智能灌浆工艺方法及系统与流程

本发明涉及一种灌浆工艺方法及系统。主要用于水利水电灌浆工程中对分布于各处灌浆现场中各施工面的灌浆过程、检测和监控等。属水利工程基础类(E02D)和测量装置类(G01D)。

(二)

背景技术：
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灌浆工程是水利水电工程的一项基础处理工程，是地基加固和防渗处理的重要手段。灌浆是指以一定的压力将水泥、砂浆等物质灌入电站水坝的堤岸、地基等岩石缝隙中，以提高岩石性能，起加固和防渗的效果。

现有水电站传统灌浆及检测记录系统总布置见图1:为了检测向灌浆孔8n内灌入浆液的流量、密度、压力及地面抬动等数值并进行记录，制浆桶1n通过底部出口灌浆管路2n中顺次设灌浆泵3n、密度传感器10n、进浆流量传感器4n、灌浆孔8n、位移(或称抬动)传感器9n、压力传感器6n、回浆流量传感器5n、然后送回到制浆桶。五个传感器分别通过各传感器电信号线4.1n、5.1n、6.1n、5.1n、9.1n、10.1n与远处的灌浆自动记录仪11n传感器接头连接,将各传感器检测数据送到记录仪,再用打印机12n打印出灌浆施工记录表,供业主观看，使之了解和掌握灌浆施工质量。压力传感器和回浆流量传感器间管路上设有高压电动阀门7n。灌浆自动记录仪按需要可设声光报警器13n。

上述传统灌浆工艺及检测系统存在如下问题:

1)配浆、灌浆、密度检测、抬动检测、压力控制等均由人工进行,导致工人工作强度大；精度低；工程质量和数据真实性得不到保障。且人工调阀门易导致过压等地表抬动、大坝抬裂、炸管伤人等事故。2)传统灌浆记录仪11n，因信号传输过程中存在线路插针模拟器作假而导致灌浆不达设计压力、屏浆不合格的问题。且传统灌浆中，防伪技术缺乏有效手段。3)传统灌浆过程，工艺参数更新工作强度大，贯彻实施滞后大，调整过程中易出错。4)传统灌浆过程,资料归档及时性差、不便实时分析现场出现的问题。5)现场凌乱,管道线缆纵横交错、部署迁移不便。6)灌浆工程是隐蔽工程，由于记录仪分布的面广，监理的人数有限，且各施工面之间交通不便造成了施工过程监督困难。传统的监理旁站式的监督手段，不能24小时每台机器旁站，造成有人监督的情况下施工单位不灌浆，无人监督情况下灌浆数据与实际不符等情况。虽然目前灌浆记录普遍采用灌浆自动记录仪进行计量，可以在记录仪处进行自动测量、采集、处理和打印完整的过程，但由于记录仪分布范围较大监管上的困难，不仅资料查询不便，且打印出资料数据的真实可靠性有限，造成灌浆质量、灌浆工程量失控。

中国发明专利<灌浆现场过程监控方法及系统>(ZL201110335403.8)公开了一种监控方法,但涉及的内容主要是解决了上述问题6)的一种方法；即记录仪分布范围较大监管困难的问题,且由于灌浆系统未能全面智能化,对上述1)-5)问题均未完全解决。

中国专利<智能灌浆系统>(ZL2015103213305)公开了在密度检测、配浆、压力控制等方面的一些自动装置和技术,但涉及的内容是部分工艺对现有人工方法的改进。

为解决传统灌浆过程中存在的上述所有问题，需要将自动化、智能化全面引入灌浆工程。

(三)

技术实现要素：

本发明提供的智能灌浆工艺方法及系统,就是针对传统灌浆系统中人工配浆、人工压力和密度检测、流量检测、抬动检测、信号传输数据作弊、工艺参数更新和资料归档慢、现场凌乱、多处施工现场监控难等所有存在的问题全方位解决,将自动化、智能化全面引入灌浆工程。

技术方案如下:

智能灌浆工艺方法，其特征是,包括如下步骤：

1)设如下的智能灌浆工艺系统:

在各处灌浆现场设一台及以上的智能灌浆单元机；设一台中央服务器以及分别设在两者中的专家系统；中央服务器包括中央服务器处理器、中央打印机、中央显示器；中央服务器与灌浆现场网络联网；并设用于加密传输的中央加密模块、供用户实时查看灌浆数据的WEB网页端、APP端,以及用于与外部其它大坝服务器传送数据的数据大坝接口；专家系统包括设在中央服务器内的专家预设模块和设在智能灌浆单元机数据中心内的专家监控模块。

每台智能灌浆单元机包括有集成的灌浆部分和智能部分,两部分可为一体或分体；其中智能部分有:数据中心,包括有:采集传感器数据的数字化采集模块、数据中心处理器、数据中心加密模块、数据中心无线收发器,并配有键盘、显示器、存儲中心；外部的传感器和数据中心主机相互识别；数据中心处理器内有智能无级配浆软件；智能灌浆压力波动控制软件。

2)远端用户A通过账号密码方式登录专家预设模块,设置灌浆初始参数,并将初始参数提交给中央服务器。3)远端用户B登录专家预设模块,获得用户A所设置的灌浆初始参数信息,进行审核,并将审核结果提交给中央服务器。4)中央服务器将审核后灌浆初始参数加密传输到现场网络,再通过现场网络的无线网络传送到智能灌浆单元机数据中心；若此时现场无线网络没有,则用手动设置灌浆初始参数。5)用户C一健启动智能灌浆单元机,进行自动灌浆,包括:①配浆罐自动进行无级配浆；②灌浆孔内自动注浆；③各传感器电信号采集数据自动送入数据中心并记录；其后全过程无人参与。6)数据中心处理器内的专家监控模块根据现场记录数据,对地层情况进行分析,实时修正调整,提供灌浆策略参数。7)灌浆结束后,自动清洗、自动排汚；数据中心记录的全部灌浆数据及报表通过数据中心无线网络加密传输,实时上传中央服务器。8)用户或管理者均通过APP端、WEB网页端实时查看灌浆数据，打印报表了解灌浆和处理状况。

上述中央服务器可采用云服务器；除具有一般云服务器的处理器CPU、内存、带宽外,还包括中央打印机、中央显示器；中央服务器与灌浆现场网络联网；并设用于加密传输的中央加密模块、供用户实时查看灌浆数据的WEB网页端、APP端；以及与外部其它大坝服务器传送数据的数据大坝接口。

上述灌浆现场网络可选择数据中心无线收发器支持的移动、联通或电信网络。

上述的智能灌浆工艺方法所需的智能灌浆工艺系统,与上述<智能灌浆工艺方法中1)设如下的智能灌浆工艺系统>完全相同,这里不再重复描述。

上述集成的灌浆部分内结构及布置在后面对图详述。

本发明有益效果:

1)通过网络设置、审核、初始化参数，灌浆现场直接下载即可一键灌浆。解决了传统灌浆过程中，工艺参数更新工作强度大，贯彻实施滞后大，调整过程中易出错的问题。2)通过智能压力流量联合控制系统控制压力与流量(智能压力流量联合控制系统包括灌浆泵3、分流阀10m、电动调压阀7、压力传感器6、密度传感器10、管路及数据中心13内的智能灌浆压力控制软件等)，过程中无需人为参与，解决人为控制容易出错，经验性强，记录员水平参差不齐，质量控制难的问题。3)通过智能配浆系统进行智能配浆(智能配浆系统包括配浆罐1、进水进浆电控阀1.1,1.2、密度传感器10及数据中心13内的智能无级配浆软件等)，过程中无需人为参与，解决人为配浆控制容易出错，经验性强，记录员水平参差不齐，质量控制难的问题。4)数据中心的灌浆数据通过无线网络同步传到云服务器，解决传统灌浆过程中,资料归档及时性差、不便实时分析的问题，避免人为参与，增加资料真实性保障。5)数据中心采用全数字化加密技术，数字加密信号传输，传感器和主机相互识别，有效避免非法传感器的使用，减少误差和人为干扰而导致的灌浆不达设计压力、屏浆不合格情况的发生，具有非常高的安全性和稳定性。6)灌浆数据通过网络加密传输，增加数据传输的安全性。7)将传统灌浆现场分散凌乱管路和设备集成在一个平台上,形成集成灌浆部分(箱)和智能部分(箱),大大方便现场部件的拆装、调试、搬迁。8)现场网络选择移动、联通或电信网络,便于云服务器和智能灌浆单元机间上网传送采用极其方便的手机全网通卡。

(四)附图说明

图1传统灌浆及检测系统总体布置示意图。

图2智能灌浆工艺系统总体组成示意框图。

图3集成的智能灌浆单元机结构布置示意图。

图4数据中心原理组成框图。

图5灌浆参数初始化流程图。

图6智能灌浆单元机工作流程图。

(五)具体实施方式

本实施例智能灌浆工艺方法，包括如下步骤：

1)设如下的智能灌浆工艺系统:

见图2,分别在左岸帷幕、右岸帷幕、大坝固结共三处灌浆现场安装共三台智能灌浆单元机。在大坝固结现场设一台中央服务器,本实施例中央服务器采用云服务器。

见图2,云服务器；除具有一般云服务器的处理器CPU、内存、带宽外,还包括中央打印机、中央显示器。云服务器与灌浆现场网络联网；并设用于加密传输的中央加密模块、供用户实时查看灌浆数据的WEB网页端、APP端；以及与外部其它大坝服务器传送数据的数据大坝接口。云服务器总的用于远程灌浆数据设置、报表查询、打印、显示等。灌浆现场网络选择数据中心无线收发器支持的移动、联通或电信网络,以便使云服务器和智能灌浆单元机间上网传送采用极其方便的手机全网通卡。

见图2,专家系统包括设在云服务器内的专家预设模块和设在智能灌浆单元机数据中心内的专家监测模块(见图2、图4)。

见图3,每台智能灌浆单元机包括有集成的灌浆部分和智能部分,两部分可为一体式或分体式。一体式为两部分分别放在连为一体的灌浆箱11和智能两箱12内。分体式为智能部分在箱体内,而灌浆部分可不放在箱内但集成在一个平台上。

见图3,图4,在:本实施例集成的智能箱体12内的智能部分有:数据中心13,包括有:采集传感器数据的数字化采集模块、数据中心处理器、数据中心加密模块、数据中心无线收发器,并配有键盘、显示器、存儲中心；传感器和主机相互识别。数据中心处理器内有智能无级配浆软件和智能灌浆压力流量控制软件。专家监测模块也在数据中心处理器内。

见图3,本实施例集成的灌浆部分(灌浆箱11)内有:①一体配浆罐1；(详见中国专利ZL201520401693.5)。②一体配浆罐下部出口用管道2顺次连通灌浆泵3、与密度传感器10返浆密度桶连通的分流阀10m、进浆流量传感器4、自动灌浆孔8、回浆流量传感器5、压力传感器6、电动调压阀7、密度传感器10,最后与一体配浆罐1罐体上端连通。③在灌浆孔8旁设抬动传感器9。

见图3,灌浆部分内各传感器(进浆流量、出浆流量、压力、位置、密度)分别的电信号线4a、5a、6a、9a、10a均接智能箱内数据中心输入端口；灌浆部分配浆罐进水阀1.1、进浆阀1.2、电动调压阀7分别的控制线1.1a、1.2a、7a均接智能箱内数据中心执行电路端口。

2)见图2、图5,远端用户A登录专家预设模块(通过账号密码方式登录),然后设置灌浆初始参数,并将初始参数提交给云服务器。专家预设模块和云服务器间数据交互。

3)见图2、图5,远端用户B(一般为管理者)登录专家预设模块,获取用户A所设置的灌浆初始参数信息,进行审核,并将审核结果提交给云服务器。专家预设模块和云服务器间进行数据交互。

4)见图2、图6,云服务器将审核后灌浆初始参数加密传输到现场网络中的移动、联通或电信,再通过现场网络的无线网络传送到智能灌浆单元机数据中心；若此时现场无线网络没有,则用手动设置灌浆初始参数。

5)见图3、图6,智能灌浆单元机全部管路连通,用户C一健启动智能灌浆单元机,便进行自动灌浆.包括:①一体配浆罐1的进水阀1.1、进浆阀1.2、配浆罐内测密度和体积的高低位压力传感器等按智能无级配浆软件的编程和设置校正后的初始数据自动进行无级配浆。②通过灌浆泵3,无级配浆后的合格浆液在灌浆孔8内自动注浆:即按智能灌浆压力流量控制软件编程和设置的初始数据自动注浆。③见图3、图4,各传感器电信号线4a、5a、6a、9a、10a将采集数据自动送入数据中心输入端口,并记录在存儲中心。

6)见图2、图4,数据中心处理器内的专家监控模块根据现场记录数据,对地层情况进行分析,实时修正调整,提供灌浆策略参数。

7)见图2、见图6,灌浆结束后,自动清洗、自动排汚；数据中心记录的全部灌浆数据及报表通过数据中心无线网络加密传输,实时上传云服务器。

8)见图2,用户或管理者均可通过APP、WEB端实时查看灌浆数据，打印报表了解灌浆和处理状况。本发明实现上述智能灌浆工艺方法的智能灌浆工艺系统与上述方法1)相同,这里不再重复。