一种地下室自动闸阀泄压抗浮系统的制作方法

本发明涉及地下工程抗浮技术领域，尤其是涉及一种地下室自动闸阀泄压抗浮系统。

背景技术：

随着工程建设中有越来越多的地下空间建筑，当地下水位较高时会产生很大的浮力，因设计不当造成地下室上浮的事故频有发生，给社会造成很大的损失。

目前常采用的抗浮措施包括：结构自重(配重)抗浮、设置抗拔桩法、增设抗拔锚杆法、释放水浮力法和延伸地下室周边底板法，其中，结构自重(配重)抗浮是通过增加地下室底板压重，以起到抗浮作用，适用于结构自重与地下水浮力相差不大、抗浮设防水位不高的情况；

设置抗拔桩法是利用桩侧与地基土之间的摩阻力来抗拔，且需控制裂缝宽度小于0.2mm，然而抗拔桩只有在突发暂时性水头的情况下才能起到抗拔作用，其他条件下还是以承受压力为主，这对于控制高层主楼与底层裙房之间的沉降差不利；

增设抗拔锚杆法则是采用抗浮构件——锚杆，用以抵消地下水对地下室结构产生的浮力，常用于底板下为基岩(或基岩埋深较浅)的情况，采用风动潜孔锤钻机成孔，施工效率高，造价低，但锚杆存在耐久性问题；

释放水浮力法是在基底下方设置静水压力释放层，使基底下的压力水通过释放层中的透水系统(过滤层，导水层)汇集到集水系统(滤水管网络)，并导流至出水系统后进入专用的水箱或集水井中排出，从而释放部分水压力。释放水压力法对相关排水设备的稳定性要求高，后期长期运营维护成本较高；

延伸地下室周边底板法，是将地下室结构的底板向外延伸而形成悬臂底板，由悬臂底板承托覆土以抵抗地下水的上浮力，这种方法最适合在地下室周边采用，但无法起到地下室全局抗浮的作用。

以上措施一般根据往期区域地下水位条件、降雨条件等综合判定抗浮水位设计值，一旦抗浮水位设置不合理，则无法应对极端天气条件下短时水位抬升超过预期的情况，由于结构抗浮力不足以抵消地下水异常浮力，导致结构上浮或破损，往往需要进行二次抗浮设计、降低了抗浮结构的耐久性、增加了后期维护投入。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种地下室自动闸阀泄压抗浮系统，以在极端天气条件下，能够对地下水异常水位进行泄压抗浮，实现地下室长久、全局抗浮的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种地下室自动闸阀泄压抗浮系统，包括分别与水位预警单元、闸阀自动控制单元连接的水位监测单元，所述水位监测单元连接至监测井，所述监测井分布设置在地下室抗浮薄弱区域，所述闸阀自动控制单元连接至闸阀，所述闸阀对应连接有泄压管，所述泄压管安装在各监测井内，所述监测井用于实时采集地下室的水位数据；

所述水位监测单元根据实时采集的地下室水位数据，判断当前地下室水位数据是否满足预警条件，若判断为是，则输出信号给水位预警单元，同时将当前地下室水位数据传输给闸阀自动控制单元，若判断为否，则直接将当前地下室水位数据传输给闸阀自动控制单元；

所述水位预警单元根据水位监测单元输出的信号发出警报信号；

所述闸阀自动控制单元用于将当前地下室水位数据展示给用户，并根据用户操作指令以及当前地下室水位数据，自动判断需要开启或关闭的闸阀，并输出控制信号给对应的闸阀。

进一步地，所述预警条件具体为当前地下室水位数据超过危险阈值。

进一步地，所述地下室水位数据具体为各监测井采集的地下室地下水位高度、地下水压和地下水流量。

进一步地，所述监测井内安装有水位计、压力变送器和流量计。

进一步地，所述闸阀中设置有无线水压表、无线控制闸阀、手动阀门和手动截止阀，所述无线水压表与压力变送器连接，所述压力变送器连接至水位监测单元，所述无线水压表用于采集地下水压力值，所述压力变送器用于将地下水压力值转换成标准的电信号，以传输给水位监测单元；

所述无线控制闸阀与闸阀自动控制单元连接，以根据闸阀自动控制单元输出的控制信号进行闸阀的开启或关闭动作。

进一步地，所述闸阀自动控制单元包括显示模块、用户操作模块以及远程控制模块，所述显示模块用于将当前地下室水位数据展示给用户，所述用户操作模块用于提供手动模式以及自动模式，当用户选择手动模式时，则远程控制模块不启动，当用户选择自动模式时，则远程控制模块启动，所述远程控制模块根据当前地下室水位数据，基于训练好的神经网络模型，得到对应的闸阀控制信号，并将闸阀控制信号输出给对应的闸阀，以对应控制闸阀的开启和关闭。

进一步地，所述闸阀自动控制单元的具体工作过程为：

s1、用户从显示模块查看当前地下室水位数据，以对当前工况进行核验；

s2、用户自行选择手动模式或自动模式，若用户选择手动模式，则由用户手动进行闸阀的开启或关闭，若用户选择自动模式，则执行步骤s3；

s3、当前地下室水位数据输入远程控制模块，远程控制模块基于训练好的神经网络模型，输出对应的闸阀控制信号给闸阀：

若当前地下室水位数据满足预警条件，则开启当前地下室水位超过危险阈值的监测井内的闸阀，使监测井内的泄压管开始泄压，若在设定时间范围内该监测井的地下室水位数据依旧满足预警条件，则以该监测井作为中心，开启该监测井周围临近监测井内的闸阀，直至该监测井的地下室水位数据不再满足预警条件，则关闭该监测井内的闸阀，使监测井内的泄压管停止泄压。

一种地下室自动闸阀泄压抗浮系统的构建方法，包括以下步骤：

s1、根据地下室地层性质，从地下室整体区域中划分得到多个抗浮薄弱区域；

s2、对不同的抗浮薄弱区域进行网格划分，得到多个单元网格，以对应作为多个监测井；

s3、根据泄压管出水量数据、泄压管泄压影响半径，结合抗浮薄弱区域的面积，得到泄压管的安装数量为n；

s4、将n个泄压管均匀布设在多个监测井内；

s5、在每个监测井内安装水位计、压力变送器和流量计；

s6、将各泄压管分别连接对应的闸阀；

s7、将各监测井内的水位计、压力变送器和流量计均连接至水位监测单元；

s8、将水位监测单元分别连接至水位预警单元和闸阀自动控制单元；

s9、将闸阀自动控制单元连接至各闸阀。

进一步地，所述水位计、压力变送器和流量计均安装在监测井内地下水位以下。

进一步地，所述水位计、压力变送器和流量计均通过4g路由器连接至水位监测单元，所述闸阀自动控制单元通过4g路由器连接至各闸阀。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明通过在地下室抗浮薄弱区域分布设置监测井，利用监测井实时检测地下室水位数据，结合水位监测单元、水位预警单元和闸阀自动控制单元，能够对地下室的水位异常情况进行自动预警、对各监测井内的闸阀进行自动对应控制，利用各监测井内与闸阀连接的泄压管进行泄压，以此实现地下室全局抗浮的目的，减少了地下室抗浮能力不足或发生破坏时的人工投入，提高了整个地下室抗浮系统的耐久性。

二、本发明基于现有的水位监测技术，能够实时准确获取当前地下室水位数据，结合闸阀自动控制单元中训练好的神经网络模型，能够保证闸阀自动控制的准确性，此外，本发明在闸阀自动控制单元中设置显示模块以及用户操作模块，使得用户能够直观地查看当前地下室水位数据，且能自主选择进行闸阀的手动控制或自动控制模式，进一步保证泄压抗浮的自主可控性。

三、本发明通过对地下室进行抗浮薄弱区域划分、对抗浮薄弱区域进行网格划分，以作为对应的监测井设置点，并在各监测井内安装泄压管，以此保证本发明抗浮的全面性和有效性。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为实施例中单个监测井内闸阀的平面结构示意图；

图3为实施例中单个监测井内闸阀的剖面结构示意图；

图中标记说明：1、监测井，2、泄压管，3、水位计、压力变送器和流量计，4、闸阀，5、内圈泄压路径，11、水位监测单元，12、水位预警单元，13、闸阀自动控制单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种地下室自动闸阀泄压抗浮系统，包括包括分别与水位预警单元12、闸阀自动控制单元13连接的水位监测单元11，水位监测单元11连接至监测井1，监测井1分布设置在地下室抗浮薄弱区域，闸阀自动控制单元13连接至闸阀4，闸阀4对应连接有泄压管2，泄压管2安装在各监测井1内，监测井1内还安装有水位计、压力变送器和流量计3，其中，监测井1用于实时采集地下室的水位数据，各监测井分别采集对应的地下室地下水位高度、地下水压和地下水流量；

水位监测单元11根据实时采集的地下室水位数据，判断当前地下室水位数据是否满足预警条件(即当前地下室水位数据超过危险阈值)，若判断为是，则输出信号给水位预警单元12，同时将当前地下室水位数据传输给闸阀自动控制单元13，若判断为否，则直接将当前地下室水位数据传输给闸阀自动控制单元13；

水位预警单元12根据水位监测单元11输出的信号发出警报信号；

闸阀自动控制单元13用于将当前地下室水位数据展示给用户，并根据用户操作指令以及当前地下室水位数据，自动判断需要开启或关闭的闸阀4，并输出控制信号给对应的闸阀4，具体的，闸阀自动控制单元13包括显示模块、用户操作模块以及远程控制模块，显示模块用于将当前地下室水位数据展示给用户；

用户操作模块用于提供手动模式以及自动模式，当用户选择手动模式时，则远程控制模块不启动，当用户选择自动模式时，则远程控制模块启动；

远程控制模块根据当前地下室水位数据，基于训练好的神经网络模型，得到对应的闸阀控制信号，并将闸阀控制信号输出给对应的闸阀4，以对应控制闸阀4的开启和关闭。

即有，闸阀自动控制单元13的具体工作过程为：

s1、用户从显示模块查看当前地下室水位数据，以对当前工况进行核验；

s2、用户自行选择手动模式或自动模式，若用户选择手动模式，则由用户手动进行闸阀的开启或关闭，若用户选择自动模式，则执行步骤s3；

s3、当前地下室水位数据输入远程控制模块，远程控制模块基于训练好的神经网络模型，输出对应的闸阀控制信号给闸阀：

若当前地下室水位数据满足预警条件，则开启当前地下室水位超过危险阈值的监测井内的闸阀，使监测井内的泄压管开始泄压，若在设定时间范围内该监测井的地下室水位数据依旧满足预警条件，则以该监测井作为中心，开启该监测井周围临近监测井内的闸阀，直至该监测井的地下室水位数据不再满足预警条件，则关闭该监测井内的闸阀，使监测井内的泄压管停止泄压。

此外，闸阀4中设置有无线水压表、无线控制闸阀、手动阀门和手动截止阀，无线水压表与监测井1内的压力变送器连接，压力变送器连接至水位监测单元11，无线水压表用于采集地下水压力值，压力变送器则将地下水压力值转换成标准的电信号，以传输给水位监测单元11；

无线控制闸阀与闸阀自动控制单元13连接，以根据闸阀自动控制单元13输出的控制信号进行闸阀的开启或关闭动作。

在实际应用中，构建上述系统的具体过程包括：

s1、根据地下室地层性质，从地下室整体区域中划分得到多个抗浮薄弱区域：根据地层性质，例如岩石和土层分开处理，两者渗透系数相差较大，所需要的闸阀数量、布设情况不同；考虑地层中的异常区域，例如有溶洞等一些异常区也是要重点处理；

s2、对不同的抗浮薄弱区域进行网格划分，得到多个单元网格，以对应作为多个监测井；

s3、根据泄压管出水量数据、泄压管泄压影响半径，，结合抗浮薄弱区域的面积，得到泄压管的安装数量为n，其中，由模型计算得到泄压管泄压影响半径，根据抗浮薄弱区域面积与泄压管影响范围之比得到泄压管数量，泄压管出水量由模型设计的泄压管过滤器长度计算得到；

s4、将n个泄压管均匀布设在多个监测井内；

s5、在每个监测井内地下水位以下位置安装水位计、压力变送器和流量计；

s6、将各泄压管分别连接对应的闸阀；

s7、将各监测井内的水位计、压力变送器和流量计均通过4g路由器连接至水位监测单元，以实现监测数据的无线传输；

s8、将水位监测单元分别连接至水位预警单元和闸阀自动控制单元；

s9、将闸阀自动控制单元通过4g路由器连接至各闸阀，以实现闸阀控制信号的无线传输。

本实施例中，水位计、压力变送器和流量计可集成于现有的水位监测装置中，将该水位监测装置放置在监测井中地下水位以下，即可实现对该监测井内地下水位数据的检测，此外，本实施例通过前期收集工程地质条件、水文地质条件、自然降雨等一些大数据建立三维地质体模型进行地下水流模拟计算，得到一个水文年降雨量、蒸发量数据，从而计算出该区域的预警水位值，即危险阈值，以对当前地下室水位数据进行预警判断，本实施例还通过地下水流数值模拟获得大数据信息与计算机建立数据中心，在数据中心设置监测井水位数据库、流量数据库，以形成ai(artificialintelligence，人工智能)体系，流量计、水位计、压力变送器采集地下室水位变化，利用4g路由器信号传输数据，以控制闸阀自动开启或关闭。

如图2和图3所示，闸阀4中无线水压表能提供水压实时监测并将数据传输到计算机设备中，在达到预警值时，设备会发出警报信号，再进行人工核验后打开无线控制闸阀；若自动闸阀控制出现信号问题，还可通过手动闸阀进行控制泄压。

泄压管工程使用一般开孔130mm，贴砾滤管、沉淀管长度根据工程实际情况设置。泄压管连接截止阀、水压计以及排水管等。在地下室底板隆起修复区域，按计算要求设置埋深一定的贴砾花管，管顶埋置于地下室底板以下0.5m，外焊止水钢圈，上设接口法兰，利用法兰连接截止阀(手动)、压力表(无线发射)、闸阀自动控制系统、流量计(无线发射)，并接电、接排水管，阀门顶设置保护井盖。利用公式计算单个泄压管出水量，根据《建筑与市政工程地下水控制技术规范》(jgj111-2016)管井出水量q(m³/d)计算公式为：

式中：rs为过滤器半径(m)；l为过滤器进水部分(m)；k为含水层渗透系数(m/d)；

在实际案例中，根据地下水流数值模型模拟获得参数及大数据信息计算其单个泄压管出水量，由抗浮薄弱待处理面积均布泄压管得实际所需泄压管个数。泄压管在施工设计中均布在监测井1周围，泄压时以内圈泄压路径5为基础，逐次向外拓展。

本发明提出的地下室自动闸阀泄压抗浮系统，首先利用相关地下水流计算软件模拟获得地下水位预警值；基于岩、土性质分区判断抗浮薄弱区；按泄压管流量计算出泄压管个数，并将泄压管均布至各区域；各区进行正方形网格划分，在每个单元格内布设一个泄压管，并下放水位监测装置，在顶管处安装闸阀；在室内设备建立水位监测单元和水位预警单元，通过闸阀自动控制单元，以根据不同工况下人工授权自动闸阀开启进行泄压，待水位降至安全则关闭。

使用本发明提出的地下室自动闸阀泄压抗浮系统时，首先要进行地下水流数值模拟计算得到大数据，利用大数据训练神经网络，以便后续闸阀自动控制单元能够针对每种监测水位情况，通过将工况数据代入ai模型，即可自动判断输出需要开启或关闭的闸阀点位；

再对地下室抗浮进行分区，划分危险处理区(即抗浮薄弱区)；

在地下危险处理区再进行网格划分对应每个泄压管的闸阀布设点，将泄压管按照设计要求进行布设并安装自动闸阀控制系统：在下伏基岩中施工闸阀，可以在开孔后进行泄水，在水压降低后，下管，并在管口导流，施工完毕后按需要关闭闸阀进行止水；

对于下伏土层中施工的闸阀，必要时采用双管球阀施工，先施工外圈井管，然后设置闸阀，在井壁排水泄压，在井顶钻进，完毕后下管，引流，止水，最后关闭闸阀止水。如果发生井喷或管涌，则提出钻杆，关闭球阀；

在监测井中放入水位计、压力变送器、流量计等传感器，通过地表上的水资源控制器实时监测水位、水压，建立数据中心，在数据中心设置监测井水位数据库、流量数据库，闸阀和水泵自动开启的软硬件；

在水位达到或超过设定预警水位时，系统报警；

人工核验后授权开启自动闸阀，闸阀控制泄压管，泄压管开始排水泄压；待水位、水压降低至安全值时停止泄压，人工授权关闭闸阀，其中，闸阀开启首先在预警区四周，若未能及时将水位降低，则开启临近闸阀，以此类推。

综上所述，本发明能够在极端天气条件下，对地下水水位进行综合研判并进行泄压抗浮，针对地下室抗浮薄弱区域进行点面结合分布式抗浮，运用闸阀自动控制单元减少人工干预且引入ai人工智能，抗浮体系灵活。地下水位抬升，地下室底板抗浮需要以地下水位变化为基础，因此，本发明设置监测井实时监测水位、水压、流量变化，且能实现可视化效果，抗浮作用更清晰；引入预警机制和闸阀自动控制单元，克服了抗浮能力不足发生破坏时的人工投入，闸阀损坏能及时发现，抗浮体系耐久性较好。