大型深基坑不均匀降排水的监测与控制系统的制作方法

1.本发明属于深基坑的降排水技术领域，具体涉及一种大型深基坑不均匀降排水的智能监测与控制系统。


背景技术：

2.当前，我国很多建筑工程中都会设计地下室以完善自身建筑功能。基坑在施工过程中经常会出现渗漏与沉降的情况，基坑施工阶段降排水与基坑沉降实时监测显得尤为重要。而我们的实际工程施工过程中对于基坑中渗漏与沉降的情况并没有实现一个全面的系统的把控和实时监测。所以往往会存在以下问题：(1)基坑水位监测不及时、发现问题预警过慢、不能24小时实时掌握数据。(2)不能有效观测降水效果及降水泵的故障，易引发安全事故。另外，对于大型深基坑的施工，由于深基坑的施工面积大，基坑地质状况、场地水下情况可能较为复杂，例如基坑范围内的土层的渗透性差异较大，或不同位置之间自然的隔水层的存在，地下水源的不均匀分布，以上因素都可能增加深基坑在降排水监控和施工的不确定性，进而难以对基坑降排水进行精准控制，这样并不利于降低施工成本，同时也会造成水资源的浪费，同时也无法保证基坑能在干燥条件下施工和防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降的情况发生。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供了一种大型深基坑不均匀降排水的监测与控制系统，其可对基坑进行分区域的监控和精准降排水，解决了大型深基坑由于降排水情况复杂和不均匀而导致的施工成本高，容易出现地基下沉、边坡失稳等安全隐患的问题。
4.本发明通过下述技术方案实现。
5.大型深基坑不均匀降排水的智能监测与控制系统，包括降水井，观测井，设置于降水井内的抽水泵，设置于降水井内的降水井水位计，设置于观测井内的观测井水位计，其特征在于还包括：降排水数据分析模块，数据储存模块，降排水控制模块，人机交互界面；
6.所述降水井有多口，多口所述降水井设置于基坑内部；所述观测井有多口，它们沿基坑边缘均匀设置于基坑外；所述降水井水位计一一对应设置于每口所述降水井内，所述降水井水位计用于分别实时监测和采集不同位置的降水井水位数据，并将其传输至数据储存模块和降排水数据分析模块；所述观测井水位计一一对应设置于每口观测井内，所述观测井水位计用于实时监测不同位置的观测井水位数据，并将其传输至数据储存模块和降排水数据分析模块；
7.所述降排水数据分析模块包括，用于接收不同位置的降水井水位数据和接收不同位置的观测井水位数据；用于接收不同降水井的位置数据和不同观测井的位置数据；用于分析相同时段下不同位置的降水井水位变化率和不同位置的观测井水位变化率，选取变化率相同或相近的降水井和观测井进行匹配，获得水位相互关联的降水井-观测井匹配数据；用于根据降水井-观测井匹配数据、降水井的位置数据和观测井的位置数据将基坑划分成
不同的降排水控制区域，以形成降排水控制区域图；用于判断不同位置的观测井水位数据是否超出警戒水位，当水位数据大于或等于警戒水位时，发出抽水指令以对产生该水位数据的观测井所匹配的降水井中的抽水泵进行抽水，当水位数据低于警戒水位时，发出停机指令以对产生该水位数据的观测井所匹配的降水井中的抽水泵进行停机；用于接收抽水泵的工作状态数据，对每个降排水控制区域内的水泵的工作状态数据进行统计和分析，获得每个降排水控制区域内的抽水量数据；
8.所述降排水控制模块用于接收分析处理模块所发出的抽水指令控制相应抽水泵进行抽水；用于获取每个抽水泵的工作状态数据，并将抽水泵的工作状态数据传输至降排水数据分析模块；所述抽水泵的工作状态数据包括抽水时间、抽水速度；
9.所述人机交互界面包括，用于录入不同降水井的位置数据和不同观测井的位置数据，并将数据传输至降排水数据分析模块；用于调取和显示降水井-观测井匹配数据、降排水控制区域图、每个降排水控制区域内的抽水量数据。
10.优选的，所述降水井的间距控制为15～20m。
11.优选的，所述观测井的间距控制为30～50m。
12.优选的，所述人机交互界面还包括，用于输入抽水泵手动启停指令，并将抽水泵手动启停指令传输至降排水控制模块；所述降排水控制模块用于接收抽水泵手动启停指令以对抽水泵进行紧急控制。
13.优选的，所述降排水数据分析模块还包括，用于判断不同位置的降水井水位数据是否超出警戒水位，当水位数据超出警戒水位时，发出抽水指令以对产生该水位数据的降水井中的抽水泵进行抽水。
14.优选的，所述降排水数据分析模块还包括，用于判断不同位置的观测井水位数据是否超出警戒水位，当水位数据超出警戒水位时，发出观测井水位超限预警信息至人机交互界面进行显示，以提醒施工人员；所述观测井水位超限预警信息包括超出警戒水位的该观测井位置信息、该观测井的实时水位数据和该观测井在降排水控制区域图中的所属降排水控制区域。
15.优选的，所述降排水数据分析模块还包括，用于判断不同位置的降水井水位数据是否超出警戒水位，当水位数据超出警戒水位时，发出降水井水位超限预警信息至人机交互界面进行显示，以提醒施工人员；所述降水井水位超限预警信息包括超出警戒水位的该降水井的位置信息、该降水井的实时水位数据、该降水井在降排水控制区域图中的所属降排水控制区域。
16.优选的，所述抽水量数据包括每个降排水控制区域内的总抽水量，每个降排水控制区域内的每个抽水泵的抽水量。
17.优选的，本系统还包括bim建模模块；所述bim建模模块用于依据降水井的位置数据、观测井的位置数据、降排水控制区域数据、不同位置的降水井水位数据、不同位置的观测井水位数据以及基坑施工平面图、勘测点平面图构建基坑地下水位监测三维模型，以用于实时监测基坑的降排水状况。
18.优选的，所述基坑施工平面图、勘测点平面图由人机交互界面录入，并传输至数据储存模块和bim建模模块。
19.本发明有益效果如下：
20.1)本发明大型深基坑不均匀降排水的监测与控制系统可对基坑进行分区域的监控和精准降排水，解决了大型深基坑由于降排水情况复杂和不均匀而导致的施工成本高，容易出现地基下沉、边坡失稳等安全隐患的问题。
21.2)本发明系统通过分析获得水位相互关联的降水井-观测井匹配数据，进而生成降排水控制区域图，从而可以更加直观的了解和掌握深基坑的降排水不均匀状况，并将整体的不均匀性划分成降排水均匀的多个区域，以便于对降排水控制区进行针对性的降排水，以及用于指导降排水控制区的其它基坑结构物的施工。
22.3)本发明系统可以与bim三维建模相结合，可获得可视化程度高，对基坑降排水和基坑内其它构筑物施工具有指导作用的三维模型，能降低施工过程中对周边环境的影响，有效保护生态环境，同时也有助于规避基坑施工过程中的安全风险。
附图说明
23.图1为本发明系统的结构原理示意图。
24.图2为实施例中降排水控制区域图的示意图。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.实施例1
28.请参阅图1、图2，大型深基坑不均匀降排水的智能监测与控制系统，包括降水井1，观测井2，设置于降水井1内的抽水泵3，设置于降水井1内的降水井水位计，设置于观测井2内的观测井水位计，降排水数据分析模块，数据储存模块，降排水控制模块，人机交互界面；其中，降水井水位计、观测井水位计均与降排水数据分析模块和数据储存模块连接，数据储存模块与降排水数据分析模块和人机交互界面连接，降排水控制模块与降排水数据分析模块和抽水泵连接；上述所指的连接可依据施工的实际情况采用有线连接，也可采用无线连接；降水井1和观测井2按常规基坑降排水的施工要求施工设置即可，本实施例不作赘述；抽水泵为潜水泵，优选为冲水式潜水泵；
29.所述降水井1有多口，它们设置于基坑3内部，通常对于大型深基坑，为了提高降水效果，一分部降水井应沿基坑内部周边按一定间隔设置，另一部分设置于基坑内部位置；所述观测井2有多口，它们沿基坑3边缘设置于基坑外；所述降水井水位计一一对应设置于每口所述降水井1内，所述降水井水位计用于分别实时监测和采集不同位置的降水井水位数据，并将其传输至数据储存模块和降排水数据分析模块；所述观测井水位计一一对应设置于每口观测井2内，所述观测井水位计用于实时监测不同位置的观测井水位数据，并将其传
输至数据储存模块和降排水数据分析模块；
30.所述降排水数据分析模块包括：用于接收不同位置的降水井水位数据和接收不同位置的观测井水位数据；用于接收不同降水井1的位置数据和不同观测井2 的位置数据；
31.用于分析相同时段下不同位置的降水井水位变化率和不同位置的观测井水位变化率，选取水位变化率相同或相近的降水井和观测井进行匹配，获得水位相互关联的降水井-观测井匹配数据；所述的降水井-观测井匹配数据为，将不同位置的降水井和观测井按水位变化率是否相同或相近进行分组而得到的分组信息；即匹配到的每组降水井-观测井所处位置的区域可进行均匀降排水，亦即是说当观测井的水位上升需要进行控制时，可对观测井所匹配的降水井(即该组的降水井)进行抽水，而实现对该观测井的精确降水，从而提高降排水的精确性，以减少盲目抽排水造成的能源和水资源的浪费以及基坑失稳、地基沉降等意外风险，同时也解决了大型深基坑在面临不均匀降排水的情况下无法智能、精确降排水的问题；另外，在降排水数据分析模块实现“选取变化率相同或相近的降水井和观测井进行匹配”的功能时，可通过设置变化率阈值，满足“所匹配得到的降水井与观测井中，对所得到的不同位置降水井的降水井水位变化率和不同位置的观测井水位变化率数据，这些数据当中的水位变化率最大值与水位变化率最小值之差小于变化率阈值”即可；进一步阐述，例如，设置变化率阈值为2cm/h，所匹配得到的降水井和观测井为1#降水井、4#降水井、6#降水井、9#降水井，2#观测井、3#观测井；1#降水井、4#降水井、6#降水井、9#降水井的降水井水位变化率分别为21cm/h，19.6cm/h，20.2cm/h，21.1cm/h，2#观测井、3#观测井的观测井水位变化率分别为21.5cm/h，19.8cm/h；这些数据当中，水位变化率最大值为21.5cm/h，水位变化率最小值19.6cm/h，两者之差为1.9cm/h小于变化率阈值2cm/h；
32.用于根据降水井-观测井匹配数据、降水井的位置数据和观测井的位置数据将基坑划分成不同的降排水控制区域4，以形成降排水控制区域图；在上述功能实现时，降排水控制区域图是由不同的降排水控制区域4组成，不同的降排水控制区域4在降排水控制区域图中可用线条、不同颜色等标识进行划分或区分，每个降排水控制区内显示有所匹配的降水井和观测井，以及它们的位置信息、水位信息；通过上述功能的实现，在面临大型深基坑不均匀降排水施工时，由于降排水的情况更加复杂，通过降排水控制区域图，可以更加直观的了解和掌握深基坑的不均匀状况，并将整体的不均匀性划分成降排水均匀的多个区域，以便于对降排水控制区进行针对性的降排水，以及对降排水控制区的其它基坑结构物进行施工；
33.用于判断不同位置的观测井水位数据是否超出警戒水位，当水位数据大于或等于警戒水位时，发出抽水指令以对产生该水位数据的观测井所匹配的降水井中的抽水泵3进行抽水，当水位数据低于警戒水位时，发出停机指令以对产生该水位数据的观测井所匹配的降水井中的抽水泵进行停机；
34.用于接收抽水泵的工作状态数据，对每个降排水控制区域内的水泵的工作状态数据进行统计和分析，获得每个降排水控制区域内的抽水量数据；基于上述功能的实现，通过获取对每个降排水控制区内的抽水量数据，进而可识别和筛选出抽水量较大的降排水控制区；在实际施工中，抽水量较大的降排水控制区意味着基坑失稳、地基下沉的风险更高，从而需要采取针对性措施。
35.所述降排水控制模块用于接收分析处理模块所发出的抽水指令控制相应抽水泵
进行抽水；用于获取每个抽水泵的工作状态数据，并将抽水泵的工作状态数据传输至降排水数据分析模块；所述抽水泵的工作状态数据包括抽水时间、抽水速度；
36.所述人机交互界面包括，用于录入不同降水井的位置数据和不同观测井的位置数据，并将数据传输至降排水数据分析模块；用于调取和显示降水井-观测井匹配数据、降排水分区数据。
37.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述降水井1的间距控制为15～20m。
38.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述观测井2的间距控制为30～50m。
39.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述人机交互界面还包括，用于输入抽水泵手动启停指令，并将抽水泵手动启停指令传输至降排水控制模块；所述降排水控制模块用于接收抽水泵手动启停指令以对抽水泵进行紧急控制；虽然通过本系统可以对降排水进行自动精确控制，但是在某些紧急情况下，仍然需要手动控制抽水泵的工作状态，以应对突发情况。
40.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述降排水数据分析模块还包括，用于判断不同位置的降水井水位数据是否超出警戒水位，当水位数据超出警戒水位时，发出抽水指令以对产生该水位数据的降水井中的抽水泵进行抽水。
41.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述降排水数据分析模块还包括，用于判断不同位置的观测井水位数据是否超出警戒水位，当水位数据超出警戒水位时，发出观测井水位超限预警信息至人机交互界面进行显示，以提醒施工人员；所述观测井水位超限预警信息包括超出警戒水位的该观测井的位置信息、该观测井的实时水位数据、该观测井在降排水控制区域图中的所属降排水控制区域。
42.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述降排水数据分析模块还包括，用于判断不同位置的降水井水位数据是否超出警戒水位，当水位数据超出警戒水位时，发出降水井水位超限预警信息至人机交互界面进行显示，以提醒施工人员；所述降水井水位超限预警信息包括超出警戒水位的该降水井的位置信息、该降水井的实时水位数据、该降水井在降排水控制区域图中的所属降排水控制区域。
43.进一步的，在一个优选的实施方案中，本系统还包括bim建模模块；所述 bim建模模块用于依据降水井的位置数据、观测井的位置数据、降排水控制区域图、不同位置的降水井水位数据、不同位置的观测井水位数据以及基坑施工平面图、勘测点平面图构建基坑地下水位监测三维模型，以用于实时监测基坑的降排水状况；通过该功能的实现，可利用基坑地下水位监测模型对基坑施工中的降排水情况进行监测和施工设计，可视化程度高，同时也可以便于对基坑其它结构物的施工提供技术参数指导。
44.进一步的，在一个优选的实施方案中，所述基坑施工平面图、勘测点平面图由人机交互界面录入，并传输至数据储存模块和bim建模模块。
45.实施例2
46.在具体的基坑降排水施工项目中，请参阅图1、图2，利用本发明系统对大型深基坑不均匀降排水的智能监测与控制过程如下：
47.1)按项目设计要求和规范施工降水井1和观测井2，并于观测井2内安装观测井水位计，于降水井1内安装降水井水位计和抽水泵；
48.对上述降水井、观测井分别进行编号，具体观测井包括1#观测井，2#观测井，3#观
测井，4#观测井，5#观测井，6#观测井，7#观测井，8#观测井，9#观测井，10#观测井，一共10口观测井，它们沿基坑边缘设置于基坑外；
49.降水井包括1#降水井，2#降水井，3#降水井，
……
，33#降水井，34#降水井，一共34口降水井；
50.其中，降水井水位计、观测井水位计均与降排水数据分析模块和数据储存模块连接，数据储存模块与降排水数据分析模块和人机交互界面连接，降排水控制模块与降排水数据分析模块和抽水泵连接；降水井和观测井按常规基坑降排水的施工要求施工设置即可，本实施例不做赘述；抽水泵为冲水式潜水泵，抽水泵的出水管上安装有计量装置，以用于监测抽水泵的抽水速率和抽水时间，计量装置应与降排水控制模块连接；
51.2)各施工构件、设备和模块就位后，通过观测井水位计和降水井水位计对某一时间段内的观测井2和降水井1的水位数据进行监测和采集，并将监测和采集到的数据传输至降排水数据分析模块；根据上述采集得到的水位数据(不同位置的降水井水位数据和接收不同位置的观测井水位数据)，降排水数据分析模块计算出不同位置的降水井水位变化率和不同位置的观测井水位变化率，选取变化率相同或相近的降水井和观测井进行匹配，获得水位相互关联的降水井-观测井匹配数据如下：
52.1#观测井、2#观测井、3#观测井、1#降水井、2#降水井、3#降水井、4#降水井、5#降水井相互匹配，它们所处位置的区域可进行均匀降排水，亦即是说当 1#观测井、2#观测井、3#观测井的水位上升需要进行控制时，可对这些观测井所匹配的1#降水井、2#降水井、3#降水井、4#降水井、5#降水井进行抽水，以控制所匹配的降水井、观测井覆盖位置的地下水位；
53.4#观测井、5#观测井、6#观测井、6#降水井、7#降水井、8#降水井、9#降水井、10#降水井、11#降水井、12#降水井、13#降水井、14#降水井、15#降水井、 16#降水井、17#降水井、18#降水井、19#降水井、20#降水井、21#降水井、22# 降水井相互匹配，它们所处位置的区域可进行均匀降排水，亦即是说当4#观测井、5#观测井、6#观测井的水位上升需要进行控制时，可对这些观测井所匹配的 6#降水井至22#降水井进行抽水，以控制所匹配的降水井、观测井覆盖位置的地下水位；
54.7#观测井、8#观测井、6#降水井、23#降水井、24#降水井、25#降水井、26# 降水井、27#降水井、28#降水井相互匹配，它们所处位置的区域可进行均匀降排水，亦即是说当7#观测井、8#观测井的水位上升需要进行控制时，可对这些观测井所匹配的23#降水井、24#降水井、25#降水井、26#降水井、27#降水井、28# 降水井进行抽水，以控制所匹配的降水井、观测井覆盖位置的地下水位；
55.9#观测井、10#观测井、29#降水井、30#降水井、31#降水井、32#降水井、 33#降水井、34#降水井相互匹配，它们所处位置的区域可进行均匀降排水，亦即是说当9#观测井、10#观测井的水位上升需要进行控制时，可对这些观测井所匹配的29#降水井、30#降水井、31#降水井、32#降水井、33#降水井、34#降水井进行抽水，以控制所匹配的降水井、观测井覆盖位置的地下水位；
56.基于上述获得的降水井-观测井匹配数据，进一步的降排水数据分析模块根据降水井的位置数据和观测井的位置数据将基坑划分成不同的降排水控制区域，以形成降排水控制区域图，如图1所示，降排水控制区域图是由5个降排水控制区域4组成，每个降排水控制区域4内显示有所匹配的降水井和观测井，同时可显示出它们的位置信息和水位信息；通
过降排水控制区域图，可以更加直观的了解和掌握深基坑的降排水不均匀分布状况，并将整体的不均匀性划分成降排水均匀的多个区域，以便于对降排水控制区进行针对性的降排水，以及用于指导降排水控制区的其它基坑结构物的施工；
57.3)在后续的基坑监测中，基于实时接收的不同位置的观测井水位数据，以及上述的降水井-观测井匹配数据和降排水控制区域图，降排水数据分析模块可判断不同位置的观测井水位数据是否超出警戒水位，当水位数据大于或等于警戒水位时，发出抽水指令以对产生该水位数据的观测井所匹配的降水井中的抽水泵进行抽水，当水位数据低于警戒水位时，发出停机指令以对产生该水位数据的观测井所匹配的降水井中的抽水泵进行停机；同时，降排水控制模块接收到分析处理模块所发出的抽水指令后控制相应抽水泵进行抽水，以对水位超限的降排水控制区进行针对性的降排水；如，监测到1#观测井、2#观测井、3#观测井中一个或多个观测井的水位大于或等于警戒水位时，则可通过降排水数据分析模块发出指令至降排水控制模块，以控制1#降水井、2#降水井、3#降水井、4#降水井、 5#降水井内的抽水泵进行针对性的抽水，从而可避免盲目的对基坑内降水井进行降水，而导致其它区域水位下降而出现地基沉降、边坡失稳的情况发生，同时也能达到降低能耗和水资源的目的。