一种动态调整施工参数的高喷防渗墙施工方法

本发明涉及水利水电工程智能和信息化施工领域，具体为一种动态调整施工参数的高喷防渗墙施工方法。

背景技术：

1、高喷防渗墙施工多采用钻喷一体式设备先通过高压水或高压浆液形成的高速喷射流束，冲击、切割、破碎地层土体，到达目标深度后，再打开喷嘴注浆同时提升喷杆，形成原始地层物料与水泥浆的混合物墙，被广泛应用于水利水电防渗工程中，高喷防渗墙的成墙质量好坏，关键在于提喷过程的施工控制。

2、目前，高喷防渗墙施工通常不改变提喷过程的施工控制参数，即提喷过程中采用相同的提喷速度、喷浆压力、喷嘴角度等。但是由于实际工程中，孔内地质情况错综复杂，存在软弱夹层发育、地层岩性分界、断层及节理裂隙带等地质缺陷，常常与前期地勘资料不完全相符。如果此时在孔内软弱夹层发育的位置与岩性浑厚完整的位置采用相同的提喷控制参数显然是不合理的，简单来说，如果在软弱夹层位置漏喷少喷，会导致软弱面未得到水泥浆灌注闭合，而致使防渗墙出现缺陷；如果在岩性浑厚完整的位置多喷，则会导致水泥浆浪费，提高施工成本，多余浆液溢出孔口也会造成环境污染。

3、基于此，通过采集钻孔过程中的反馈信息，包括孔内岩性特征及其分布、存在软弱夹层情况等，获得沿孔的岩土体参数及地质情况，基于已有数据库中的参数信息，通过人工神经网络算法寻优得到沿孔不同提升高度的高喷防渗墙施工技术参数，包括喷嘴提升速度、喷浆压力、喷嘴角度、喷浆浆液浓度，用以实现高喷防渗墙施工过程中机械设备的精细化控制，指导高喷防渗墙施工，有助于提升高喷防渗墙施工的经济性、质量保证度和环保性。

4、对于一种动态调整施工参数的高喷防渗墙施工方法，如何较为精确地得到钻孔内及孔周的岩土体性质及其参数是保证提喷施工效果的基础；在得到孔内及其周边一定范围的地形、地质参数后，如何将其与施工控制措施联系起来是提高成墙质量、保障防渗墙防渗作用的关键。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种动态调整施工参数的高喷防渗墙施工方法，能精确反馈孔内及孔周的地质情况，基于已有数据库中的参数信息，使用人工神经网络算法优化沿孔不同提升高度的施工控制参数，用以实现高喷防渗墙施工过程中机械设备的精细化控制，指导高喷防渗墙施工。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种动态调整施工参数的高喷防渗墙施工方法，具体步骤为：

3、步骤s1,依据设计资料确定高喷防渗墙施工的设计参数；

4、步骤s2,依据地质资料确定钻孔布设位置的岩土体参数和软弱夹层参数；

5、步骤s3,将步骤s1中的设计参数和步骤s2中的岩土体和软弱夹层参数储存到数据库；

6、步骤s4,调用步骤s3中数据库储存的各项参数，绘制孔位沿深度方向的初始地质特征图；

7、步骤s5,手动将圆柱形保护装置的外层高强度金属板拉至最底端，旋转拨片，通过硬弹簧的拉力将外层高强度金属板上的金属挡片卡在内层高清防刮玻璃的金属挡片下方，使外层高强度金属板处于闭合状态，采用钻喷一体设备向下钻孔，在钻孔到达目标深度后，旋转拨片将外层高强度金属板下方的金属挡片滑出，通过硬弹簧的拉力将外层高强度金属板拉起，打开监测-反馈设备开始工作，提拉钻杆使得圆柱形保护装置内的监测-反馈设备随着钻杆缓慢上升，将采集到的数据信息储存到数据库；

8、步骤s6,根据步骤s5采集到的数据信息，再次在计算机中绘制新的地质特征图，在初始地质特征图的基础上，人为调整得到最终的地质特征图，将调整后的最终数据储存到数据库；

9、步骤s7,基于数据库中的参数信息，采用神经网络算法，不断对基础设计信息、监测反馈信息、施工控制措施信息进行迭代计算，以取芯检测得到的芯样完整性、抗渗强度作为判断依据，得到最优施工控制措施，控制提喷施工。

10、进一步的，步骤s1的设计参数有高喷防渗墙施工的孔径、孔深、孔距以及钻喷一体设备的钻杆、喷嘴尺寸。

11、进一步的，步骤s2的岩土体参数包括岩土体的层厚、与水平面的倾角、弹性模量和泊松比，软弱夹层参数包括软弱夹层的厚度、与水平面的倾角、软弱夹层层面的强度参数。

12、进一步的，步骤s3的数据库是用以存储历次高喷防渗墙施工的各项参数信息，其中包括基础设计信息、监测反馈信息、施工控制措施信息与施工质量信息等参数，方便神经网络算法迭代计算的数据调用。

13、进一步的，步骤s6的新地质特征图依据声波分析与图像识别采集到的数据进行绘制，声波分析通过超声波声压值与孔周介质的声阻抗信息关系，判别孔周岩土体及软弱夹层的分布及强度大小；图像识别利用基于聚类投影和特征函数匹配的方法对每个全景钻孔图像进行识别，得到孔壁软弱夹层的宽度及倾角等参数。将采集到的上述各项参数信息绘制成地质特征图。

14、进一步的，步骤s6的人为调整是基于初始地质特征图以及超声波分析与图像识别采集到的各项参数信息，重点调整软弱夹层的分布、宽度及倾角，去除较小范围的软弱夹层分布，合并距离较近的软弱夹层分布，避免提喷速度及喷嘴角度在短时间内频繁变化。

15、进一步的，步骤s7的基础设计信息包括：孔径d、孔深h、孔距s；监测反馈信息包括：软弱夹层的厚度h、软弱夹层与水平面的倾角岩土体的弹性模量e、泊松比μ；施工控制措施信息包括：调整喷射提升速度v、调整喷嘴喷浆压力p，调整喷嘴角度φ、调整浆液浓度c。

16、进一步的，步骤s7的神经网络迭代计算基于bp神经网络算法，将已有数据库中的基础设计、监测反馈信息作为输入层，利用激励函数输出最终的施工控制措施信息，以检测所取芯样的完整性、抗渗强度作为判断依据，若所取芯样不满足完整性、抗渗强度要求，则按梯度下降法的原理重新调整权系数用于下一次迭代计算，若所取芯样满足完整性、抗渗强度要求，则不需要调整权系数直接用于下一次迭代计算。理论上来说，可供系统学习的数据库越大，得到的提喷控制措施准确性就越高。

17、其中，一种动态调整施工参数的高喷防渗墙施工方法，借助于高喷防渗墙施工控制系统实现，高喷防渗墙施工控制系统主要包括钻喷一体设备、监测-反馈设备、计算机计算机，其特征在于：钻喷一体设备内置圆柱形保护装置，圆柱形保护装置内固定有监测-反馈设备，监测-反馈设备通过信号线和计算机连接；钻喷一体设备包括钻头、钻杆、喷嘴、高压水管、注浆管、输气管；钻杆和钻头通过圆柱形保护装置连接，钻头上设有喷嘴，钻杆内置有高压水管、注浆管、输气管，注浆管布置在钻杆中间位置，高压水管、输气管布置在注浆管二侧位置。

18、进一步的，所述圆柱形保护装置的圆形二侧为双层结构，外侧为外层高强度金属板，内侧为内层高清防刮玻璃，圆柱形保护装置为外直径略小于钻杆和钻头的直径设置，钻杆直径和钻头直径一致；圆柱形保护装置伸进钻杆与钻头内一小部分设置，外层高强度金属板紧贴钻杆、钻头的内壁，且圆柱形保护装置中间设有中间隔板。

19、进一步的，钻杆和圆柱形保护装置之间设置弹簧-伸缩装置，弹簧-伸缩装置包括旋转拨片、金属圆环、金属棒、硬弹簧、金属挡片，在钻杆内部紧贴钻杆壁布置若干硬弹簧，硬弹簧设置在小直径的金属棒上，金属棒的底部与外层高强度金属板连接，金属棒的顶部与金属圆环连接，金属棒与硬弹簧、金属圆环通过焊接的方式固定，外层高强度金属板内壁上缘、内层高清防刮玻璃外壁上缘焊接有沿径向的旋转拨片，且在钻杆外壁开一缺口，将旋转拨片穿过缺口焊接在金属圆环上。

20、进一步的，金属挡片分为外层高强度金属板上的金属挡片和内层高清防刮玻璃上的金属挡片，拨动旋转拨片使金属棒带着硬弹簧、外层高强度金属板、金属挡片在缺口范围内旋转；外层高强度金属板处于打开状态时，外层高强度金属板上的金属挡片旋转出内层高清防刮玻璃上的金属挡片范围，外层高强度金属板处于闭合状态时，外层高强度金属板上的金属挡片旋转到内层高清防刮玻璃上的金属挡片下方，外层高强度金属板和内层高清防刮玻璃上金属挡片的数量、大小一致，金属圆环与外层高强度金属板的直径一致。

21、进一步的，监测-反馈设备包括全景摄像探头、声波换能器；圆柱形保护装置通过中间隔板划分为上层和下层两层，上层设有声波换能器，声波换能器焊接在圆柱形保护装置的上表面，下层设有全景摄像探头，全景摄像探头焊接在圆柱形保护装置的下表面；圆柱形保护装置预留小孔，声波换能器连接声波监测设备信号线，全景摄像探头连接全景拍摄设备信号线，声波换能器通过声波监测设备信号线、全景摄像探头通过全景拍摄设备信号线利用预留小孔穿出和外部的计算机连接。

22、进一步的，超声波检测装置参考发明专利一种混凝土防渗墙体连续完整性及入岩深度的单孔超声检测装置及方法；全景摄像装置参考期刊论文：全景钻孔图像自动识别技术在工程实践中的应用研究。

23、进一步的，所述的计算机具有数据存储、地质特征图绘制、神经网络算法迭代计算的功能，计算机内置有人工智能算法，比如人工神经网络。

24、本发明的有益效果在于：(1)提出了一种动态调整施工参数的高喷防渗墙施工控制系统及方法，在传统钻喷一体设备上设计保护装置使得监测-反馈设备可随钻移动，实现在钻喷施工过程中精确探明孔内及孔周地质情况；(2)本发明的保护装置可很好地保护监测-反馈设备，弹簧-伸缩装置、外层金属板、内层高清防刮玻璃的存在使得钻孔完成后不需要更换设备即可直接开展监测-反馈工作，大大提高了工作效率；(3)本发明的计算机基于已有的数据库，采用人工神经网络算法对施工控制措施不断进行优化，随着数据库中的数据越来越多，其能得到的施工控制措施也将越来越精确，应用前景广阔。