一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法与流程

本发明涉及灌浆压力调控，具体为一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法。

背景技术：

1、锥探灌浆是堤坝防渗加固及软弱地基处理中常用的工程手段，通过锥探成孔后将浆液注入地层孔隙或裂隙，以提高地层密实度和抗渗性能。近年来灌浆深度不断增加，深部地层地应力高、孔隙水压力大、地质条件复杂，灌浆压力的控制直接决定注浆效果与施工安全。

2、申请号为202010838981.2的发明专利申请中公开了一种自适应灌浆控制方法，该申请通过试灌阶段采集孔口灌浆压力与流量探明地层可灌性，随后以灌浆流量变化为依据逐级提升并保持灌浆压力，实现不同地质条件下的自适应灌浆，该方法的压力监测点位于孔口返浆管路，以孔口压力作为控制依据。

3、目前，超深灌浆中现有技术多以孔口压力为控制基准，浆液沿程压力损失随孔深、浆液黏度及流量动态变化，孔口与孔底实际压力间存在显著且时变的偏差且无法实时修正，致使孔底压力偏低时灌浆不密实、偏高时引发劈裂冒浆，从而难以实现孔底真实压力的自适应调控。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，能够有效地解决现有技术的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现；

3、本发明公开了一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，包括以下步骤：

4、获取超深锥探灌浆孔的孔深及锥探杆初始位置，并设定孔底目标压力值；

5、在锥探灌浆过程中实时采集孔口压力值和注浆流量值；

6、在锥探杆分段提升或下移过程中，同步采集注浆流量变化量、孔口压力变化量及锥探杆位移量；

7、基于注浆流量变化量与孔口压力变化量的对应关系确定浆液沿程阻力系数，基于锥探杆位移量与孔口压力变化量的对应关系确定浆液密度，再由孔口压力值扣除沿程压力损失及浆液柱自重静压获取孔底实际压力值；

8、将孔底实际压力值与孔底目标压力值作差，生成孔底压力偏差信号；

9、根据孔底压力偏差信号调节注浆泵的输出压力，使孔底实际压力值趋近于孔底目标压力值。

10、更进一步地，所述孔底目标压力值根据地层吸浆状态动态调整：

11、采集返浆流量值，由所述注浆流量值与返浆流量值的差值得到地层吸浆量，当所述地层吸浆量满足下式时调整孔底目标压力值；

12、；

13、式中：为地层吸浆量；为地层吸浆系数；为孔底实际压力值；为深部地层初始地应力；为非线性指数；

14、当所述不等式成立时，判定地层吸浆减弱，孔底目标压力值按下式调整：

15、；

16、式中；为调整后的孔底目标压力值；为调整前的孔底目标压力值；为预设最大压力调整步长，方括号内为地层吸浆量不足比例；当所述不等式不成立时，判定地层吸浆正常，保持孔底目标压力值不变。

17、更进一步地，所述锥探灌浆过程中实时采集孔口压力值和注浆流量值的采样间隔按下式动态调整：

18、；

19、式中：为动态采样间隔；为基准采样间隔；为孔口压力值的一阶变化率；为孔口压力值的二阶变化率，为一阶变化率权重系数，为二阶变化率权重系数；

20、所述一阶变化率和所述二阶变化率由相邻采样时刻的孔口压力值差分计算得到。

21、更进一步地，所述注浆流量变化量为锥探杆提升或下移前后注浆流量值的差值，所述孔口压力变化量为锥探杆提升或下移前后孔口压力值的差值，所述锥探杆位移量为锥探杆当前位置与所述锥探杆初始位置的差值；

22、所述注浆流量变化量、孔口压力变化量及锥探杆位移量的采样时刻之间的时间差不超过预设采样同步阈值。

23、更进一步地，在锥探杆提升或下移过程中分个时段采集注浆流量值、孔口压力值及锥探杆位置值，以每个时段内孔口压力变化量与注浆流量变化量的比值作为该时段的浆液沿程阻力系数样本值，再按下式拟合得到时变浆液沿程阻力系数：

24、；

25、式中：为时刻的浆液沿程阻力系数；为初始浆液沿程阻力系数；为浆液水化速率系数；为自当前批次浆液配制完成时刻起至对应时段采样时刻的时间。

26、更进一步地，在锥探杆提升或下移过程中取组锥探杆位移量与孔口压力变化量的对应值，按下式拟合得到浆液平均密度：

27、；

28、式中：为浆液平均密度；为第组的锥探杆位移量；为第组的孔口压力变化量；为重力加速度；为测量组数。

29、更进一步地，所述孔底实际压力值通过下式求取：

30、；

31、式中：为孔底实际压力值；为孔口压力值；为时变浆液沿程阻力系数；为所述注浆流量值；为锥探杆位于孔底时杆壁与孔壁间的环隙过流面积；为锥探杆位于深度处的环隙过流面积；为面积修正指数；为浆液平均密度，为重力加速度，为孔深。

32、更进一步地，所述孔底实际压力值计算阶段，所述孔口压力值和所述注浆流量值取当前时刻之前延迟时长的对应值，所述延迟时长为压力波自孔口传播至孔底的时间，，为浆液中压力波传播速度。

33、更进一步地，将基于时变浆液沿程阻力系数预测的孔底压力值与计算得到的孔底实际压力值进行比较，当两者偏差超过预设阈值时，判定当前结果无效并返回注浆流量变化量、孔口压力变化量及锥探杆位移量同步采集阶段重新执行；

34、其中，预设允许偏差阈值按下式确定：

35、；

36、式中，为预设允许偏差阈值；为基础偏差阈值；为当前拟合样本数；为参考拟合样本数；为浆液稳定化速率系数。

37、更进一步地，在根据所述孔底压力偏差信号调节注浆泵输出压力之后，等待所述延迟时长后，重新采集所述孔口压力值和所述注浆流量值并计算孔底实际压力值；

38、若所述孔底压力偏差信号的绝对值仍超过预设偏差阈值，则重复自同步采集注浆流量变化量、孔口压力变化量及锥探杆位移量起，至根据孔底压力偏差信号调节注浆泵输出压力止的过程。

39、采用本发明提供的技术方案，与已知的现有技术相比，具有如下有益效果：

40、本发明通过在锥探杆分段提升或下移过程中同步采集注浆流量变化量、孔口压力变化量及锥探杆位移量，在线拟合浆液沿程阻力系数与浆液密度，并由孔口压力值扣除沿程压力损失及浆液柱自重静压反算孔底实际压力值，可反映超深孔内浆液时变特性与环隙流动阻力对孔底压力的影响，进而以孔底实际压力值与孔底目标压力值生成的孔底压力偏差信号闭环调节注浆泵输出压力，使控制直接作用于孔底压力这一关键参数；

41、同时结合地层吸浆状态动态调整孔底目标压力值、依据压力变化率自适应调整采样间隔并引入压力波传播延迟补偿与有效性校验，使调控适配超深锥探灌浆中地层与浆液性能的动态变化，较现有固定参数开环控制，有效提高了孔底压力控制的准确性与响应及时性。

1.一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，其特征在于，所述孔底目标压力值根据地层吸浆状态动态调整：

3.根据权利要求1所述的一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，其特征在于，所述锥探灌浆过程中实时采集孔口压力值和注浆流量值的采样间隔按下式动态调整：

4.根据权利要求1所述的一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，其特征在于，所述注浆流量变化量为锥探杆提升或下移前后注浆流量值的差值，所述孔口压力变化量为锥探杆提升或下移前后孔口压力值的差值，所述锥探杆位移量为锥探杆当前位置与所述锥探杆初始位置的差值；

5.根据权利要求4所述的一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，其特征在于，在锥探杆提升或下移过程中分个时段采集注浆流量值、孔口压力值及锥探杆位置值，以每个时段内孔口压力变化量与注浆流量变化量的比值作为该时段的浆液沿程阻力系数样本值，再按下式拟合得到时变浆液沿程阻力系数：

6.根据权利要求5所述的一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，其特征在于，在锥探杆提升或下移过程中取组锥探杆位移量与孔口压力变化量的对应值，按下式拟合得到浆液平均密度：

7.根据权利要求6所述的一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，其特征在于，所述孔底实际压力值通过下式求取：

8.根据权利要求7所述的一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，其特征在于，所述孔底实际压力值计算阶段，所述孔口压力值和所述注浆流量值取当前时刻之前延迟时长的对应值，所述延迟时长为压力波自孔口传播至孔底的时间，，为浆液中压力波传播速度。

9.根据权利要求7所述的一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，其特征在于，将基于时变浆液沿程阻力系数预测的孔底压力值与计算得到的孔底实际压力值进行比较，当两者偏差超过预设阈值时，判定当前结果无效并返回注浆流量变化量、孔口压力变化量及锥探杆位移量同步采集阶段重新执行；

10.根据权利要求8所述的一种超深锥探灌浆压力自适应调控方法，其特征在于，在根据所述孔底压力偏差信号调节注浆泵输出压力之后，等待所述延迟时长后，重新采集所述孔口压力值和所述注浆流量值并计算孔底实际压力值；