CN116752528B - 一种溶洞地质条件下的打桩施工自适应控制系统 - Google Patents
一种溶洞地质条件下的打桩施工自适应控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种溶洞地质条件下的打桩施工自适应控制系统，包括溶洞地质信息采集模块、自适应打桩参数处理模块、打桩施工控制模块和施工监测反馈模块，所述溶洞地质信息采集模块用于采集溶洞地质信息，提供准确、全面的地质数据作为自适应控制的输入信息，所述自适应打桩参数处理模块根据地质数据处理得到打桩参数，确保打桩的效率和安全性，所述打桩施工控制模块基于打桩参数控制打桩设备的运行，确保打桩的准确性和稳定性，所述施工监测反馈模块用于实时监测施工过程中的情况，反馈数据给打桩施工控制模块；本系统能够根据预先探测到的溶洞数据，为每个打桩点设计独特的打桩参数，使打桩过程更加安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及工程控制领域，具体涉及一种溶洞地质条件下的打桩施工自适应控制系统。
背景技术
打桩过程是所有建筑工程项目中的关键一环，将决定整个工程的安全质量，而在溶洞地质条件下，打桩过程将受到影响，需要对打桩过程进行精确控制实现打桩过程的安全性，如何根据采集到的溶洞地质数据对打桩参数进行控制是当前需要解决的问题。
背景技术的前述论述仅意图便于理解本发明。此论述并不认可或承认提及的材料中的任一种公共常识的一部分。
现在已经开发出了很多打桩控制系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有的控制系统有如公开号为CN116397634A所公开的系统，这些系统一般包括：控制装置、钻杆和钻头，所述钻杆内设置分别设置有浆液通道、信号通道及气体通道，所述钻头上设置有喷浆口、喷气口及地内压力传感器，所述喷浆口与所述浆液通道相连通，所述喷气口与所述气体通道相连通，所述地内压力传感器通过所述信号通道中的信号线与所述控制装置相连接，所述控制装置用于根据所述钻头的深度实时计算地内压力控制值，并根据所述地内压力传感器提供的地内压力调整所述喷浆口的喷浆压力、所述喷气口的喷气压力以及所述钻杆的转速，从而使得所述地内压力传感器检测到的地内压力小于所述地内压力控制值。但系统只能检测到打桩点的数据，并不适用与对溶洞地质条件下的打桩控制。
发明内容
本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种溶洞地质条件下的打桩施工自适应控制系统。
本发明采用如下技术方案：
一种溶洞地质条件下的打桩施工自适应控制系统，包括溶洞地质信息采集模块、自适应打桩参数处理模块、打桩施工控制模块和施工监测反馈模块；
所述溶洞地质信息采集模块用于采集溶洞地质信息，提供准确、全面的地质数据作为自适应控制的输入信息，所述自适应打桩参数处理模块根据地质数据处理得到打桩参数，确保打桩的效率和安全性，所述打桩施工控制模块基于打桩参数控制打桩设备的运行，确保打桩的准确性和稳定性，所述施工监测反馈模块用于实时监测施工过程中的情况，反馈数据给打桩施工控制模块；
所述自适应打桩参数处理模块包括地质信息处理单元和自适应算法单元，所述地质信息处理单元负责对采集的溶洞地质信息进行处理和分析，提取关键特征，所述自适应算法单元根据地质特征和打桩要求，计算出适合当前地质条件的打桩参数；
所述打桩施工控制模块包括打桩参数接收单元、控制指令生成单元和打桩设备控制单元，所述打桩参数接收到单元用于接收来自自适应打桩参数处理模块的打桩参数，所述控制指令生成单元用于根据接收的打桩参数生成相应的控制指令，所述打桩设备控制单元用于接收并执行控制指令，实现对打桩设备的精准控制；
所述施工监测反馈模块包括实时监测单元、反馈信息采集单元和数据处理分析单元，所述实时监测单元用于负责实时监测打桩施工过程中的各项参数，所述反馈信息采集单元用于采集地质条件下的反馈信息，所述数据处理分析单元用于对实时监测数据和反馈信息进行分析处理，及时调整打桩参数；
进一步的，所述地质信息处理单元包括地质数据寄存器、工程数据寄存器、选点分析处理器和信息配置处理器，所述选点分析处理器根据地质数据寄存器中的溶洞地质信息和工程数据寄存器中的工程信息确定打桩点位置，所述信息配置处理器根据打桩点位置配置对应专属分析信息，所述专属分析信息包括主区域信息和副区域信息；
进一步的，所述地质信息处理单元还包括主区域地质处理器和副区域地质处理器，所述主区域地质处理器用于对每个打桩点的主区域信息进行分析处理，所述副区域地质处理器用于对每个打桩点的副区域信息进行分析处理；
所述主区域地质处理器将主区域分成多个层级，并根据下式计算出每个层级的第一特征值T1：
；
其中，Hd为对应层级土壤或岩石的硬度，h为对应层级的高度，d为对应层级底部与地面之间的距离；
所述副区域地质处理器根据下式计算出每个层级的第二特征值T2：
；
其中，表示该层级及以上层级副区域中包含的溶洞体积，/>为该层级及以上层级副区域中土壤和岩石的平均硬度，/>为主区域半径，/>为副区域半径；
进一步的，所述自适应算法单元包括数据寄存器和参数计算处理器，所述数据寄存器用于保存每个打桩点的位置信息、层级划分信息、第一特征值和第二特征值，所述参数计算处理器用于计算每个打桩点各层级的打桩参数；
所述参数计算处理器根据下式计算出打桩频率：
；
其中，为第一标准参数，/>为第二标准参数，/>为标准频率，/>为第一缩放系数；
所述参数计算处理器根据下式计算出打桩力F：
；
其中，为标准力度，/>为第二缩放系数；
进一步的，所述数据处理分析单元包括反馈项参数寄存器和反馈分析计算处理器，所述反馈项参数寄存及用于保存每个反馈项的安全数值，所述反馈分析计算处理器用于对每个反馈项的检测值进行计算处理得到打桩频率的调整值；
所述反馈分析计算处理器根据下式计算出打桩频率的调整值：
；
其中，为第i个反馈项的安全数值，/>为第i个反馈项的检测数值，m为反馈项的数量，/>为第i个反馈项的调整系数。
本发明所取得的有益效果是：
本系统能够通过对溶洞地质数据先进行探测，然后根据溶洞地质数据的特征对每个打桩点进行不同的控制，实现针对性打桩，提高打桩过程的安全性，同时通过采集反馈，实时地对打桩过程进行调整，进一步地提高安全性。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明整体结构框架示意图；
图2为本发明自适应打桩参数处理模块构成示意图；
图3为本发明施工监测反馈模块构成示意图；
图4为本发明地质信息处理单元构成示意图；
图5为本发明数据处理分析单元构成示意图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一：本实施例提供了一种溶洞地质条件下的打桩施工自适应控制系统，结合图1，包括溶洞地质信息采集模块、自适应打桩参数处理模块、打桩施工控制模块和施工监测反馈模块；
所述溶洞地质信息采集模块用于采集溶洞地质信息，提供准确、全面的地质数据作为自适应控制的输入信息，所述自适应打桩参数处理模块根据地质数据处理得到打桩参数，确保打桩的效率和安全性，所述打桩施工控制模块基于打桩参数控制打桩设备的运行，确保打桩的准确性和稳定性，所述施工监测反馈模块用于实时监测施工过程中的情况，反馈数据给打桩施工控制模块；
所述自适应打桩参数处理模块包括地质信息处理单元和自适应算法单元，所述地质信息处理单元负责对采集的溶洞地质信息进行处理和分析，提取关键特征，所述自适应算法单元根据地质特征和打桩要求，计算出适合当前地质条件的打桩参数；
所述打桩施工控制模块包括打桩参数接收单元、控制指令生成单元和打桩设备控制单元，所述打桩参数接收到单元用于接收来自自适应打桩参数处理模块的打桩参数，所述控制指令生成单元用于根据接收的打桩参数生成相应的控制指令，所述打桩设备控制单元用于接收并执行控制指令，实现对打桩设备的精准控制；
所述施工监测反馈模块包括实时监测单元、反馈信息采集单元和数据处理分析单元，所述实时监测单元用于负责实时监测打桩施工过程中的各项参数，所述反馈信息采集单元用于采集地质条件下的反馈信息，所述数据处理分析单元用于对实时监测数据和反馈信息进行分析处理，及时调整打桩参数；
所述地质信息处理单元包括地质数据寄存器、工程数据寄存器、选点分析处理器和信息配置处理器，所述选点分析处理器根据地质数据寄存器中的溶洞地质信息和工程数据寄存器中的工程信息确定打桩点位置，所述信息配置处理器根据打桩点位置配置对应专属分析信息，所述专属分析信息包括主区域信息和副区域信息；
所述地质信息处理单元还包括主区域地质处理器和副区域地质处理器，所述主区域地质处理器用于对每个打桩点的主区域信息进行分析处理，所述副区域地质处理器用于对每个打桩点的副区域信息进行分析处理；
所述主区域地质处理器将主区域分成多个层级，并根据下式计算出每个层级的第一特征值T1：
；
其中，Hd为对应层级土壤或岩石的硬度，h为对应层级的高度，d为对应层级底部与地面之间的距离；
所述副区域地质处理器根据下式计算出每个层级的第二特征值T2：
；
其中，表示该层级及以上层级副区域中包含的溶洞体积，/>为该层级及以上层级副区域中土壤和岩石的平均硬度，/>为主区域半径，/>为副区域半径；
所述自适应算法单元包括数据寄存器和参数计算处理器，所述数据寄存器用于保存每个打桩点的位置信息、层级划分信息、第一特征值和第二特征值，所述参数计算处理器用于计算每个打桩点各层级的打桩参数；
所述参数计算处理器根据下式计算出打桩频率：
；
其中，为第一标准参数，/>为第二标准参数，/>为标准频率，/>为第一缩放系数；
所述参数计算处理器根据下式计算出打桩力F：
；
其中，为标准力度，/>为第二缩放系数；
所述数据处理分析单元包括反馈项参数寄存器和反馈分析计算处理器，所述反馈项参数寄存及用于保存每个反馈项的安全数值，所述反馈分析计算处理器用于对每个反馈项的检测值进行计算处理得到打桩频率的调整值；
所述反馈分析计算处理器根据下式计算出打桩频率的调整值：
；
其中，为第i个反馈项的安全数值，/>为第i个反馈项的检测数值，m为反馈项的数量，/>为第i个反馈项的调整系数。
实施例二：本实施例包含了实施例一中的全部内容，提供了一种溶洞地质条件下的打桩施工自适应控制系统，包括溶洞地质信息采集模块、自适应打桩参数处理模块、打桩施工控制模块和施工监测反馈模块；
所述溶洞地质信息采集模块用于采集溶洞地质信息，提供准确、全面的地质数据作为自适应控制的输入信息，所述自适应打桩参数处理模块根据地质数据处理得到打桩参数，确保打桩的效率和安全性，所述打桩施工控制模块基于打桩参数控制打桩设备的运行，确保打桩的准确性和稳定性，所述施工监测反馈模块用于实时监测施工过程中的情况，反馈数据给打桩施工控制模块；
所述溶洞地址信息采集模块包括激光扫描单元和地质勘测单元，所述激光扫描单元利用激光扫描技术对溶洞地质进行扫描和测量，获取地质结果、洞穴形态等信息，所述地质勘测单元使用地质勘测仪器对地质条件进行实地勘测，获取岩层特征、地下水位等数据；
结合图2，所述自适应打桩参数处理模块包括地质信息处理单元和自适应算法单元，所述地质信息处理单元负责对采集的溶洞地质信息进行处理和分析，提取关键特征，所述自适应算法单元根据地质特征和打桩要求，计算出适合当前地质条件的打桩参数；
所述打桩施工控制模块包括打桩参数接收单元、控制指令生成单元和打桩设备控制单元，所述打桩参数接收到单元用于接收来自自适应打桩参数处理模块的打桩参数，所述控制指令生成单元用于根据接收的打桩参数生成相应的控制指令，所述打桩设备控制单元用于接收并执行控制指令，实现对打桩设备的精准控制；
结合图3，所述施工监测反馈模块包括实时监测单元、反馈信息采集单元和数据处理分析单元，所述实时监测单元用于负责实时监测打桩施工过程中的各项参数，所述反馈信息采集单元用于采集地质条件下的反馈信息，所述数据处理分析单元用于对实时监测数据和反馈信息进行分析处理，及时调整打桩参数；
所述系统对打桩进行自适应控制的过程包括如下步骤：
S1、所述溶洞地质信息采集模块将采集的溶洞地质信息发送至所述自适应打桩参数处理模块；
S2、在所述自适应打桩参数处理模块中输入工程信息；
S3、基于工程信息和溶洞地质信息确定打桩点；
S4、为每个打桩点配置对应的专属分析地质信息；
S5、基于专属分析地质信息计算出每个打桩点的打桩参数；
S6、所述打桩施工控制模块根据打桩点的位置选择对应的打桩参数进行打桩；
S7、所述施工监测反馈模块实时监测反馈信息，并根据反馈信息判断是否需要调整打桩参数，若是，进入步骤S8；
S8、所述数据处理分析单元根据反馈信息以及原有的打桩参数分析得到打桩参数调整值，并将打桩参数调整值发送给所述打桩施工控制模块；
S9、所述打桩施工控制模块根据打桩参数调整值对打桩过程进行调整；
结合图4，所述地质信息处理单元包括地质数据寄存器、工程数据寄存器、选点分析处理器和信息配置处理器，所述选点分析处理器根据地质数据寄存器中的溶洞地质信息和工程数据寄存器中的工程信息确定打桩点位置，所述信息配置处理器根据打桩点位置配置对应专属分析信息；
所述选点分析处理器确定打桩点位置的过程包括如下步骤：
S21、预设一个工程选址位置；
S22、根据工程信息得到每个打桩点的坐标；
S23、获取每个打桩点坐标下的地址信息；
S24、根据下式计算出每个打桩点坐标的打桩评分P：
；
其中，表示地质能够承载重量的能力得分，/>表示溶洞与打桩点距离远近的得分，/>表示地下水位高低的得分；
S25、统计出所有打桩点坐标的总评分，记为；
S26、调整工程选址位置，并重复步骤S22至S25多次；
S27、选择最大时的打桩点坐标最为最终确定的打桩点位置；
承载力、洞穴距离和水位高度的评分标准由本领域技术人员自行设定，例如将地面承载能力分为五个等级，然后为每个等级分配一个得分：优秀得分为5、良好得分为4、一般得分为3、较差得分为2、差得分为1，根据地下洞穴与打桩点的距离，设置一定的距离阈值，距离越远，得分越高，表示打桩点越远离地下洞穴，根据地下水位的测量数据，设置一定的水位范围，水位越低，得分越高，表示打桩点越适合施工；
所述信息配置处理器从所述地质数据寄存器中获取每个打桩点位置的主区域信息和副区域信息作为专属分析信息，其中，主区域的平面坐标与打桩点坐标的关系为：
；
其中，为主区域半径；
副区域的平面坐标与打桩点坐标的关系为：
；
其中，为副区域半径；
结合图4，所述地质信息处理单元包括主区域地质处理器和副区域地质处理器，所述主区域地质处理器用于对每个打桩点的主区域信息进行分析处理，所述副区域地质处理器用于对每个打桩点的副区域信息进行分析处理；
所述主区域地质处理器将主区域分成多个层级，每个层级中的土壤或岩石的性质一致，所述主区域地质处理器根据下式计算出每个层级的第一特征值T1：
；
其中，Hd为对应层级土壤或岩石的硬度，h为对应层级的高度，d为对应层级底部与地面之间的距离；
所述副区域地质处理器从所述主区域地质处理器中获取层级划分数据并对副区域信息进行相同的划分，所述副区域地质处理器根据下式计算出每个层级的第二特征值T2：
；
其中，表示该层级及以上层级副区域中包含的溶洞体积，/>为该层级及以上层级副区域中土壤和岩石的平均硬度；
所述自适应算法单元包括数据寄存器和参数计算处理器，所述数据寄存器用于保存每个打桩点的位置信息、层级划分信息、第一特征值、第二特征值以及该工程中预先设置的所有参数及系数值，所述参数计算处理器用于计算每个打桩点各层级的打桩参数；
所述参数计算处理器根据下式计算出打桩频率：
；
其中，为第一标准参数，/>为第二标准参数，/>为标准频率，/>为第一缩放系数；
所述参数计算处理器根据下式计算出打桩力F：
；
其中，为标准力度，/>为第二缩放系数；
结合图5，所述数据处理分析单元包括反馈项参数寄存器和反馈分析计算处理器，所述反馈项参数寄存及用于保存每个反馈项的安全数值和检测数值，所述反馈分析计算处理器用于对每个反馈项的检测值进行计算处理得到打桩频率的调整值；
所述反馈分析计算处理器根据下式计算出打桩频率的调整值：
；
其中，为第i个反馈项的安全数值，/>为第i个反馈项的检测数值，m为反馈项的数量，/>为第i个反馈项的调整系数；
当调整值大于等于0时，不调整，当调整值/>小于0时，将调整值发送给所述打桩施工控制模块。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。
Claims (2)
1.一种溶洞地质条件下的打桩施工自适应控制系统，其特征在于，包括溶洞地质信息采集模块、自适应打桩参数处理模块、打桩施工控制模块和施工监测反馈模块；
所述溶洞地质信息采集模块用于采集溶洞地质信息，提供准确、全面的地质数据作为自适应控制的输入信息，所述自适应打桩参数处理模块根据地质数据处理得到打桩参数，确保打桩的效率和安全性，所述打桩施工控制模块基于打桩参数控制打桩设备的运行，确保打桩的准确性和稳定性，所述施工监测反馈模块用于实时监测施工过程中的情况，反馈数据给打桩施工控制模块；
所述自适应打桩参数处理模块包括地质信息处理单元和自适应算法单元，所述地质信息处理单元负责对采集的溶洞地质信息进行处理和分析，提取关键特征，所述自适应算法单元根据地质特征和打桩要求，计算出适合当前地质条件的打桩参数；
所述打桩施工控制模块包括打桩参数接收单元、控制指令生成单元和打桩设备控制单元，所述打桩参数接收到单元用于接收来自自适应打桩参数处理模块的打桩参数，所述控制指令生成单元用于根据接收的打桩参数生成相应的控制指令，所述打桩设备控制单元用于接收并执行控制指令，实现对打桩设备的精准控制；
所述施工监测反馈模块包括实时监测单元、反馈信息采集单元和数据处理分析单元，所述实时监测单元用于负责实时监测打桩施工过程中的各项参数，所述反馈信息采集单元用于采集地质条件下的反馈信息，所述数据处理分析单元用于对实时监测数据和反馈信息进行分析处理，及时调整打桩参数；
所述地质信息处理单元包括地质数据寄存器、工程数据寄存器、选点分析处理器和信息配置处理器，所述选点分析处理器根据地质数据寄存器中的溶洞地质信息和工程数据寄存器中的工程信息确定打桩点位置，所述信息配置处理器根据打桩点位置配置对应专属分析信息，所述专属分析信息包括主区域信息和副区域信息；
所述地质信息处理单元还包括主区域地质处理器和副区域地质处理器，所述主区域地质处理器用于对每个打桩点的主区域信息进行分析处理，所述副区域地质处理器用于对每个打桩点的副区域信息进行分析处理；
所述主区域地质处理器将主区域分成多个层级，并根据下式计算出每个层级的第一特征值T1：
；
其中，Hd为对应层级土壤或岩石的硬度，h为对应层级的高度，d为对应层级底部与地面之间的距离；
所述副区域地质处理器根据下式计算出每个层级的第二特征值T2：
；
其中，表示该层级及以上层级副区域中包含的溶洞体积，/>为该层级及以上层级副区域中土壤和岩石的平均硬度，/>为主区域半径，/>为副区域半径；
所述自适应算法单元包括数据寄存器和参数计算处理器，所述数据寄存器用于保存每个打桩点的位置信息、层级划分信息、第一特征值和第二特征值，所述参数计算处理器用于计算每个打桩点各层级的打桩参数；
所述参数计算处理器根据下式计算出打桩频率：
；
其中，为第一标准参数，/>为第二标准参数，/>为标准频率，/>为第一缩放系数；
所述参数计算处理器根据下式计算出打桩力F：
；
其中，为标准力度，/>为第二缩放系数。
2.如权利要求1所述的一种溶洞地质条件下的打桩施工自适应控制系统，其特征在于，所述数据处理分析单元包括反馈项参数寄存器和反馈分析计算处理器，所述反馈项参数寄存及用于保存每个反馈项的安全数值，所述反馈分析计算处理器用于对每个反馈项的检测值进行计算处理得到打桩频率的调整值；
所述反馈分析计算处理器根据下式计算出打桩频率的调整值：
；
其中，为第i个反馈项的安全数值，/>为第i个反馈项的检测数值，m为反馈项的数量，/>为第i个反馈项的调整系数。
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2023
- 2023-08-17 CN CN202311034449.5A patent/CN116752528B/zh active Active
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