一种深基坑自动化降水及回灌运行系统及控制方法与流程

1.本发明属于建筑施工技术领域，具体而言，涉及一种深基坑自动化降水及回灌运行系统及控制方法。


背景技术：

2.随着社会不断发展，地下工程施工要求日益提高，有效、安全、可控的施工方法越来越受重视，自动化控制技术随着社会发展，将被越来越多的应用到工程施工中，实现信息化施工。基坑建设施工前，需要提前进行预降水施工，保证土方开挖和地下室结构施工及周边建筑物的安全，精确的地下水位监测和及时的降水回灌作业是目前深基坑安全建设的主要保障之一，在基坑涌水量、抽排出水量和回灌水量基本达到平衡状态时，地下水才能保持在一个基本稳定的位置。
3.目前，大部分施工现场基坑降水回灌作业无法实现精准控制，多为人工操作，浪费大量的人力物力、且易产生回灌不及时或超量回灌的现象，造成施工现场地下水位不稳定的情况，引发施工安全问题，为适应社会发展趋势，研究开发一套深基坑降水及回灌自动控制系统已经越来越显得迫切。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种深基坑自动化降水及回灌运行系统及控制方法，通过系统运行实时监测地下水位及坑外观测井水位变化情况，结合坑内外水位变化情况自动分析降水及回灌需求，满足“按需降水”的要求，避免降水过程中坑外回灌不及时导致的沉降现象。
5.鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
6.本发明提供一种深基坑自动化降水及回灌运行系统，包括监测装置、现场控制器和终端控制仪；
7.其中，所述监测装置包括降水井、观测井、回灌井、沉淀池和微动水平仪，所述降水井均匀分布于基坑内部，所述观测井和所述回灌井均设置于基坑外部，且所述观测井和所述回灌井均沿基坑圆周方向均匀分布，所述观测井设置于所述回灌井与所述降水井之间，所述微动水平仪设置于基坑边缘，且与所述观测井和所述回灌井的数量和位置相对应，所述降水井的内部设置有第一水位探测器和抽水泵，所述观测井的内部设置有第二水位探测器，所述沉淀池的内部设置有第三水位探测器，所述沉淀池的一侧设置有回灌泵和绿化泵；
8.所述现场控制器安装于基坑外部结实牢靠的地面上，所述现场控制器包括信号采集单元、输出控制单元、电源管理单元、数据通信单元和安全监测单元；
9.所述终端控制仪包括记忆储存单元和自动报警单元，所述终端控制仪内置无线传输协议，与所述现场控制器通讯连接。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述抽水泵为潜水泵，所述抽水泵的出水端连接有降水管，所述降水管的另一端与所述沉淀池的进水端连通，所述沉淀池的内部设置有
两组隔板，所述隔板将所述沉淀池分隔为三级，每组所述隔板的顶部均设置有过水口，过水口高度依次降低，所述第三水位探测器设置于所述沉淀池第三级的内部。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述回灌泵和绿化泵的进口端均与所述沉淀池的出水端连通，所述回灌泵的出水端连接有回灌总管，所述回灌总管上连接有多组回灌支管，每组所述回灌支管均延伸至一组所述回灌井的内部，每组所述回灌支管上均设置有电动阀和流量计，所述电动阀和所述流量计均与所述现场控制器电性连接。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述沉淀池的一侧还设置有补水管，所述补水管连接自来水供水管网，所述补水管上设置有第二电动阀，所述第二电动阀与所述现场控制器电性连接。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述第一水位探测器、所述第二水位探测器和所述第三水位探测器均为投入式液位计，分别用于感应所述降水井、所述回灌井和所述沉淀池内的水位标高，所述第一水位探测器、所述抽水泵、所述第二水位探测器、所述回灌泵、所述第三水位探测器、所述绿化泵和所述微动水平仪均与所述现场控制器电性连接。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述信号采集单元用于接收所述第一水位探测器、所述第二水位探测器、所述第三水位探测器和所述微动水平仪的数据信号，并监测其工作状态，分为在线、离线或故障，所述输出控制单元用于输出启停信号至所述抽水泵、所述回灌泵和所述绿化泵，实现深基坑施工过程中的自动化降水及回灌，所述电源管理单元用于供电电源的监测，实现市电电源中断时自动切换至备用电源，所述数据通信单元采用gprs无线通信技术，用于与所述终端控制仪实现通讯传输，所述安全监测单元用于所述现场控制器防水状态、工作温度、非法开柜及开启状态的监控。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述记忆储存单元用于记录所述现场控制器上传的监测项目数据，并形成报表形式展示，所述自动报警单元用于监测项目数据异常情况的推送报警。
16.另一方面，一种深基坑自动化降水及回灌运行控制方法，包括以下步骤：
17.s1，装置安装，勘测基坑外部地下水原始水位线标高，并在观测井内安装第二水位探测器至原始水位线以下50cm处，在降水井内安装第一水位探测器至施工安全水位线标高处，同时在降水井内装入抽水泵至施工安全水位线以下50cm处，并连接降水管至沉淀池进口，在沉淀池的内部装入第三水位探测器，并连接回灌泵和绿化泵，回灌泵的出水端依次装上电动阀和流量计后引入对应的回灌井内，绿化泵的出水端连接至绿化喷洒用水处，同时在基坑边缘地面安装微动水平仪，并连接各设备数据线和控制线至现场控制器的指定端口；
18.s2，自动化降水，第一水位探测器实时检测降水井内的水位是否满足施工安全需求，若满足，则回到初始条件继续判别；若不满足，现场控制器输出控制信号至抽水泵开启工作，将降水井内的地下水通过降水管泵送至沉淀池内；
19.s3，自动化回灌，抽水泵启动工作后，第二水位探测器检测观测井内的水位下降是否超过报警阙值，若未超过，则返回至步骤s3开始时继续判别；若超过，现场控制器控制回灌泵开启工作，将沉淀池内的水泵送至回灌井内；
20.s4，自动化调节，回灌泵开启工作后，第二水位探测器检测观测井内的水位是否有提升，若提升至原始水位，现场控制器控制回灌泵停止工作，同时返回至步骤s3继续检测判
别；若没有提升，则保持回灌泵工作状态继续回灌。
21.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s3中和所述步骤s4中，抽水泵开启运行，而回灌泵未工作时，第三水位探测器检测沉淀池内的水位，当水位超过设定的最高水位时，现场控制器控制绿化泵开启运行，将沉淀池内的水泵送至绿化喷洒用水处。
22.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s3中，回灌泵开启工作后，流量计将各回灌井的回灌流量传输至现场控制器内，微动水平仪检测基坑边缘地表变化情况，当基坑边缘地表发生隆起时，现场控制器控制对应位置回灌井上的电动阀适量调小，降低该处的回灌水量，当基坑边缘地表发生沉降时，控制对应电动阀适量调大，增加该处的回灌水量，当微动水平仪检测到地表变化幅度大于设置阙值时，终端控制仪上的自动报警单元发出报警信号，由管理人员现场提供解决措施。
23.相对于现有技术，本发明的有益效果是：
24.(1)系统实现了基坑内外地下水位的自动检测，并通过水位变化控制降水及回灌自动启停作业，自动化程度高，减少了人工干预，节省人力物力成本，解决了人工操作的不稳定性，方便管理，也保障了施工安全；
25.(2)设置有微动水平仪，根据地表变化自动调节各部位的回灌水量，使整个地表稳定性更强，安全性更高，且采用多级沉淀池对降水沉淀处理后回用至回灌作业中，多余水量可用于绿化喷洒，大大节省了水资源；
26.(3)现场控制器采集各传感器数据及工作状态检测，用于实现水泵等动力件的运行控制，终端控制仪实时记录系统运行数据，方便远程监控查看，并具有自动报警功能，提高了管理人员的工作效率。
27.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
28.图1是本发明所公开的一种深基坑自动化降水及回灌运行系统的布置示意图；
29.图2是本发明所公开的一种深基坑自动化降水及回灌运行系统的通信连接示意图；
30.图3是本发明所公开的一种深基坑自动化降水及回灌运行控制方法的步骤图；
31.图4是本发明所公开的一种深基坑自动化降水及回灌运行控制方法的工作流程示意图；
32.附图标记说明：100-监测装置；101-降水井；1011-第一水位探测器；1012-抽水泵；1013-降水管；102-观测井；1021-第二水位探测器；103-回灌井；104-沉淀池；1041-隔板；1042-回灌泵；1043-回灌总管；1044-回灌支管；10441-电动阀；10442-流量计；1045-第三水位探测器；1046-补水管；10461-第二电动阀；1047-绿化泵；105-微动水平仪；200-现场控制器；201-信号采集单元；202-输出控制单元；203-电源管理单元；204-数据通信单元；205-安全监测单元；300-终端控制仪；301-记忆储存单元；302-自动报警单元。
具体实施方式
33.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
34.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.实施例一
39.参照附图1-2所示，本发明提供一种技术方案：一种深基坑自动化降水及回灌运行系统，包括监测装置100、现场控制器200和终端控制仪300；
40.其中，监测装置100包括降水井101、观测井102、回灌井103、沉淀池104和微动水平仪105，降水井101均匀分布于基坑内部，观测井102和回灌井103均设置于基坑外部，且观测井102和回灌井103均沿基坑圆周方向均匀分布，观测井102设置于回灌井103与降水井101之间，微动水平仪105设置于基坑边缘，且与观测井102和回灌井103的数量和位置相对应，微动水平仪105用于监测基坑边缘地表隆起或沉降现象及相关幅度，判断降水及回灌水量的平衡性，使基坑周围地基保持稳定，降水井101的内部设置有第一水位探测器1011和抽水泵1012，观测井102的内部设置有第二水位探测器1021，沉淀池104的内部设置有第三水位探测器1045，沉淀池104的一侧设置有回灌泵1042和绿化泵1047；
41.现场控制器200安装于基坑外部结实牢靠的地面上，现场控制器200包括信号采集单元201、输出控制单元202、电源管理单元203、数据通信单元204和安全监测单元205，信号采集单元201用于接收第一水位探测器1011、第二水位探测器1021、第三水位探测器1045和微动水平仪105的数据信号，并监测其工作状态，分为在线、离线或故障，防止水泵启停过程中的冲击，输出控制单元202用于输出启停信号至抽水泵1012、回灌泵1042和绿化泵1047，实现深基坑施工过程中的自动化降水及回灌，实现就地控制水泵和紧急情况下急停本设备装载，电源管理单元203用于供电电源的监测，实现市电电源中断时自动切换至备用电源，
防止施工过程中设备电源被无意中断，导致的降水系统停止工作带来的降水不及时，数据通信单元204采用gprs无线通信技术，用于与终端控制仪实现通讯传输，安全监测单元205用于现场控制器200防水状态、工作温度、非法开柜及开启状态的监控；
42.终端控制仪300包括记忆储存单元301和自动报警单元302，终端控制仪300内置无线传输协议，与现场控制器200通讯连接，记忆储存单元301用于记录现场控制器200上传的监测项目数据，并形成报表形式展示，自动报警单元302用于监测项目数据异常情况的推送报警。
43.本发明实施例还通过以下技术方案进行实现。
44.在本发明的实施例中，抽水泵1012为潜水泵，抽水泵1012的出水端连接有降水管1013，降水管1013的另一端与沉淀池104的进水端连通，沉淀池104的内部设置有两组隔板1041，隔板1041将沉淀池104分隔为三级，每组隔板1041的顶部均设置有过水口，过水口高度依次降低，第三水位探测器1045设置于沉淀池104第三级的内部，沉淀池104采用三级沉淀结构，顶部联通过水，使沉淀效果更好，可有效防止降水作业中携带的砂石对回灌泵1042和绿化泵1047的伤害，第三水位探测器1045检测沉淀池104内的水位情况，到达最低水位时，输出保护信号至现场控制器200，使回灌泵1042和绿化泵1047停止运行，防止水泵空转损坏。
45.在本发明的实施例中，回灌泵1042和绿化泵1047的进口端均与沉淀池104的出水端连通，回灌泵1042的出水端连接有回灌总管1043，回灌总管1043上连接有多组回灌支管1044，每组回灌支管1044均延伸至一组回灌井103的内部，每组回灌支管1044上均设置有电动阀10441和流量计10442，电动阀10441和流量计10442均与现场控制器200电性连接，现场控制器200根据流量计10442检测到的流量数据控制电动阀10441的开合大小，以控制各点位的回灌流量，使基坑边缘地基稳定。
46.在本发明的实施例中，沉淀池104的一侧还设置有补水管1046，补水管1046连接自来水供水管网，补水管1046上设置有第二电动阀10461，第二电动阀10461与现场控制器200电性连接，当抽水泵1012停止运行后，而观测井102内的水位仍未达到原始水位，现场控制器200则开启第二电动阀10461，为沉淀池104内注入自来水用于回灌作业，防止回灌缺水。
47.在本发明的实施例中，第一水位探测器1011、第二水位探测器1021和第三水位探测器1045均为投入式液位计，分别用于感应降水井101、回灌井103和沉淀池104内的水位标高，第一水位探测器1011、抽水泵1012、第二水位探测器1021、回灌泵1042、第三水位探测器1045、绿化泵1047和微动水平仪105均与现场控制器200电性连接，现场控制器200根据传感器的监测信号输出对应的控制信号至各动力件，实现系统的自动化运行。
48.实施例二
49.参照附图3-4所示，本发明实施例另提供的一种深基坑自动化降水及回灌运行控制方法，包括以下步骤：
50.s1，装置安装，勘测基坑外部地下水原始水位线标高，并在观测井102内安装第二水位探测器1021至原始水位线以下50cm处，在降水井101内安装第一水位探测器1011至施工安全水位线标高处，同时在降水井101内装入抽水泵1012至施工安全水位线以下50cm处，并连接降水管1013至沉淀池104进口，在沉淀池104的内部装入第三水位探测器1045，并连接回灌泵1042和绿化泵1047，回灌泵1042的出水端依次装上电动阀10331和流量计10442后
引入对应的回灌井103内，绿化泵1047的出水端连接至绿化喷洒用水处，同时在基坑边缘地面安装微动水平仪105，并连接各设备数据线和控制线至现场控制器200的指定端口；
51.s2，自动化降水，第一水位探测器1011实时检测降水井101内的水位是否满足施工安全需求，若满足，则回到初始条件继续判别；若不满足，现场控制器200输出控制信号至抽水泵1012开启工作，将降水井101内的地下水通过降水管1013泵送至沉淀池104内；
52.s3，自动化回灌，抽水泵1012启动工作后，第二水位探测器1021检测观测井102内的水位下降是否超过报警阙值，若未超过，则返回至步骤s3开始时继续判别；若超过，现场控制器200控制回灌泵1042开启工作，将沉淀池104内的水泵送至回灌井103内；
53.其中，回灌泵1042开启工作后，流量计10442将各回灌井103的回灌流量传输至现场控制器200内，微动水平仪105检测基坑边缘地表变化情况，当基坑边缘地表发生隆起时，现场控制器200控制对应位置回灌井103上的电动阀10441适量调小，降低该处的回灌水量，当基坑边缘地表发生沉降时，控制对应电动阀10441适量调大，增加该处的回灌水量，当微动水平仪105检测到地表变化幅度大于设置阙值时，终端控制仪300上的自动报警单元302发出报警信号，由管理人员现场提供解决措施；
54.s4，自动化调节，回灌泵1042开启工作后，第二水位探测器1021检测观测井102内的水位是否有提升，若提升至原始水位，现场控制器200控制回灌泵1042停止工作，同时返回至步骤s3继续检测判别；若没有提升，则保持回灌泵1042工作状态继续回灌；
55.其中，在步骤s3中和步骤s4中，抽水泵1012开启运行，而回灌泵1042未工作时，第三水位探测器1045检测沉淀池104内的水位，当水位超过设定的最高水位时，现场控制器200控制绿化泵1047开启运行，将沉淀池104内的水泵送至绿化喷洒用水处。
56.本实施例公开的一种深基坑自动化降水及回灌运行控制方法，通过水位探测器监测基坑内外地下水位的变化，由现场控制器200对水位监测情况进行判别，并输出不同的控制信号至各动力件，实现基坑自动化降水和回灌功能，避免地表发生隆起或沉降现象而引起施工安全事故。
57.需要说明的是，第一水位探测器1011、抽水泵1012、第二水位探测器1021、回灌泵1042、电动阀10441、流量计10442、第三水位探测器1045、第二电动阀10461、绿化泵1047、微动水平仪105、现场控制器200和终端控制仪300的具体型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
58.需要说明的是，第一水位探测器1011、抽水泵1012、第二水位探测器1021、回灌泵1042、电动阀10441、流量计10442、第三水位探测器1045、第二电动阀10461、绿化泵1047、微动水平仪105、现场控制器200和终端控制仪300的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
59.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。