一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法及系统与流程

本发明属于桩基施工与装备，尤其涉及一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、旋挖钻孔灌注桩是近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法，也是目前市场上应用最多的一种成孔方法，它通过钻斗的旋挖、削土、提升、卸土，反复循环而成孔，最大成孔直径可达1.5-4m，最大成孔深度为60-90m，可以满足各类大型基础施工的要求，因其功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准确、工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少等优点，被广泛应用于高层建筑、港口、桥梁等工程中。

3、在旋挖钻孔灌注桩施工过程中，其成孔质量与地层地质情况、工人操作经验有较大相关性。目前对于场地复杂地层难以确定其地层准确分布，对于场地地层情况的掌握多依靠于前期的勘察钻孔，其稀疏的钻孔数据难以得到整个场地的地层分布情况，尤其地层夹层及地层突变，当钻头遇到软弱夹层时，无法形成较好的泥皮护壁，若浆液质量和配比未能及时调整，会造成塌孔、缩径、沉渣等问题，进一步造成埋钻等设备损失，不仅造成额外的工程费用，还严重延误工期。

4、另外，为在钻进过程中获得地层参数，现有技术通过对施工过程中钻机动力头的电流值实时监测，以电流值的大小为依据确定土层分布。但电流值的大小不仅与土层类型相关，还受贯入压力、速度和深度等因素的影响，直接以电流值确定土层分布情况并不准确。

5、在旋挖钻孔灌注桩的施工过程中，施工设备的参数，如扭矩、进尺深度、进尺速度、轴力等多依靠现场工人经验，难以根据地层信息易动态调整施工参数，当遇到地层突变等情况，如突遇软弱夹层、岩性突变等情况，若施工参数不能及时做出调整，则会造成塌孔、缩径等问题，更严重的会发生卡钻、钻杆折断，埋钻等情况，损坏昂贵的设备。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法及系统，根据实时反馈数据，得到土层类型和土层厚度，根据土层类型和土层厚度得到推荐的钻机施工参数和浆液配比，在成孔过程中动态调整钻机施工参数，提高钻机的工作安全性和工作效率。

2、为实现上述目的，本发明的第一个方面提供一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法，包括：

3、获取旋挖钻机工作中实时的反馈数据，所述反馈数据包括钻头扭矩、钻头转速、钻进压力和钻进速度；

4、将反馈信息输入至训练好的地层反演模型，得到土层类型和土层厚度；

5、将土层类型和土层厚度基于地层参数数据库进行匹配，得到的推荐的钻机施工参数；

6、将得到土层类型和土层厚度输入至训练好的浆液配比模型中，得到的浆液配比数据；

7、根据浆液配比数据和推荐的钻机施工参数，控制成孔进程。

8、本发明的第二个方面提供一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制系统，包括：

9、获取模块，其被配置为：获取旋挖钻机工作中实时的反馈数据，所述反馈数据包括钻头扭矩、钻头转速、钻进压力和钻进速度；

10、反演模块，其被配置为：将反馈信息输入至训练好的地层反演模型，得到土层类型和土层厚度；

11、参数匹配模块，其被配置为：将土层类型和土层厚度基于地层参数数据库进行匹配，得到的推荐的钻机施工参数；

12、浆液配比模块，其被配置为：将得到土层类型和土层厚度输入至训练好的浆液配比模型中，得到的浆液配比数据；

13、控制模块，其被配置为：根据浆液配比数据和推荐的钻机施工参数，控制旋挖钻机的工作。

14、本发明的第三个方面提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法。

15、本发明的第四个方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法。

16、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

17、在本发明中，通过获取钻机实时的反馈数据，根据反馈数据基于地层反演模型，得到土层类型和土层厚度，通过地层参数数据库对得到的土层类型和土层厚度进行匹配，得到推荐的钻机施工参数；将得到土层类型和土层厚度输入至训练好的浆液配比模型中，得到的浆液配比数据；基于浆液配比数据和推荐的施工参数控制钻机的工作。本发明解决传统旋挖钻孔灌注桩施工中仅依赖于前期地勘资料和现场工人经验的局限性，能够对施工质量和施工效率得到较大提升。而且根据实时反馈数据得到的土层类型，进而调整浆液配比，解决了传统泥浆护壁不同地层只能采取同一种浆液配比的情况，能够根据不同地层对浆液配比进行调整和对孔壁进行及时支护，不仅提高了成孔质量，还大大提高了施工效率。

18、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，还包括，判断当前旋挖钻机的施工参数是否超过设备参数阈值，若超过，则进行预警。

3.如权利要求1所述的一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，所述地层反演模型采用bp神经网络，以不同的钻头扭矩、钻头转速、钻进压力和钻进速度作为输入数据，以地层类型和土层厚度作为输出，对地层反演模型进行训练。

4.如权利要求1所述的一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，所述浆液配比模型采用bp神经网络，以土层类型和土层厚度作为输入，以对应的浆液配比和泥浆泵压力作为输出，对所述浆液配比模型进行训练。

5.如权利要求1所述的一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，还包括钻机参数预警系统，所述钻机参数预警系统包括钻机参数数据库和钻机参数预警库；在所述钻机参数数据库中存储有不同地层性质所对应的钻机最佳施工参数，根据旋挖钻机的实时钻机施工参数在所述钻机参数数据库中进行匹配，根据匹配结果调整钻机施工参数；所述钻机参数预警库内存储有钻机施工参数、钻机极限状态参数、不同地质条件下的钻机设备参数，将旋挖钻机的实时钻机施工参数与钻机极限状态参数进行比对，若超出钻机极限状态参数则进行报警。

6.如权利要求1所述的一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，所述地层参数数据库中内置不同工程实例不同地质条件的施工参数。

7.如权利要求1所述的一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法，其特征在于，所述浆液配比数据包括浆液比重、黏度、砂率，泥浆泵压力；在施工至不同土层时，若当前浆液配比满足护壁要求则不作调整，若遇软弱地层时，则需要调整浆液配比，按照推荐参数向泥浆池中添加膨润土、水及纯碱配比材料以满足护壁要求。

8.一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制系统，其特征在于，包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至7任一项所述的一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至7任一项所述的一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法。

技术总结
本发明提出了一种基于地层信息反演的旋挖钻机的控制方法及系统，通过获取钻孔机实时的反馈数据，根据反馈数据基于地层反演模型，得到土层类型和土层厚度，通过地层参数数据库对得到的土层类型和土层厚度进行匹配，得到推荐的钻机施工参数；将得到土层类型和土层厚度输入至训练好的浆液配比模型中，得到的浆液配比数据；基于浆液配比数据和推荐的施工参数控制钻孔机的工作。解决传统旋挖钻孔灌注桩施工中仅依赖于前期地勘资料和现场工人经验的局限性，以及传统泥浆护壁不同地层只能采取同一种浆液配比的情况，能够根据不同地层对浆液配比进行调整和对孔壁进行及时支护，不仅提高了成孔质量，还大大提高了施工效率。

技术研发人员：提衍征,厉超吉,庄培芝,张明晶,莫品强,殷涛,宋修广,林波,钱远顺,姜秀峰,华珊珊,胡永飞,李洪寿
受保护的技术使用者：山东高速建设管理集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17