[發明專利]一種基于物聯網的全方位高壓噴射注漿設備及其施工方法

在審

• 申請號: 202110346575.9
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113073652A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 顧海榮;張鵬;陳榮剛;吳凱;錢夏清
• 申請（專利權）人: 江蘇省送變電有限公司;南京智慧巖土工程技術研究院有限公司;南京工業大學
• 主分類號: E02D15/02
• 分類號: E02D15/02;E02D3/12;E02D1/00;G16Y40/30;G16Y40/10;E21B21/00;E21B21/08;E21B47/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

1.一種基于物聯網的全方位高壓噴射注漿設備，其特征在于其該全方位高壓噴射注漿設備主要包括設備移動與定位裝置(1)、高壓水噴嘴(2)、氣液漿噴頭(3)、監測傳感裝置(4)、聲波測井儀(5)、排泥口(6)、多孔管(7)、排泥管(8)、漿液制備裝置(9)、供氣供水裝置(10)、泵送運輸裝置(11)、泥漿箱(12)、物聯網控制裝置(13)、壓力記錄儀(14)；鉆機行走與定位裝置(1)搭載高壓噴射注漿設備，用于行走與就位；高壓水噴嘴(2)裝在多孔管(7)底部用于預鉆孔切削；氣液漿噴頭(3)裝在多孔管(7)靠近底部位置，氣液漿噴頭(3)內部安裝監測傳感裝置(4)，監測噴氣、噴液、噴漿的壓力；聲波測井儀(5)安裝在氣液漿噴頭(3)與高壓水噴嘴(2)之間的多孔管(7)上，用于獲取地層分層識別，在鉆進成孔與水泥噴漿后的鉆孔內聲波測井，測井的波速信息無線傳輸到地面的物聯網控制裝置；排泥口(6)位于氣液漿噴頭(3)的上方，用于將底部的泥漿排出；排泥管(8)位于多孔管(7)中，用于將廢棄泥漿輸送至泥漿箱(12)；漿液制備裝置(9)為全方位高壓噴射注漿設備的附屬設備，通過泵送運輸裝置(11)與高壓噴射注漿設備上的輸送管相連接，通過物聯網控制裝置(13)實現噴漿材料的混合、攪拌；供氣供水裝置(10)提供高壓旋噴所需的氣、水供給；泵送運輸裝置(11)用于高壓旋噴所需的氣、液、漿的加壓運輸，內部布置監測傳感裝置(4)采集氣、液、漿的噴射壓力；壓力記錄儀(14)安裝在多孔管頂部用來監測記錄地內壓力。

2.根據權利要求1所述的一種基于物聯網的全方位高壓噴射注漿設備，其特征在于所述監測傳感裝置(4)包括北斗定位傳感器(15)、傾角傳感器(16)、轉速傳感器(17)、壓力傳感器(18)、深度傳感器(19)、壓力傳感器(20)、流量傳感器(21)、泥漿流量傳感器(22)；北斗定位傳感器(15)、傾角傳感器(16)安裝在多孔管(7)的頂部；轉速傳感器(17)安裝在多孔管(7)中部位置的內部；壓力傳感器(18)分別安裝于多孔管(7)下部與高壓水噴嘴(2)的連接處以及氣、液、漿的泵送傳輸裝置(11)內部；深度傳感器(19)安裝在氣液漿噴頭(3)的位置處；壓力傳感器(20)安裝于泵送運輸裝置(11)內；流量傳感器(21)分別安裝在氣、液、漿的泵送傳輸裝置(11)內部；上述傳感器所采集的信息通過無線傳輸給地面的物聯網控制裝置(13)。

3.根據權利要求1所述的一種基于物聯網的全方位高壓噴射注漿設備，其特征在于所述多孔管(7)包括高壓水泥管路、備用管路、倒吸水管路、主空氣管路、倒吸空氣管路、油壓接頭、壓力傳感器線路管、削孔噴水管。

4.根據權利要求1所述的一種基于物聯網的全方位高壓噴射注漿設備，其特征在于物聯網控制裝置(13)包括數據接口模塊(23)、數據服務器(24)、中央處理模塊(25)、控制規則輸入設備(26)、自動控制規則驗證模塊(27)、自動控制執行模塊(28)、實時存儲刷新模塊(29)、ZigBee主協調模塊(30)、ZigBee/UPnP協議轉化模塊(31)；其中，數據接口模塊(23)將不同數據格式接入到數據服務器(24)中，數據服務器(24)將數據存儲、備份與發布，中央處理模塊(25)將數據分析與計算，控制規則輸入設備(26)將監測信息反饋控制規則的輸入，自動控制規則驗證模塊(27)將驗證監測信息的規則控制條件，自動控制執行模塊(28)將智能施工過程控制，實時存儲刷新模塊(29)將監測信息數據的更新，ZigBee主協調模塊(30)與ZigBee/UPnP協議轉化模塊(31)將物聯網的網絡傳輸與控制。

5.一種如權利要求1所述的基于物聯網的全方位高壓噴射注漿設備的智能施工方法，其特征在于該智能施工方法包括以下步驟:

步驟1：利用安裝在全方位高壓噴射注漿設備上的設備移動與定位裝置(1)控制設備的移動走和定位，通過北斗定位傳感器(15)對全方位超高壓噴射樁施工位置進行準確定位；

步驟2：在預定樁位利用高壓水噴嘴(2)預鉆孔切削鉆至設計標高，完成鉆進成孔；在鉆進過程中采集壓力傳感器(18)、高壓水噴嘴(2)內部壓力傳感器、聲波測井儀(5)開展鉆孔內周邊加固前巖土體的聲波檢測的監測信息傳輸至物聯網控制裝置(13)，通過地內壓力、高壓水壓力以及測井波速信息來分析確定巖土地層識別；

步驟3：依據巖土地層識別，評定不同土層的成樁特性，智能化設定相應的漿液比重、水灰比、噴漿壓力、轉速的施工參數，經物聯網控制裝置(13)執行相應的施工操作，自動接通漿液制備裝置(9)、供氣供水裝置(10)，按照設定好的漿液參數制備漿液，制備好的漿液經泵送運輸裝置(11)調整好合適壓力向全方位高壓噴射注漿設備泵送；

步驟4：開始提升多孔管，打開氣液漿噴頭(3)隨鉆頭提升過程進行氣液漿的噴射、切削土體與混合攪拌的施工；在噴漿施工中，氣、液、漿的泵送傳輸裝置(11)內部的壓力傳感器(20)、傾角傳感器(16)、轉速傳感器(17)、深度傳感器(19)、流量傳感器(21)、泥漿流量傳感器(22)同步監測噴漿壓力、鉆桿轉速、噴漿深度、漿液流量、排出泥漿流量等信息，并將上述信息傳輸到物聯網控制裝置(13)，評估是否達到施工要求，利用物聯網控制裝置(13)智能化動態調整漿液制備裝置(9)、供氣供水裝置(10)、泵送運輸裝置(11)的運行情況，實現施工參數動態調整，保障施工質量可靠性；

步驟5：在收起多孔管過程中，利用聲波測井儀(5)，開展鉆孔內周邊加固后巖土體的聲波檢測，測井波速信息無線傳輸到地面的物聯網控制裝置(13)，對比加固前和加固后聲波波速差異，檢測加固質量與效果，重復步驟4按施工要求進行復噴施工，直至施工完畢，停止施工；

步驟6：噴射注漿設備移位，重復步驟1至步驟5進行下一根樁的施工。