[发明专利]一种智能预警式顶管区域管节补浆系统及方法

说明书

本发明公开一种智能预警式顶管区域管节补浆系统及方法。其中，智能预警式顶管区域管节补浆系统，包括预警系统和补浆系统，所述预警系统包括多个薄膜压力传感器、电阻转电压模块、电压数据采集卡、网络IO控制器和上位机，用于数据采集、数据传输、数据处理和命令反馈，所述补浆系统包括泥浆池、注浆主管以及注浆支管、电磁阀和继电器，补浆系统在接收预警系统的命令，对区域管节进行补浆。本发明通过在管节接口处安装薄膜压力传感器测量不同区域管节的摩阻力，结合物联网技术实时接收并分析数据，识别出超过摩阻力预警值的区域管节，反馈命令信号给相关管节的注浆管路电磁阀，实现区域自动补浆，在顶管市场具有很好的运用前景及推广价值。

技术领域

本发明涉及顶管地下工程技术领域，尤其涉及一种智能预警式顶管区域管节补浆系统及方法，适用于圆形和矩形顶管施工中识别管周摩阻力较大的区域管节，并及时自动补浆。

背景技术

城市地下空间开发通常采用明挖法、盾构法和顶管法等，其中顶管法具有施工占地小、环境效应小、成本低，不阻碍地面交通及安全卫生等特点，在地下管网及地下通道的建设中运用广泛。顶管法是通过顶管掘进机切削前方土体，并借助液压油缸和中继间千斤顶对管节和掘进机施加顶进力，使管节和掘进机克服与周围土体的摩阻力，最终将管节按设计线路顶进土层。由于过大的顶进力不仅造成顶进设备成本增大，还会威胁管节结构安全，为保证管节顺利顶进，施工时管节周围会注入膨润土润滑泥浆以降低摩阻力。

掘进机之后10~20m区域内的管节通常随着前方土体开挖和后方顶进采用不间断连续注浆，即同步注浆。对于其余区域的管节，泥浆填充管周间隙后会向土体逐渐消散，导致泥浆压力和体积变小，因此每隔一定时间会向这些管节周围补充一定体积的泥浆，即二次补浆。其中二次补浆在顶进中十分重要，补浆不及时将导致摩阻力陡增、顶进困难，补浆过量将造成泥浆浪费，还会大幅度扰动周围土体，不利于沉降控制。从现场施工经验来看，通常一天补浆1~2次，每次30~60分钟，人为选取注浆量和注浆时间点的随意性较大，且一般采用全顶程补浆，而非分段补浆。从研究现状来看，由于管周摩阻力无法直接测量，目前国内外学者对注浆前后的管周土压力和摩擦系数变化规律分别开展研究，以此间接的计算管周摩阻力，这种方法实际上求得的是整个顶程的平均摩阻力，忽视了不同位置管节受力情况和润滑效果的差异性，无法对施工过程中区域管节的二次补浆工艺做出科学指导。

近几年顶管工程呈现出断面尺寸更大、顶进距离更长的趋势，能否有效控制管周摩阻力是工程顺利实施的关键，因此提出一套科学合理的补浆系统对推动行业发展具有极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种智能预警式顶管区域管节补浆系统及方法，通过在管节接口处安装薄膜压力传感器测量不同区域管节的摩阻力，结合物联网技术实时接收并分析数据，识别出超过摩阻力预警值的区域管节，反馈命令信号给相关管节的注浆管路电磁阀，实现区域自动补浆，在顶管市场具有很好的运用前景及推广价值。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种智能预警式顶管区域管节补浆系统，包括预警系统和补浆系统；

所述预警系统包括多个薄膜压力传感器、电阻转电压模块、电压数据采集卡、网络IO控制器和上位机，多个薄膜压力传感器分别安装在不同监测管节的承口端之中，每一薄膜压力传感器均通过导线与电阻转电压模块相连，电阻转电压模块、电压数据采集卡、网络IO控制器通过导线依次连接，网络IO控制器与上位机为无线连接，上位机中配制设有组态软件；

所述补浆系统包括泥浆池、注浆主管以及注浆支管、电磁阀和继电器，注浆主管与泥浆池连通，每一管节中均设有注浆支管、电磁阀和继电器，注浆支管与注浆主管连通且电池阀设置在两者之间的管路上，电磁阀均通过导线与继电器相连，继电器通过导线与预警系统中的网络IO控制器相连。

进一步的，还包括云平台服务器，云平台服务器与网络IO控制器为无线连接，通过云平台服务器实现PC端和手机端的远程观测。