CN115790773A - 一种管井内持续监测水位的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管井内持续监测水位的装置及使用方法，它包括吊杆、伸缩杆及电子水压传感器，吊杆上设有滑槽，吊杆通过两个U型吊架水平架设于管井口上，U型吊架能够沿着滑槽滑动，当两个U型吊架之间的间距与管井的直径一致时，通过螺栓将U型吊架固定于管井口上；伸缩杆配套设有连接钢筋，伸缩杆和连接钢筋绑扎为一体且通过固定扣件竖向悬设于吊杆中部的下方，伸缩杆上设有刻度；电子水压传感器固定于连接钢筋的底端，电子水压传感器的底端与伸缩杆底端平齐，电子水压传感器深入管井水位面下方，且电子水压传感器与管井水位面之间的间距保持恒定。该装置，部件简单可重复使用，节材环保，满足国家绿色经济发展需求。

Description

一种管井内持续监测水位的装置及使用方法

技术领域

本发明属于基坑降水技术领域，特别涉及一种管井内持续监测水位的装置及使用方法。

背景技术

现有的深基坑施工，均有降水需求。降水质量的好坏直接决定挖土施工过程中的土质，从而影响挖土施工的速度和安全。现有的深层降水，主要采用管井降水的施工方式，即在土中通过循环钻挖开一个孔洞，再将管井吊放入泥浆孔内，再使用高压清水冲出泥浆，孔与管井周边空隙处填以黄沙。抽水的方式主要有两种：1、潜水泵。2、真空泵。可根据施工实际情况选择。

降水井的构造和抽水工具现在已经基本完善，然而在实际降水施工过程中，如何动态监控管井水位显得尤为重要。现在主要的降水水位监测手段为人工监测，水位测量方式可以用卷尺，或者水位计(探头遇水会报警)。

然而，人工水位测量难度较大，基坑内情况复杂，不是每口井每刻都具备人工测量条件。并且、施工过程中，工况瞬息万变。必要时，需要立刻得知降水井水头高度，以排查施工险情。

因此，有必要提供一种管井内持续监测水位的装置及方法，既可节约人力消除测量风险，又可实时测量降水井水头，以方便现场策划排查。

鉴于此，有必要研究一种管井内持续监测水位的装置及使用方法，保证施工的安全性。

发明内容

本发明提供一种管井内持续监测水位的装置及使用方法，不增加劳力和风险的条件下，实现降水井动态监控的需求。通过测量水压，让每口井都有一个传感器可以实时传输井内水位的信息。整套设备结构简单，操作简洁成本低且可大大的提高施工安全效率。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种管井内持续监测水位的装置,包括：

吊杆，所述吊杆上设有滑槽，所述吊杆通过两个U型吊架水平架设于管井口上，所述U型吊架能够沿着所述滑槽滑动，当两个U型吊架之间的间距与管井的直径一致时，通过螺栓将所述U型吊架固定于管井口上；

伸缩杆，所述伸缩杆配套设有连接钢筋，所述伸缩杆和连接钢筋绑扎为一体且通过固定扣件竖向悬设于吊杆中部的下方，所述伸缩杆上设有刻度；

电子水压传感器，所述电子水压传感器固定于所述连接钢筋的底端，所述电子水压传感器的底端与所述伸缩杆底端平齐，所述电子水压传感器深入管井水位面下方，且所述电子水压传感器与管井水位面之间的间距保持恒定。

进一步地，所述伸缩杆包括固定端和伸缩端，所述伸缩端和固定端之间设有伸缩环，通过旋转伸缩环能够使得伸缩杆伸长或缩短。伸缩杆的长度根据管井深度来调整，伸缩杆合适的长度区间为最大降水深度至管井深度，从而保证整个降水作业过程中，电子水压传感器均位于管井水位面以下。

进一步地，所述管井内持续监测水位的装置，通过测量水压，间接测量管井水位。

本发明还提供了一种管井内持续监测水位的装置的使用方法，提供前述的管井内持续监测水位的装置备用，所述使用方法包括：

步骤S1、管井成井时，安装所述管井内持续监测水位的装置；

步骤S2、根据管井深度调整伸缩杆长度，通过全站仪测得伸缩杆顶标高h1，通过刻度h2推算电子水压传感器的深度h_算,h_算＝h₁+h₂；

步骤S3、待水位稳定后初测水压p，得出水头h计算公式:h＝(h₁+h₂-p/gρ),与电子水压传感器测出的水头对比；

步骤S4、基坑开始降水，通过电子水压传感器的传输数据线获取水压，此处即可以派人手持终端仪器逐井测量，也可通过连接到服务器终端，实现数据的实时监控；

步骤S5、基坑开始取土，水头高度通过水压获得；

步骤S6、当基坑取土至指定标高时，部分管井需要截井，从而保证管井的稳定性，此时先使用气割切开一个切口，在切口处新布置一根吊杆并通过螺栓与管井口和伸缩杆固定；再切断剩余的管段；最后将上部管段吊运走，伸缩杆伸缩至合适的长度；整个过程中保证电子水压传感器与管井水位面的间距不变，并将上部吊杆及配件重新安装至新管井口上；

步骤S7、持续降水至结束，重复所述步骤S4至步骤S6，直至整个管井内持续监测水位的装置全部取出。

进一步地，所述电子水压传感器每分钟记录一次水位数据，并直接通过数据线连接入云端平台。

进一步地，分别根据管井水头设置报警值、水泵自动关停值：如果水头高度突然上升并超过报警值，则会通过云端平台实时自动提醒管理人员，现场人员可以增加临时水泵，增加降水速度，以控制水位；如果在基坑施工过程中水位低于该值，系统则会自动关停水泵并提醒管理人员，待水位升过该值后再开启。

进一步地，根据承压水水位设置自动开启关停承压水水泵，水头高于该值即抽水，低于该值则停止抽水，抽水的记录时长也可通过系统自动保存，并可换算出最终的承压水抽水量，并以此为依据，使得周边的回灌井自动回灌相应的水量。

进一步地，根据设计规定设置水位变化速率报警值，以一小时内水位变化的平均速度作为控制变量，若基坑内外管井水位出现明显异常剧变，系统会自动报警通知项目管理人员，并标识问题管井。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)本发明提供一种管井内持续监测水位的装置，包括吊杆、伸缩杆以及电子水压传感器，吊杆上设有滑槽，吊杆通过两个U型吊架水平架设于管井口上，U型吊架能够沿着滑槽滑动，当两个U型吊架之间的间距与管井的直径一致时，通过螺栓将U型吊架固定于管井口上；伸缩杆配套设有连接钢筋，伸缩杆和连接钢筋绑扎为一体且通过固定扣件竖向悬设于吊杆中部的下方，伸缩杆上设有刻度；电子水压传感器固定于连接钢筋的底端，电子水压传感器的底端与伸缩杆底端平齐，电子水压传感器深入管井水位面下方，且电子水压传感器与管井水位面之间的间距保持恒定。本发明的管井内持续监测水位的装置，部件简单可重复使用，节材环保，满足国家绿色经济发展需求。

(2)本发明提供一种管井内持续监测水位的装置的使用方法，采用间接式测量水位，通过水压换算该井口的水头高度，可避免数据采集过程对管井的影响。通过采用模块化设计，吊杆上的滑槽可使U型吊架沿槽滑动适用各种形式、不同直径的管井，受环境工况制约小，可适用于所有类型的管井内水位监测。该使用方法，可保证全时域自定义监测，方便出现突发情况后的紧急排查，并节约人力。采用自动监测模式，每隔一分钟采集一次水头高度数据，通过后端系统内设置的报警值或者阈值，可以无论场内条件多恶劣，都可自动监测降水施工的安全情况。若出现报警值，系统可以直接通知管理人员。若场内出现不良地质情况，管理人员也可以第一时间通过降水监测系统排查，以判断是何种原因导致施工出现该情况。全天候的电子化监测，可以节约出每日监测的人力，在节约施工成本的同时，又可更好保障现场施工人员，满足施工企业在生产安全方面的管理提升。

(3)本发明提供一种管井内持续监测水位的装置，通过水位信息数字化数据，可控制降水智能自动开停，为未来AI化降水管理提供数据基础：监测数据直接通过传感器以数字化的形式呈现，此数据不仅可以直接连入平台(如智慧工地平台)并实时的展现给所有管理人员，还根据系统智能化的指令，直接控制降水井内的抽水泵，实现基坑降水施工的无人化和智能化。此外、水位的监测数据的采集与保存，可以平台AI程序模型提供训练基础，可以未未来智慧工地管理平台的降水管理AI系统发展，提供显著的帮助。

附图说明

图1为本发明一实施例管井内持续监测水位的装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例管井内持续监测水位的装置安装示意图；

图3为本发明一实施例管井内持续监测水位的装置的平面图；

图4为图3的A部放大图；

图5为本发明一实施例管井内持续监测水位的装置中伸缩杆的结构示意图。

图中：

1-管井口；2-伸缩杆；3-管井水位面；4-电子水压传感器；5-U型吊架；6-吊杆；7-滑槽；8-细沙层；9-伸缩环，10-固定扣件，11-电子水压传感器电线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的一种管井内持续监测水位的装置及使用方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

实施例一

请参考图1至图5，详细说明书本实施例的管井内持续监测水位的装置的结构组成。

请继续参考图1至图5，一种管井内持续监测水位的装置，包括吊杆6、伸缩杆2以及电子水压传感器4，吊杆6上设有滑槽7，吊杆6通过两个U型吊架5水平架设于管井口1上，U型吊架5能够沿着滑槽7滑动，当两个U型吊架5之间的间距与管井的直径一致时，通过螺栓将U型吊架5固定于管井口1上；伸缩杆2配套设有连接钢筋，伸缩杆2和连接钢筋绑扎为一体且通过固定扣件10竖向悬设于吊杆6中部的下方，伸缩杆2上设有刻度；电子水压传感器4固定于连接钢筋的底端，电子水压传感器4的底端与伸缩杆2底端平齐，电子水压传感器4深入管井水位面3下方，且电子水压传感器4与管井水位面3之间的间距保持恒定。电子水压传感器电线11布设于伸缩杆2外壁上。

在本实施例中，更优选地，伸缩杆2包括固定端和伸缩端，伸缩端和固定端之间设有伸缩环9，通过旋转伸缩环9能够使得伸缩杆伸长或缩短。伸缩杆2的长度根据管井深度来调整，伸缩杆2合适的长度区间为最大降水深度至管井深度，从而保证整个降水作业过程中，电子水压传感器4均位于管井水位面3以下。

在本实施例中，更优选地，管井内持续监测水位的装置，通过测量水压，间接测量管井水位。与常规直接采用标尺等工具直接测量管井水位的方法不同。间接测量管井水位的方式，更适用于复杂工况下降水井动态监控的需求。

在本实施例中，更优选地，每个管井的内侧壁均设有细沙层。管井附近填充细沙，可以有效增加管井周边土体的孔隙率，使土中水快速渗流至管井内。此外也可避免土体因为管井土体径向压缩(由于抽水的原因)造成土体透水系数降低从而导致降水想过降低的现象。

请继续参考图1至图5，本发明还提供了一种管井内持续监测水位的装置的使用方法，提供前述的管井内持续监测水位的装置备用，该使用方法包括：

步骤S1、管井成井时，安装所管井内持续监测水位的装置；

步骤S2、根据管井深度调整伸缩杆2长度，通过全站仪测得伸缩杆2顶标高h₁，通过刻度h₂推算电子水压传感器4的深度h_算,h_算＝h₁+h₂；

步骤S3、待水位稳定后初测水压p，得出水头h计算公式:h＝(h₁+h₂-p/gρ),与电子水压传感器测出的水头对比；

步骤S4、基坑开始降水，通过电子水压传感器4的传输数据线获取水压，此处即可以派人手持终端仪器逐井测量，也可通过连接到服务器终端，实现数据的实时监控；

步骤S5、基坑开始取土，水头高度通过水压获得；

步骤S6、当基坑取土至指定标高时，部分管井需要截井，从而保证管井的稳定性，此时先使用气割切开一个切口，在切口处新布置一根吊杆并通过螺栓与管井口1和伸缩杆2固定；再切断剩余的管段；最后将上部管段吊运走，伸缩杆2伸缩至合适的长度；整个过程中保证电子水压传感器4与管井水位面3的间距不变，并将上部吊杆6及其配件重新安装至新管井口上；

步骤S7、持续降水至结束，重复步骤S4至步骤S6，直至整个管井内持续监测水位的装置全部取出。

特别地，整个过程中，若出现电子水压传感器4损坏，记住原始位置并用一个新的电子水压传感器4替换即可。本装置易于装拆，模块化强，使用灵活方便。

在本实施例中，更优选地，电子水压传感器4每分钟记录一次水位数据，并直接通过数据线连接入云端平台。

在本实施例中，更优选地，分别根据管井水头设置报警值(根据规范以最终开挖面标高下降0.5m作为水位报警值)、水泵自动关停值(根据规范以最终开挖面标高下降1m作为水泵自动关停值)：如果水头高度突然上升并超过报警值，则会通过云端平台实时自动提醒管理人员，现场人员可以增加临时水泵，增加降水速度，以控制水位；如果在基坑施工过程中水位低于该值，系统则会自动关停水泵并提醒管理人员，待水位升过该值后再开启。

在本实施例中，更优选地，根据承压水水位设置自动开启关停承压水水泵(输入地勘和设计资料中的承压水临界值，并以此作为水泵自动关停的控制值)，水头高于该值即抽水，低于该值则停止抽水，抽水的记录时长也可通过系统自动保存，并可换算出最终的承压水抽水量，并以此为依据，使得周边的回灌井自动回灌相应的水量。

在本实施例中，更优选地，根据设计规定设置水位变化速率报警值，以一小时内水位变化的平均速度作为控制变量，若基坑内外管井水位出现明显异常剧变，系统会自动报警通知项目管理人员，并标识问题管井。

上述实例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受以上实例的限制。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 (8)

1.一种管井内持续监测水位的装置，其特征在于，包括：

吊杆，所述吊杆上设有滑槽，所述吊杆通过两个U型吊架水平架设于管井口上，所述U型吊架能够沿着所述滑槽滑动，当两个U型吊架之间的间距与管井的直径一致时，通过螺栓将所述U型吊架固定于管井口上；

伸缩杆，所述伸缩杆配套设有连接钢筋，所述伸缩杆和连接钢筋绑扎为一体且通过固定扣件竖向悬设于吊杆中部的下方，所述伸缩杆上设有刻度；

电子水压传感器，所述电子水压传感器固定于所述连接钢筋的底端，所述电子水压传感器的底端与所述伸缩杆底端平齐，所述电子水压传感器深入管井水位面下方，且所述电子水压传感器与管井水位面之间的间距保持恒定。

2.根据权利要求1所述的管井内持续监测水位的装置，其特征在于，所述伸缩杆包括固定端和伸缩端，所述伸缩端和固定端之间设有伸缩环，通过旋转伸缩环能够使得伸缩杆伸长或缩短。

3.根据权利要求1所述的管井内持续监测水位的装置，其特征在于，所述管井内持续监测水位的装置，通过测量水压，间接测量管井水位。

4.一种管井内持续监测水位的装置的使用方法，其特征在于，提供权利要求1至3任一项所述的管井内持续监测水位的装置备用，所述使用方法包括：

步骤S1、管井成井时，安装所述管井内持续监测水位的装置；

步骤S2、根据管井深度调整伸缩杆长度，通过全站仪测得伸缩杆顶标高h₁，通过刻度h₂推算电子水压传感器深度h_算,h_算＝h₁+h₂；

步骤S3、待水位稳定后初测水压p，得出水头h计算公式:h＝(h₁+h₂-p/gρ),与电子水压传感器测出的水头对比；

步骤S4、基坑开始降水，通过电子水压传感器的传输数据线获取水压，此处即可以派人手持终端仪器逐井测量，也可通过连接到服务器终端，实现数据的实时监控；

步骤S5、基坑开始取土，水头高度通过水压获得；

步骤S6、当基坑取土至指定标高时，部分管井需要截井，从而保证管井的稳定性，此时先使用气割切开一个切口，在切口处新布置一根吊杆并通过螺栓与管井口和伸缩杆固定；再切断剩余的管段；最后将上部管段吊运走，伸缩杆伸缩至合适的长度；整个过程中保证电子水压传感器与管井水位面的间距不变，并将上部吊杆及配件重新安装至新管井口上；

步骤S7、持续降水至结束，重复所述步骤S4至步骤S6，直至整个管井内持续监测水位的装置全部取出。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电子水压传感器每分钟记录一次水位数据，并直接通过数据线连接入云端平台。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，分别根据管井水头设置报警值、水泵自动关停值：如果水头高度突然上升并超过报警值，则会通过云端平台实时自动提醒管理人员，现场人员可以增加临时水泵，增加降水速度，以控制水位；如果在基坑施工过程中水位低于该值，系统则会自动关停水泵并提醒管理人员，待水位升过该值后再开启。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据承压水水位设置自动开启关停承压水水泵，水头高于该值即抽水，低于该值则停止抽水，抽水的记录时长也可通过系统自动保存，并可换算出最终的承压水抽水量，并以此为依据，使得周边的回灌井自动回灌相应的水量。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据设计规定设置水位变化速率报警值，以一小时内水位变化的平均速度作为控制变量，若基坑内外管井水位出现明显异常剧变，系统会自动报警通知项目管理人员，并标识问题管井。

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