顶管触变泥浆异常泄漏识别定位及分级处置方法与系统与流程

本发明涉及地下工程施工监测与智能控制，具体涉及顶管触变泥浆异常泄漏识别定位及分级处置方法与系统。

背景技术：

1、在顶管施工过程中，掘进机在管线前端进行土体开挖，工作井内的顶进设备推动管节沿设计轴线向前推进；为了降低管节外壁与周围土体之间的摩擦阻力，通常采用触变泥浆注浆减阻技术，通过设置于顶管内部的供浆管路、注浆支路以及管壁注浆孔，将触变泥浆输送至管节外壁与土体之间，以形成泥浆套，从而改善管土接触状态并降低顶进阻力。

2、随着顶进距离不断增加，管节外部环空空间持续变化，注入的触变泥浆会受到多种因素影响，包括新增环空形成、地层对浆液的吸收、浆液自身压缩以及管路内部储浆变化等；因此，在实际施工过程中，注浆流量、注浆压力以及累计注浆量等参数变化并不能直接反映泥浆的真实消耗情况。当注浆量出现异常增加或注浆压力、流量出现异常变化时，现有施工方式通常依靠操作人员结合施工经验进行判断，并采取补浆、升压或停机检查等措施。然而，现有判断方式难以准确区分不同原因导致的浆液消耗变化；例如，注浆量增加可能来源于正常形成的新生环空，也可能来源于局部泥浆套不足、注浆通道异常连通或地层裂隙导致的浆液流失；注浆压力升高可能由注浆支路堵塞造成，也可能由外部泥浆扩散受阻造成；注浆压力降低或流量增加也可能由不同异常因素共同导致。因此，仅依据单一注浆参数进行判断，容易出现异常原因识别不准确的问题。

3、目前，部分顶管注浆控制技术通过检测注浆压力、流量、泥浆状态或管壁受力情况，对施工过程中的注浆状态进行监测；例如，通过压力阈值判断注浆状态变化，通过泥浆厚度检测评价泥浆套形成情况，或者根据局部检测结果控制补浆过程。但是，上述技术通常侧重于单一参数监测或结果判断，难以综合考虑顶进过程中环空变化、浆液正常消耗以及异常泄漏等因素之间的关系。此外，现有技术通常采用被动监测方式，在异常发生后根据压力、流量等参数变化进行判断，缺少主动检测手段，难以进一步确定异常发生位置及异常类型。当注浆系统内部管路堵塞、管外泥浆套缺失、泥浆沿管线方向异常传递或者浆液向周围地层泄漏时，不同异常状态可能表现出相似的压力或流量变化特征，导致管内故障与管外异常难以有效区分。同时，现有处置方式通常采用统一补浆或提高注浆压力的方式进行处理，缺少针对不同异常原因的差异化处理措施。当异常属于管路堵塞时，持续补浆可能无法改善泥浆供应；当异常属于地层泄漏时，持续增加注浆压力可能进一步加剧浆液外逸甚至引起地层扰动。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供顶管触变泥浆异常泄漏识别定位及分级处置方法与系统，解决现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：顶管触变泥浆异常泄漏识别定位及分级处置方法，包括s1、获取顶管施工过程中的顶进距离、注浆流量、注浆压力、管径参数、超挖间隙参数及地层参数，并根据顶进距离、管径参数和超挖间隙参数确定新增环空体积；根据预先确定的正常滤失量和可压缩储量变化量，结合注浆流量确定实际注入量，并基于新增环空体积、正常滤失量、可压缩储量变化量及实际注入量计算环空物料平衡残差；s2、在环空物料平衡残差超过预设阈值时，根据环空物料平衡残差对应的注浆位置确定候选异常区段，并确定与候选异常区段对应的候选注浆孔，向候选注浆孔施加编码微压脉冲，同时采集候选注浆孔的压力响应及其他注浆孔的跨孔响应；s3、根据压力响应和跨孔响应提取压力建立特征、停泵衰减特征、响应到达时间特征及响应幅值特征，构建对应于候选异常区段的水力指纹；s4、根据环空物料平衡残差和水力指纹确定触变泥浆异常类型及异常位置，并根据触变泥浆异常类型执行对应的异常处置操作；s5、在完成异常处置操作后，采用与施加编码微压脉冲时相同的编码微压脉冲进行复测，并根据复测得到的环空物料平衡残差和水力指纹判断是否恢复正常注浆状态。

3、优选的，所述s1包括获取顶管施工过程中的管道截面参数和顶进距离变化量；根据管道截面参数、超挖间隙参数以及顶进距离变化量确定新增环空体积；根据注浆流量对注浆过程中的浆液输入量进行统计，得到实际注入量；根据新增环空体积、正常滤失量、可压缩储量变化量以及实际注入量计算环空物料平衡残差。

4、优选的，所述s1中正常滤失量和可压缩储量变化量的确定过程包括获取顶管施工过程中对应地层区域的注浆状态参数；根据注浆状态参数确定正常滤失量；根据注浆压力变化对应的浆液储存变化情况确定可压缩储量变化量；将正常滤失量和可压缩储量变化量作为计算环空物料平衡残差的基础参数。

5、优选的，所述s2包括在环空物料平衡残差超过预设阈值时，根据环空物料平衡残差对应的注浆位置确定候选异常区段；根据候选异常区段内设置的多个注浆孔确定候选注浆孔；控制候选注浆孔中的至少一个注浆孔输出编码微压脉冲，并控制其他注浆孔处于响应检测状态；采集候选注浆孔对应的压力响应以及其他注浆孔对应的跨孔响应。

6、优选的，所述编码微压脉冲的生成过程包括根据预设编码序列生成脉冲控制信号；根据脉冲控制信号控制注浆设备对候选注浆孔施加编码微压脉冲，其中，所述编码微压脉冲的压力幅值低于正常注浆过程中的压力控制上限，降低对顶管外部泥浆套状态的影响。

7、优选的，所述s3包括对压力响应和跨孔响应进行信号处理；从处理后的压力响应中提取压力建立特征和停泵衰减特征；从处理后的跨孔响应中提取响应到达时间特征和响应幅值特征；根据压力建立特征、停泵衰减特征、响应到达时间特征以及响应幅值特征构建水力指纹。

8、优选的，所述s4包括根据环空物料平衡残差和水力指纹中的压力建立特征判断注浆支路状态；根据水力指纹中的响应到达时间特征和响应幅值特征判断多个注浆孔之间的水力传递关系；根据注浆支路状态和水力传递关系确定触变泥浆异常类型及异常位置；其中，所述触变泥浆异常类型包括注浆支路堵塞、局部泥浆套缺失、纵向短路以及地层裂隙泄漏。

9、优选的，当触变泥浆异常类型为注浆支路堵塞时，所述s4中的异常处置操作包括关闭注浆支路的正常注浆控制；对注浆支路执行反冲处理；在完成反冲处理后，通过编码微压脉冲重新获取注浆支路对应的压力响应和跨孔响应；根据重新获取的压力响应和跨孔响应判断注浆支路是否恢复。

10、优选的，当触变泥浆异常类型为局部泥浆套缺失或纵向短路时，所述s4中的异常处置操作包括根据水力指纹确定与异常位置对应的连通注浆孔；控制连通注浆孔执行补浆操作或稳压操作；在执行补浆操作或稳压操作过程中，监测环空物料平衡残差和水力指纹的变化；根据环空物料平衡残差和水力指纹恢复情况调整补浆操作或稳压操作；当触变泥浆异常类型为地层裂隙泄漏时，所述s4中的异常处置操作包括：停止向异常位置对应区域进行连续注浆；控制暂堵浆液通过对应注浆孔进行限量注入；在暂堵浆液注入过程中，对注入量和注浆压力进行限制；在完成暂堵浆液注入后，根据环空物料平衡残差和水力指纹进行复测，并在未恢复正常注浆状态时停止注浆并输出报警信息。

11、顶管触变泥浆异常泄漏识别定位及分级处置系统，用于实现所述的顶管触变泥浆异常泄漏识别定位及分级处置方法的步骤，所述系统包括物料平衡获取模块，用于获取顶管施工过程中的顶进距离、注浆流量、注浆压力、管径参数、超挖间隙参数及地层参数，并根据顶进距离、管径参数和超挖间隙参数确定新增环空体积，根据预先确定的正常滤失量和可压缩储量变化量，结合注浆流量确定实际注入量，并基于新增环空体积、正常滤失量、可压缩储量变化量及实际注入量计算环空物料平衡残差；诊断触发模块，与物料平衡获取模块连接，用于在环空物料平衡残差超过预设阈值时，根据环空物料平衡残差对应的注浆位置确定异常检测区域，并确定与异常检测区域对应的注浆孔，向注浆孔施加编码微压脉冲，同时采集注浆孔的压力响应及其他注浆孔的跨孔响应；水力指纹构建模块，与诊断触发模块连接，用于根据压力响应和跨孔响应提取压力建立特征、停泵衰减特征、响应到达时间特征及响应幅值特征，并根据压力建立特征、停泵衰减特征、响应到达时间特征及响应幅值特征构建水力指纹；异常识别定位模块，与物料平衡获取模块和水力指纹构建模块连接，用于根据环空物料平衡残差和水力指纹确定触变泥浆异常类型及异常位置；分级处置模块，与异常识别定位模块连接，用于根据触变泥浆异常类型执行对应的异常处置操作，并在完成异常处置操作后，控制诊断触发模块采用与施加编码微压脉冲时相同的编码微压脉冲进行复测，根据复测得到的环空物料平衡残差和水力指纹判断是否恢复正常注浆状态。

12、由上述技术方案可知，本发明具有如下有益效果：

13、该顶管触变泥浆异常泄漏识别定位及分级处置方法与系统，通过获取顶管施工过程中的顶进距离、注浆流量、注浆压力、管径参数、超挖间隙参数及地层参数，并结合新增环空体积、正常滤失量、可压缩储量变化量以及实际注入量计算环空物料平衡残差，能够综合考虑顶进过程中正常浆液消耗因素对注浆量变化的影响，降低因单一注浆参数变化导致的误判，提高触变泥浆异常状态识别的准确性；在环空物料平衡残差超过预设阈值时，通过向候选注浆孔施加编码微压脉冲并采集压力响应及跨孔响应，能够主动获取注浆区域的水力响应特征，避免仅依赖施工过程中的被动监测，从而提高异常检测的可靠性；通过提取压力建立特征、停泵衰减特征、响应到达时间特征以及响应幅值特征构建水力指纹，并结合环空物料平衡残差对触变泥浆异常类型及异常位置进行判断，能够有效区分注浆支路堵塞、局部泥浆套缺失、纵向短路以及地层裂隙泄漏等不同异常情况，实现异常原因和影响区域的准确识别；同时，根据不同异常类型执行对应的异常处置操作，避免采用统一补浆或持续升压方式造成的无效处理或二次风险，提高异常处理的针对性和安全性；此外，在完成异常处置操作后采用相同编码微压脉冲进行复测，并根据复测得到的环空物料平衡残差和水力指纹判断恢复状态，实现异常识别、定位、处置及验证的闭环控制，提高顶管触变泥浆注浆过程的智能化水平和施工可靠性。