第二温度传感器与多个井管一一对应设置，用于采集各个井管的管壁温度。

第一照度传感器用于采集环境位点的环境照度。

多个第二照度传感器与第二温度传感器一一对应设置，用于采集各个井管的井管照度。

第一四分量辐射传感器用于采集基坑区域的太阳光辐射和地表辐射。

多个第二四分量辐射传感器与第二照度传感器一一对应设置，用于采集各个井管所在位置点的衰减光辐射和衰减井管辐射。

处理器用于获取各个井管管壁的历史管壁温度和井管附近的环境位点的历史环境温度，建立各个井管与环境位点之间的温度变化曲线Ft。其中，温度变化曲线Ft表征管壁温度和环境温度的映射关系。还用于根据各个井管的管壁温度tbi和井管管壁处的井管照度Ldi，以及环境位点的环境温度ta和环境照度Lc，计算不同井管的管壁位置与环境位点的照度差△Li=Lc-Ldi，根据照度差△Li判断对应位置的遮挡状态。其中，i表示井管编号。还用于根据遮挡状态对环境温度ta和管壁温度tbi进行温度补偿。还用于基于补偿后的温度，根据环境温度ta查询温度变化曲线Ft，得到当前时刻对应的井管期望温度tbw，计算当前时刻不同井管的管壁温度tbi与管壁期望温度tbw的温度差△ti=tbi-tbw，根据温度差△ti判断对应井管的运行状态异常与否。还用于对运行状态异常的井管进行标记及数量统计，并进行异常决策。

进一步的，述井管的尾端连接有滤管。滤管包括内管和外管。内管的尾端端部密封设置。内管的尾端外表面开设有多个滤孔。外管与内管套接固定。外管包括套筒和细过滤筒。套筒的底端封闭设置，且向外沿周向直径依次减小，呈锥体状。套筒的侧壁设置有过滤杂质的粗过滤部。细过滤筒与套筒内壁面贴合设置，覆盖粗过滤部。内管位于细过滤筒内且内管的首端延伸至外管外部。

进一步的，滤管还包括环形件、水管和高压泵。环形件包括环形套和至少一个短管。环形套固定设置于内管的外表面且位于内管的滤孔的上方。环形套的内壁面开设有环形凹槽，与内管围合成环形腔体，环形件的底端面开设有等距分布的通孔一，通孔一与环形凹槽连通。环形套与外管的顶端可拆卸连接。短管的尾端设置于环形套顶端面且与环形凹槽连通。水管的尾端与短管的首端连通。高压泵的输出端与水管的首端相连。

进一步的，井管的尾端端部固定连接有第二法兰盘，内管的首端端部表面固定连接有与第二法兰盘匹配设置的第一法兰盘。第一法兰盘和第二法兰盘的侧壁开设有与短管数量匹配的开口。

本发明还涉及一种基坑用轻型井点降水方法，其应用于前述的基坑用轻型井点降水装置，基坑用轻型井点降水方法包括以下步骤：

根据基坑的宽度H确定降水井点的分布，并根据基坑的降水面积、深度及渗透系数确定相邻降水井点的间距。

以基坑边缘线为参照线，在基坑外围与参照线间隔一个预设的长度的地方设置降水线，并根据降水井点的分布和相邻降水井点的间距在降水线上确定井点的位置并标记。

将标记位置冲孔成降水井，将井管铺设在降水井内，将降水井的顶端与井管之间的缝隙填充密实。

将集水总管铺设在降水井的外围，与弯管、井管组成降水管路。待降水管路的中空度达到一个标准值后，通过泵机进行抽水。

监测井管的运行状态，在降水水位达到一个所需值后，停止抽水，完成井点降水。

进一步的，降水井点的分布方法包括以下步骤：

测量基坑的宽度H，判断基坑的宽度H是否大于6m，并做出如下决策：

（1）当H≦6m。降水井点采用单排布置，并位于水流上游一侧，且所有降水井点的连接总长度G＞H。

（2）当H＞6m。降水井点采用双排或U型布置，位于水流上游一侧的相邻降水井点的间距小于位于水流下游一侧的相邻降水井点的间距。

本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

1.本发明通过第二温度传感器、第二照度传感器、第二四分量辐射传感器和第一温度传感器、第一照度传感器、第一四分量辐射传感器的相互配合，根据井管温度与环境温度的温度差对井管运行进行判断，能够及时知晓井管内部水流的流动情况，待井管运行异常时可立即通知相关人员，进而使相关人员能在有效的时间对井管进行维护，保持降水的持续进行，和人工监测相比，更具有及时性，有效避免流砂堆积或滑裂险情情况；和流量计相比，无需额外破坏井管，降低漏水风险，且传感器位于井管外壁，拆卸简单，能够在运输时将传感器从井管上拆离，不影响传感器和井管的重复使用；此外，通过几个廉价的传感器便可达到对井管内部水流流动状态监测的目的，监测成本低。

2.本发明的滤管可以从井管上取下，在阻塞后通过分拆的方式对滤管内部清洗，便于滤管的循环使用，同时加水管对滤管内部进行清洗操作，可以令清洗操作与抽水操作同步进行，无需占用井管的内部空间，保证降水操作的持续进行；且水管与井管可以贴合设置，对井管进入降水井的阻碍小，不影响滤管和井管之间的连接。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种井管内水流流动状态监测方法的流程图；

图2为本发明实施例1的井管分布的示意图；

图3为本发明实施例2的基坑用轻型井点降水装置的整体结构示意图；

图4为基于图3的以井管径向角度的井管和弯管之间的连接结构示意图

图5为基于图4的以外管径向方向角度的滤管的整体结构示意图；

图6为基于图5中A-A视角下的剖视图；

图7为基于图5的第一法兰盘或第二法兰盘的轴向视角下的外观示意图；

图8为本发明实施例3的一种基坑用轻型井点降水方法的流程图；

图9为基于图8的井管单排布置示意图；

图10为基于图8的井管U型布置示意图。

主要元件符号说明

100、集水总管；200、泵机；300、弯管；400、井管；501、第一温度传感器；502、第二温度传感器；601、第一照度传感器；602、第二照度传感器；701、第一四分量辐射传感器；702、第二四分量辐射传感器；800、处理器；900、滤管；1、内管；2、外管；21、套筒；22、细过滤筒；5、环形件；51、环形套；52、短管；6、水管；7、高压泵。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例介绍了一种井管内水流流动状态监测方法，请参阅图1，图1介绍了井管内水流流动状态监测方法的流程图。本实施例的井管内水流流动状态监测方法解决了现有技术中不能实时有效的对井管内水流的流动状态进行监测的问题。由于井管内水流流动时的管壁温度和没有水流流动时的管壁温度具有差异化，本实施例通过两种状态下管壁温度的不同进行判断，根据判断结果知晓井管内部是否有水流流动。

本实施例的监测方法的目的是通过对井管内部水流流动状态的监测来达到井管是否在对基坑下方进行抽水。在建筑施工中，对于基坑的开挖是不可或缺的，基坑是在建筑物原有的设计上，根据基底的高度，还有建筑物设计的平面尺寸所开挖的土坑，通过开挖基坑来修建建筑物地面以下的构造。开挖基坑时，必须做好防水排水操作，轻型井点降水是一种基坑降水施工工法，其操作步骤是沿基坑四周每隔一定间距布设降水井，并将井管深入降水井内，上部接软管与集水总管进行连接，然后通过真空吸水泵将集水管内水抽出，从而达到降低基坑四周地下水位的效果，保证了基底的干燥无水。该方式降水规模有限，最多只能够下降水位12m，并通过真空原理进行降水，因此轻型井点又叫真空井点。

请参阅图2，图2示出了井管分布在基坑周边的示意图。为满足本实施例方法的实施，需进行如下操作：在进行对井管内水流的流动状态监测前，需将第二温度传感器502布设在井管管壁上，第二温度传感器502用以获取井管管壁的温度变化情况，每一个井管安装一个第二温度传感器502，因此井管的数量决定第二温度传感器502的数量。任意选取一个井管，在距选取的井管0~2m的距离内选择的一个位置，并以该位置作为测量基坑周边环境温度的环境位点，将第一温度传感器501安装在环境位点上，用以获取环境位点的温度变化情况。

此外，在日光充足的环境中，若第一温度传感器501、第二温度传感器502受到遮挡，会造成检测到的数据不准确，从而导致误判情况的发生。为了提高监测的准确性，会在安装第一温度传感器501处安装第一照度传感器601，在安装第二温度传感器502处安装第二照度传感器602，用以检测第一温度传感器501、第二温度传感器502安装位置的照度变化情况，并根据检测到的照度变化情况判断第一温度传感器501、第二温度传感器502是否受到遮挡，进而根据判断结果采取对应的措施。

为了在第一温度传感器501、第二温度传感器502受到遮挡时能够进行温度补偿，还需在第二照度传感器602相同的安装位置安装第二四分量辐射传感器702，以及在基坑附近无任何遮挡物的地方安装第一四分量辐射传感器701，通过第一四分量辐射传感器701知晓基坑区域的太阳光辐射和地表辐射，通过第二四分量辐射传感器702可知晓井管处的太阳光辐射和井管辐射。

特别的，本实施例采用温度传感器、照度传感器、四分量辐射传感器获取温度、照度、辐射，但是对于温度、照度、辐射的采集，不局限于本实施例所提及的手段，在其他实施例中可以采用具有相同功能的器件代替本实施例中的温度传感器、照度传感器、四分量辐射传感器，以实现相同的功能。

下面对于本实施例的井管内水流流动状态监测方法的步骤进行具体说明：

步骤1.获取各个井管管壁的历史管壁温度和井管附近的环境位点的历史环境温度，建立各个井管与环境位点之间的温度变化曲线F（t）；每一个井管的管壁温度均和环境温度相对应变化；温度变化曲线F（t）表征管壁温度和环境温度的映射关系；环境位点为距随机选取的井管0~2m的位置点。

下面对历史管壁温度和历史环境温度的选取进行详细说明：历史管壁温度和历史环境温度采用的是本次降水基坑之前的其他已经完成降水的基坑的井管管壁温和环境位点温度数据。在同一区域范围内其他建筑物施工进行基坑降水时，采用与本实施例相同的布设方式对第一温度传感器501、第二温度传感器502进行安装，将第一温度传感器501、第二温度传感器502采集到的温度进行保存，将多个建筑物进行基坑降水时的数据进行聚集，得到各个井管管壁的历史管壁温度和井管附近的环境位点的历史环境温度。由于同属同一区域且安装方式相同，因此具有参考价值，进而以这些温度数据建立的温度变化曲线也具有参考价值。温度变化曲线中的每一个环境温度都对应着一个管壁温度。

同时，本次基坑降水中，第一温度传感器501、第二温度传感器502采集到的温度数据也可进行保存，可作为同一区域内其他未施工工地所参考的历史管壁温度和历史环境温度，进一步修正建立的温度变化曲线，缩小温度变化曲线F（t）的误差。数据积累到一定数量后，温度变化曲线F（t）的误差最大化降低，则无需再重新建立温度变化曲线F（t），可直接使用已经修正好的温度变化曲线F（t）。

第二温度传感器502的数量与实际使用的井管数量一致，对于第一温度传感器501的数量，可以仅采用一个，也可以采用多个。当采用多个第一温度传感器501时，可以各个井管的位置分布进行区域划分，每一区域内对应设置一个第一温度传感器501，建立划分区域内第一温度传感器501和第二温度传感器502的温度变化曲线F（t）。将监测区域细化，提高监测的精准度，且当某一划分区域内的第一温度传感器501出现损坏时，不影响其他划分区域的监测。

第二照度传感器602与第二温度传感器502的安装在同一处，第二四分量辐射传感器702、第一照度传感器601与第一温度传感器501的安装在同一处。通过第二四分量辐射传感器702、第二照度传感器602可知晓第二温度传感器502安装位置的光照情况和辐射情况，通过第一照度传感器601可知晓第一温度传感器501安装位置的光照情况。第一四分量辐射传感器701安装在基坑附近无遮挡物的地方，以保证获取到无遮挡物品遮挡的太阳光辐射和地表辐射。

步骤2.实时采集各个井管的管壁温度tbi和井管管壁处的井管照度Ldi，以及环境位点的环境温度ta和环境照度Lc。其中，i表示井管编号。

管壁温度tb为采集时刻的井管的管壁温度，同理，井管照度Ld是采集时刻的井管管壁处的光照照度，环境温度ta和环境照度Lc是同一采集时刻环境位点处的温度和光照照度。由于井管的数量为多个，以tbi表示不同井管的管壁温度。i=1、2、3、……、n。例如tb1表示第一个井管的管壁温度，tb2表示第二个井管的管壁温度，tbn表示第n个井管的管壁温度。n取值取决于井管的实际数量。

步骤3.根据井管照度Ldi和环境照度Lc计算不同井管的管壁位置与环境位点的照度差△Li=Lc-Ldi，根据照度差△Li判断不同井管的管壁位置和环境位点的遮挡状态，并做出如下决策：

（1）当△Li＞△Lmax；判定环境位点处于遮挡状态，根据太阳光辐射和地表辐射计算出无遮挡状态下的实际环境温度，并参照实际环境温度对环境温度ta进行温度补偿；

（2）当△Li＜△Lmin；判定该井管处于遮挡状态，根据衰减光辐射与衰减井管辐射计算出无遮挡状态下的实际管壁温度，并参照实际管壁温度对管壁温度tbi进行温度补偿；

（3）当△Lmax＞△Li＞△Lmin；判定环境位点或井管无遮挡；

其中，△Lmax为预设的照度差最大值，△Lmin为预设的照度差最小值。

环境照度Lc代表着第一温度传感器501周边的光照情况，井管照度Ldi代表着对应的第二温度传感器502周边的光照情况。当第一温度传感器501或第二温度传感器502受到遮挡物遮挡时，检测到的数据则不精准，会影响到对井管运行状态的判断。为了避免误判，可通过的照度差△Li判断井管和环境位点是否受遮挡，若处于遮挡状态，则对井管和环境位点进行温度补偿，进而得到精准的环境温度ta和各个井管的管壁温度tbi，降低井管检测的误差率，使得井管内部水流流动状态监测更为精准。

为进一步了解温度补偿的方式，下面对环境位点和井管的温度补偿进行详细说明。

1）环境位点的温度补偿

当判定出环境位点被遮挡物品遮挡时，第一温度传感器501采集到的温度则不准确。此时需计算出无遮挡物品遮挡的环境温度。通过第一四分量辐射传感器701采集到的太阳光辐射L₁和地表辐射L₂计算实际环境温度，计算公式如下：

其中，L₁为太阳光辐射，L₂为地表辐射，

是地表比辐射率；σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数（5.67×10^-8W·m^-2K^-4）。

遮挡状态下的第一温度传感器501测量出的环境温度ta依照实际环境温度Ta进行温度补偿，即令ta=Ta。达到修正环境温度ta的目的。

2）井管的管壁温度的温度补偿

当判定出井管被遮挡物品遮挡时，第二温度传感器502采集到的温度则不准确。此时需计算出无遮挡物品遮挡的井管的管壁温度。通过第二四分量辐射传感器702采集到的衰减光辐射L₃和衰减井管辐射L₄计算实际管壁温度Tbi。

首先计算无遮挡物品遮挡下的井管辐射Lx：

。

随后计算实际管壁温度Tbi：Tbi=

。

其中，L₁为太阳光辐射，

为井管比辐射率。

遮挡状态下的第二温度传感器502测量出的管壁温度tb依照实际管壁温度Tbi进行温度补偿，即令tbi=Tbi。达到修正管壁温度tbi的目的。

井管比辐射率

即井管的长波辐射吸收率可根据其材质确定。对于地表比辐射率

根据地面物质的不同而不同，根据基坑所在位置的地面材质进行确定，部分不同地面表面种类的吸收率可参加下表：

地面长波辐射吸收率（比辐射率）

步骤4.基于补偿后的温度数据，根据环境温度ta查询所述温度变化曲线F（t），得到当前时刻对应的管壁期望温度tbw，计算当前时刻不同井管的管壁温度tbi与管壁期望温度tbw的温度差△ti=tbi-tbw，根据温度差△ti判断对应井管的运行状态，并做出如下决策：

（1）当△tmin＜△ti＜△tmax；判定当前井管i在当前时刻内部水流正常流动。

（2）当△ti＞△tmax或△ti＜△tmin；判定当前井管i在当前时刻内部水流流动异常，并进行异常点标记以及异常提示。

其中，△tmin为预设的温度差最小值，△tmax为预设的温度差最大值。

对于温度差的范围，可通过获取到的历史环境温度和历史管壁温度进行数据分析，得到误差范围△tmin~△tmax。

若管壁温度tbi与井管期望温度tbw的差值在误差允许的范围内，则说明井管内部水流处于正常流动的状态。若不在误差允许的范围内，则表明管壁温度tbi为异常值，即井管内部极大可能无水流流动或者因滤管堵塞造成井管内部水流流量低，此时可以通过多种提示方式提醒相关人员相应的井管运行异常。例如声音警报、光警报；或者通过服务器向相应的操作工人的手机发送短信提醒，达到及时告知井管异常的目的。

实际上，存在一种情况，便是泵机出现异常，造成并没有进行抽水操作，该情况下所有的井管都会被进行异常点标记，此时可以进行异常点数量与井管数量的判定，具体操作如下：

统计标记的异常点数量m，判断是否满足m=n；并做出如下判定：

（1）若m=n；则判定非井管自身因素的异常，提示存在非井管因素异常。

（2）若m≠n；则判定所有温度异常数据点对应的井管运行异常。

其中，n表示井管的总数量。

根据上述操作，可以在异常点数量等于井管的总数量时，可以进行非井管因素异常，让操作人员优先排查泵机等因素导致的异常，以便操作人员能够尽快找到异常因素，减少无用功。

本实施例的方法在实时监测到异常后立即提醒，方便操作工人在有效的时间内维护，从而避免基坑局部边坡有流砂堆积或出现滑裂险情的情况。且在不破坏现有井管结构的基础上采用廉价的传感器进行监测，监测成本低，由于传感器安装于环境位点以及井管外表面上，安装拆卸的操作简单，将传感器与井管在运输时分离，既避免了传感器因碰撞遭受损坏的可能，也易于井管随机堆放运输。

实施例2

请参阅图3和图4，图3示出了基坑用轻型井点降水装置的整体结构示意图，图4示出了以井管径向角度的井管和弯管之间的连接结构示意图。本实施例介绍了一种基坑用轻型井点降水装置，包括集水总管100、泵机200、弯管300、井管400、第一温度传感器501、多个第二温度传感器502、第一照度传感器601、多个第二照度传感器602、第一四分量辐射传感器701、多个第二四分量辐射传感器702、处理器800、滤管900。

集水总管100铺设在基坑顶部四周，管壁上设置多个与弯管300相连的接口，接口的数量至少与所需使用的弯管300数量相同，弯管300与井管400数量相同，集水总管100上多余的接口可以在不使用的使用封堵。集水总管100可以采用分段式管道，这样可以根据基坑的尺寸进行组装，从而令集水总管100与基坑的尺寸适配，在需降水时能够分布于基坑外围四周。集水总管100的一端可以是封闭设置，另一端与泵机200的输入端相连。也可以是两端封闭，管壁中部开设口与泵机200相连

泵机200为水泵，在实际应用时，泵机200可由多个水泵构成的抽水系统组成，对于抽取的地下水，可以经过滤后循环使用。当集水总管100两端均为封闭设置时，可以在集水总管100的管壁上开设口与泵机200相连。弯管300的数量至少是和井管400的数量相同，井管400的数量取决于降水井的数量，井管400位于基坑的降水井内，首端位于降水井外且通过弯管300与集水总管100连接。为了方便控制水流，可以在弯管300上设置阀门，阀门可以是电磁阀，由控制器控制，也可以是手动阀门，或者是手动电磁一体式阀门。

第一温度传感器501、第一照度传感器601、第一四分量辐射传感器用701于采集环境位点的环境温度、环境照度以及环境位点所在区域的太阳光辐射和地表辐射。第二温度传感器502、第二照度传感器602、第二四分量辐射传感器702的数量相同，和使用的井管数量相同，用于采集各个井管的管壁温度、井管照度以及各个井管所在位置点的衰减光辐射和衰减井管辐射。

处理器，其用于获取各个井管管壁的历史管壁温度和井管附近的环境位点的历史环境温度，建立各个井管与环境位点之间的温度变化曲线F（t）；其中，温度变化曲线F（t）表征管壁温度和环境温度的映射关系；还用于根据各个井管的管壁温度tbi和井管管壁处的井管照度Ldi，以及环境位点的环境温度ta和环境照度Lc，计算不同井管的管壁位置与环境位点的照度差△Li=Lc-Ldi，根据照度差△Li判断对应位置的遮挡状态；其中，i表示井管编号；还用于根据遮挡状态对环境温度ta和管壁温度tbi进行温度补偿；还用于基于补偿后的温度，根据环境温度ta查询所述温度变化曲线F（t），得到当前时刻对应的井管期望温度tbw，计算当前时刻不同井管的管壁温度tbi与管壁期望温度tbw的温度差△ti=tbi-tbw，根据温度差△ti判断对应井管的运行状态异常与否；还用于对运行状态异常的井管进行标记及数量统计，并进行异常决策。

井管的尾端连接有滤管900，滤管900用于拦截地下水中含有的杂质，使得抽出的地下水杂质少，也降低井管内部因杂质堵塞的概率，使得井管的使用寿命延长。下面对滤管900的结构进行详细说明。

滤管900包括内管1、外管2、环形件5、水管6和高压泵7。请参阅图5和图6，图5示出了以外管径向方向角度的滤管900的整体结构示意图，图6示出了基于图5中A-A视角下的剖视图。内管1的尾端端部密封设置，内管1的尾端外表面开设有多个滤孔，滤孔可以呈星棋状排列，直径范围为6-14mm。内管1的外径小于外管2的内径，因此内管1具有滤孔的尾端全部位于外管2的内部。外管和内管组合一起的长度为1~1.3m，外管和内管的骨架可以采用无缝钢管。

环形件5固定设置在内管1的外表面，且位于滤孔的上方。环形件5主要由环形套51和至少一个短管52构成。环形套51固定设置于内管1的外表面，位于滤孔的上方，环形套51的内径与内管1的外径一致，因此环形套51的内壁面可以与内管1外壁紧密贴合。环形套51具有一定的厚度，环形凹槽位于环形件5的内壁中段，在环形套51与内管1紧密贴合并密封连接时，环形凹槽与内管1围合成环形腔体。环形件5底端开有与环形凹槽连通的通孔一，通孔一可以等距分布，环形腔体灌入水后，可以从通孔一排出。为了方便向环形腔体内注入水，在环形件5的顶端设置与环形腔体连通的短管52，短管52的数量至少为一个，短管52的首端位于环形腔体的外部且可通过水管6与高压泵7连接，高压泵7外接水源，当需要向环形腔体注入水时，则可启动高压泵7。高压水进入到内管和外管之间的空隙内，将水流向滤管900外推动，使得附着在外管外表面的杂质在高压水流的冲击下脱离，从而减少附着在外管外表面的杂质。

外管2通过与环形套51可拆卸连接实现与内管1的连接，可以通过螺栓连接的方式或者螺纹连接的方式实现可拆除连接，但不局限于这两种。外管2主要由套筒21和细过滤筒22构成。套筒21的顶端与环形套51可拆卸连接。例如，若采用螺纹连接的方式，可在套筒21的顶端内壁设置内螺纹，在环形套51的外壁面设置外螺纹，通过内外螺纹配合实现螺纹连接，或者在环形套51的外表面设置螺孔，设置螺栓穿过套筒21与环形套51上的螺孔连接。套筒21的底端封闭设置，且向外沿周向直径依次减小，呈锥体状，套筒21的内部底端凸起，呈弧面。

套筒21的侧壁设置有过滤杂质的粗过滤部，粗过滤部可以采用孔隙大的过滤网，套筒21侧壁开设口焊接过滤网，形成粗过滤部。细过滤筒22为中空且上下无遮挡的设置，与套筒21内壁面贴合设置，并且覆盖粗过滤部，细过滤筒22采用孔隙比粗过滤部小的过滤网，此外，细过滤筒22的顶端沿径向向内延伸，因此细过滤筒22顶端的内径小于底端的内径，在套筒21与环形套51连接时起到限位的作用。内管1的尾端位于细过滤筒22的轴线上，且与套筒21的内部底端保持一定的间距，内管1的滤孔被外管2包裹，进而外界的水需穿过套筒21的粗过滤部和细过滤筒22，才能通过内管1的滤孔进入到内管1内。

为了进一步保护外管2，可以在外管2的外表面包裹有呈螺旋状分布的铁丝，降低外管2直接与石头等坚硬物直接碰撞的可能，为了提高防护效果，还可在铁丝的表面设置尖锐凸起，具有一定的破碎的作用。

井管的尾端与滤管900的首端可以通过法兰连接。请参阅图7，图7示出了第一法兰盘或第二法兰盘的轴向方向的外观示意图。井管的尾端端部固定连接有第二法兰盘，内管1的首端端部表面固定连接有与第二法兰盘匹配设置的第一法兰盘；第一法兰盘和第二法兰盘的侧壁开设有与短管52数量匹配的开口。开口与第一法兰盘、第二法兰盘本身的连接孔是交错设置的，因此开口不影响第一法兰盘和第二法兰盘之间的连接，设置开口也方便水管6与短管52之间连接，也易于水管6贴合在井管的外表面，为提高第一法兰盘和第二法兰盘之间的连接紧密性，还可在第一法兰盘与第二法兰盘之间增加密封垫，密封垫嵌于第一法兰盘的底端或第二法兰盘的顶端，可以开设容纳密封垫的槽。第一法兰盘、第二法兰盘的直径小于外管2的直径。

本实施例通过内管1和外管2可拆卸的设置在滤管900阻塞的时候通过拆卸分离进行清理，从而方便循环使用，此外，通过回流的高压水能够对外管进行冲洗，减少泥沙粘附在外管外表面的现象，提高滤管900的使用周期，进而在基坑降水时配合井管持续性排水。

实施例3

如图8所示，本实施例介绍了一种基坑用轻型井点降水方法，应用于实施例2的基坑用轻型井点降水装置。本实施例的降水方法的具体步骤如下：

步骤1.根据基坑的宽度H确定降水井点的分布，并根据基坑的降水面积、深度及渗透系数确定相邻降水井点的间距。降水井点的分布具体方式为：判断基坑的宽度H是否大于6m。当H≦6m，降水井点采用单排布置，并位于水流上游一侧，且所有降水井点的连接总长度G＞H。当H＞6m；降水井点采用双排或U型布置，位于水流上游一侧的相邻降水井点的间距小于位于水流下游一侧的相邻降水井点的间距。降水井点的间距可以是0.6-2m之间，视地下水位和基坑深度而定。在特殊部位可以适当加密井点，以保证降水效果。请参阅图9和图10，图9示出了井管单排布置示意图，图10示出了井管U型布置示意图。

对于相邻降水井点的平均间距，可以根据实际所需使用的井管数量以及集水总管的长和宽确定，计算公式为：

其中，n为井管数量，L为集水总管的长度，B为集水总管的宽度。计算出的平坤间距D需至少大于井管直径的15倍，同时实际使用时还需符合集水总管上接头的分布间距。

对于井管的埋没深度LJ的计算公式如下：

LJ=H1+H2+iLc

其中，H1为井管埋没面至基坑坑底的距离，H2为地下原始水位与所需下降水位之间的间距， i为地下水降落坡度，Lc为井管至基坑中心的水平间距。

步骤2.以基坑边缘为参照线，在基坑外围与参照线间隔一个预设的长度的地方设置降水线，并根据降水井点的分布和相邻降水井点的间距在降水线上确定井点的位置并标记。井点位置与参照线最小距离一般不小于2米，以保证基坑边坡的稳定性。

步骤3.将标记位置冲孔成降水井，将井管400铺设在降水井内，将降水井的顶端与井管400之间的缝隙填充密实。轻型井点适用的土层渗透系数为0.1～50m/d，当土层渗透系数偏小时，需要采用在井点管件顶部用粘土封填并保证各连接部位具有较好的气密性，通过提高井点的真空度来增强抽排水能力。

步骤4.将集水总管100铺设在降水井的外围，与弯管300、井管400组成降水管路；待降水管路的中空度达到一个标准值后，进行抽水。井点降水必然会形成降水漏斗，从而导致周围土壤固结并引起地面沉陷，为减少井点降水对周围建筑物及地下管线造成影响，可考虑在井点线外4～5m处设置回灌井点，将井点中抽出水经沉淀后用压力注入回灌井中，形成一道水墙。

步骤5.监测井管400的运行状态，在降水水位达到一个所需值后，停止抽水，完成井点降水。其中，井管400运行状态的监测采用实施例1中的井管内水流流动状态监测方法。一般地下水位降到基坑底高程以下0.5～1米，以保持基坑在开挖期间的干燥状态，同时也保障开挖过程中基坑边坡的稳定性。

本实施例能够实现系统化基坑降水，在井管运行异常时能够及时监测出，为相关人员提供足够的维修时间，减少流砂堆积或出现滑裂险情。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种井管内水流流动状态监测方法，其特征在于，所述井管内水流流动状态监测方法包括以下步骤：

S1.获取各个井管（400）管壁的历史管壁温度和井管（400）附近的环境位点的历史环境温度，建立各个井管（400）与环境位点之间的温度变化曲线F（t）；其中，温度变化曲线F（t）表征管壁温度和环境温度的映射关系；环境位点为距任意选取的井管（400）间隔0~2m的位置点；

S2.实时采集各个井管（400）的管壁温度tbi和井管（400）管壁处的井管照度Ldi，以及环境位点的环境温度ta和环境照度Lc；其中，i表示井管（400）的编号；

S3.计算不同井管（400）的管壁位置与环境位点的照度差△Li=Lc-Ldi，根据照度差△Li判断对应位置的遮挡状态，并做出如下决策：

（1）当△Li＞△Lmax；判定环境位点为遮挡状态并对环境位点处的环境温度ta进行温度补偿；

（2）当△Li＜△Lmin；判定该井管（400）为遮挡状态并对该井管（400）的管壁温度tbi进行温度补偿；

（3）当△Lmax＞△Li＞△Lmin；判定对环境位点和井管（400）无遮挡；

其中，△Lmax为预设的照度差最大值，△Lmin为预设的照度差最小值；

S4.基于补偿后的温度，根据环境温度ta查询所述温度变化曲线F（t），得到当前时刻对应的井管期望温度tbw，计算当前时刻不同井管（400）的管壁温度tbi与管壁期望温度tbw的温度差△ti=tbi-tbw，根据温度差△ti判断对应井管（400）的运行状态，并做出如下决策：

（1）当△tmin＜△ti＜△tmax；判定当前井管（400）在当前时刻内部水流正常流动；

（2）当△ti＞△tmax或△ti＜△tmin；判定当前井管（400）在当前时刻内部水流流动异常，并进行异常点标记以及异常提示；

其中，△tmin为预设的温度差最小值，△tmax为预设的温度差最大值。

2.根据权利要求1所述的井管内水流流动状态监测方法，其特征在于，根据各个井管（400）的位置分布进行区域划分，每一区域内对应设置一个环境位点，并根据同一区域的不同井管（400）的历史管壁温度和环境位点的历史环境温度建立温度变化曲线F（t）。

3.根据权利要求1所述的井管内水流流动状态监测方法，其特征在于，所述环境温度ta的温度补偿方法包括以下步骤：

获取太阳光辐射L₁和地表辐射L₂；

根据井管（400）所在区域的地表比辐射率

计算实际环境温度Ta：

；其中，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数；

根据实际环境温度Ta对环境温度ta进行温度补偿，即ta=Ta。

4.根据权利要求1所述的井管内水流流动状态监测方法，其特征在于，所述井管（400）的管壁温度tbi的温度补偿方法包括以下步骤：

获取处于遮挡状态的井管（400）所在位置的衰减光辐射L₃和衰减井管辐射L₄；

根据太阳光辐射L₁计算处于无遮挡状态下该井管（400）的井管辐射Lx：

；

根据该井管（400）的井管比辐射率

计算实际管壁温度Tbi：Tbi=

；其中，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数；

根据实际管壁温度Tbi对该井管（400）的管壁温度tbi进行温度补偿，即tbi=Tbi。

5.一种基坑用轻型井点降水装置，其特征在于，其包括：

集水总管（100），其管壁上设置有与至少一个弯管（300）相连的接口；

泵机（200），其输入端与集水总管（100）相连；

至少一个弯管（300），其一端与集水总管（100）上的接口相连；

井管（400），其与弯管（300）数量相同；井管（400）的首端与弯管（300）背离集水总管（100）的一端相连；

第一温度传感器（501），其用于采集环境位点的环境温度；其中，环境位点为距任一选取的井管间隔0~2m的位置点；

多个第二温度传感器（502），其与多个井管（400）一一对应设置，用于采集各个井管的管壁温度；

第一照度传感器（601），其用于采集环境位点的环境照度；

多个第二照度传感器（602），其与第二温度传感器（502）一一对应设置，用于采集各个井管的井管照度；

第一四分量辐射传感器（701），其用于采集基坑区域的太阳光辐射和地表辐射；

多个第二四分量辐射传感器（702），其与第二照度传感器（602）一一对应设置，用于采集各个井管所在位置点的衰减光辐射和衰减井管辐射；

处理器（800），其用于获取各个井管管壁的历史管壁温度和井管附近的环境位点的历史环境温度，建立各个井管与环境位点之间的温度变化曲线F（t）；其中，温度变化曲线F（t）表征管壁温度和环境温度的映射关系；还用于根据各个井管的管壁温度tbi和井管管壁处的井管照度Ldi，以及环境位点的环境温度ta和环境照度Lc，计算不同井管的管壁位置与环境位点的照度差△Li=Lc-Ldi，根据照度差△Li判断对应位置的遮挡状态；其中，i表示井管编号；还用于根据遮挡状态对环境温度ta和管壁温度tbi进行温度补偿；还用于基于补偿后的温度，根据环境温度ta查询所述温度变化曲线F（t），得到当前时刻对应的井管期望温度tbw，计算当前时刻不同井管的管壁温度tbi与管壁期望温度tbw的温度差△ti=tbi-tbw，根据温度差△ti判断对应井管的运行状态异常与否；还用于对运行状态异常的井管进行标记及数量统计，并进行异常决策。

6.根据权利要求5所述的基坑用轻型井点降水装置，其特征在于，所述井管（400）的尾端连接有滤管（900）；所述滤管（900）包括内管（1）和外管（2）；内管（1）的尾端端部密封设置；内管（1）的尾端外表面开设有多个滤孔；外管（2）与内管（1）套接固定；外管（2）包括套筒（21）和细过滤筒（22）；套筒（21）的底端封闭设置，且向外沿周向直径依次减小，呈锥体状；套筒（21）的侧壁设置有过滤杂质的粗过滤部；细过滤筒（22）与套筒（21）内壁面贴合设置，覆盖所述粗过滤部；内管（1）位于细过滤筒（22）内且内管（1）的首端延伸至外管（2）外部。

7.根据权利要求6所述的基坑用轻型井点降水装置，其特征在于，所述滤管（900）还包括环形件（5）、水管（6）和高压泵（7）；环形件（5）包括环形套（51）和至少一个短管（52）；环形套（51）固定设置于内管（1）的外表面且位于内管（1）的滤孔的上方；环形套（51）的内壁面开设有环形凹槽，与内管（1）围合成环形腔体，所述环形件（5）的底端面开设有等距分布的通孔一，所述通孔一与所述环形凹槽连通；环形套（51）与外管（2）的顶端可拆卸连接；短管（52）的尾端设置于环形套（51）顶端面且与环形凹槽连通；水管（6）的尾端与短管（52）的首端连通；高压泵（7）的输出端与水管（6）的首端相连。

8.根据权利要求6所述的基坑用轻型井点降水装置，其特征在于，所述井管（400）的尾端端部固定连接有第二法兰盘，内管（1）的首端端部表面固定连接有与第二法兰盘匹配设置的第一法兰盘；第一法兰盘和第二法兰盘的侧壁开设有与短管（52）数量匹配的开口。

9.一种基坑用轻型井点降水方法，其特征在于，其应用于如权利要求5-8中任意一项所述的基坑用轻型井点降水装置，所述基坑用轻型井点降水方法包括以下步骤：

根据基坑的宽度H确定降水井点的分布，并根据基坑的降水面积、深度及渗透系数确定相邻降水井点的间距；

以基坑边缘线为参照线，在基坑外围与参照线间隔一个预设的长度的地方设置降水线，并根据所述降水井点的分布和相邻降水井点的间距在所述降水线上确定井点的位置并标记；

将标记位置冲孔成降水井，将井管（400）铺设在所述降水井内，将降水井的顶端与井管（400）之间的缝隙填充密实；

将集水总管（100）铺设在所述降水井的外围，与弯管（300）、井管（400）组成降水管路；待所述降水管路的中空度达到一个标准值后，通过泵机（200）进行抽水；

监测井管（400）的运行状态，在降水水位达到一个所需值后，停止抽水，完成井点降水。

10.根据权利要求9所述的基坑用轻型井点降水方法，其特征在于，所述降水井点的分布方法包括以下步骤：

测量基坑的宽度H，判断基坑的宽度H是否大于6m，并做出如下决策：

（1）当H≦6m；降水井点采用单排布置，并位于水流上游一侧，且所有降水井点的连接总长度G＞H；

（2）当H＞6m；降水井点采用双排或U型布置，位于水流上游一侧的相邻降水井点的间距小于位于水流下游一侧的相邻降水井点的间距。

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