[发明专利]一种基于物联网的高压旋喷钻机及其智能施工方法

说明书

本发明是一种基于物联网的高压旋喷钻机及其智能施工方法，属于高压旋喷桩止水帷幕智慧施工领域。改造传统三重管法的高压旋喷钻机，采用旋转触探钻头钻进成孔，在钻杆上的钻头后面布置随钻测井仪，在钻机的机械运输与定位、成孔与喷浆、浆液制备与泵送、供气供水等装置上布置基于物联网技术的监测传感器与无线网络传输，将所有传感信息上传至服务器中分析决策，再依据分析决策控制钻机有效运行，从而在高压旋喷桩施工过程中实现岩土地层识别、水泥浆制备控制、喷浆搅拌控制、成桩质量检测、施工信息报备，实现高压旋喷桩施工过程的随地层性质变化的施工参数自适应智能调整与施工质量的动态控制。

技术领域

本发明涉及一种智慧岩土工程施工技术领域，具体涉及一种基于物联网的高压旋喷钻机及其智能施工方法。

背景技术

高压旋喷注浆是将高压水力喷射切割技术和化学注浆技术相结合用于建筑地基加固的一种工艺。其原理是利用制浆、泵送、钻机等设备，把安装在注浆管最底端的带有喷嘴的喷射器置于土层预定的深度，以高压水流和压缩空气流切碎地下软弱土体后再注入水泥浆，使之与切碎的土体混合形成加固桩体。

上述施工工艺首先由日本专家用于地基加固和防水帷幕施工，从而形成一种新的地基加固技术。该技术最初于1968年由日本化学注浆协会开发而成，其逐步由单重管工法(Chemical Churning Pile)通过二重管工法(Jambo Special Pile)发展为三重管旋喷注浆工法(Column Jet Pile)。三种施工方法对土体的破碎能量依次不断增大，形成的加固桩体直径也相应不断增大，由0.6～1.0m之间增大至1.5m左右，最大加固深度也达到了30m。三重管旋喷注浆工法是通过在高压水流外部环绕压缩空气形成复合式高压喷射流对土体切割破碎，再注入水泥浆与切碎的土体混合形成加固桩体。

旋喷注浆加固施工方法于上世纪70年代末期被引入到国内，对现有文献资料检索表明:由刘建航、候学渊主编的《基坑工程手册》在第661～702页中介绍了该方法，其内容包括旋喷加固的基本原理与概念、国内外些实验室与现场的试验成果以及旋喷桩的设计，在工艺方面主要涉及到单重管、双重管和三重管三种施工方法。三重管旋喷注浆工法的三种喷注介质分别为高压水、压缩空气及水泥浆，在气膜的保护下高压水喷射流对土体进行破坏切割，低压水泥浆与土体搅拌充填形成加固桩体。牛虹撰写的论文《高压旋喷法的施工特性及设备》收录于期刊《工业建筑》2002年32卷第10期,在第52-59页中对该工艺的设备体系进行了介绍，主要包括应用于单重管法、双重管法以及三重管法中的送水器、旋喷管和喷射器等装置的结构形式。

高压旋喷桩经上世纪70年代发展至今，除了在工作效能、机械操作的便利性和电子化程度上有所提升外，其施工过程中钻机只能采用固定施工参数，无法根据钻孔地层性质变化智能调整施工参数，无法动态控制施工质量。随着网络技术的提升、物联网技术的发展、机器智能控制技术的成熟，将智能化设备和施工方法融合，将其应用于对施工设备改造、施工工艺优化，基于物联网和智能化手段实现现场施工智慧感知、实时全自动控制、施工质量自动检测，实现高压旋喷桩的自适应调整施工参数与动态控制施工质量，形成其独特的施工方法。

发明内容

技术问题：本发明主要解决的技术问题是在高压旋喷桩施工全过程中，从钻孔定位、钻机钻进、水泥浆制备、喷浆控制、施工过程控制、施工质量现场检测等工序中的智能化、自动化程度较低，钻机只能采用固定施工参数，无法根据钻孔地层性质变化智能调整施工参数，无法动态控制施工质量，为此本发明提供一种基于物联网的高压旋喷钻机及其智能施工方法。