一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统及方法，在集排水管网施工过程中完成自适应控制器、升降装置、孔隙水压力监测器、地表沉降监测器和管网水流量监测器的布设及调试；集排水管网施工完毕后，三个监测器实时检测周围的环境参数信号，并将监测得到的环境参数信号传入数据处理模块进行计算分析；当计算分析得到的环境参数实际指标与预定指标出现偏差的时候，自适应控制器根据偏差结果控制升降装置以调节水平软管高度，进而改变水平软管与水平横管的压差，从而调节排入溢水池的水量，以动态调控地下水位，实现自适应泄排水减压抗浮。本发明专利技术能够主动调整抗浮状态、动态监测、不断适应地下水位条件且费用经济。

Self adaptive large-scale underground structure discharge drainage decompression anti floating system and method

The invention discloses a large underground drainage drainage structure adaptive anti floating system and method, adaptive controller, lifting device, pore water pressure, surface subsidence monitor layout and adjusting monitor and Guan Wangshui flow monitor test in drainage network construction process; set drainage after completion of construction, environmental parameters of three real-time signal the detection and monitor the surrounding environment, the incoming signal parameter monitoring data processing module is analyzed; when the calculation when environmental parameters obtained with the actual index target deviation, adaptive controller based on the control to adjust the level of hose height lifting device deviation results, and then change the level of the hose and horizontal pipe pressure difference. To adjust the water to overflow into the pool, the underground water level dynamic control, adaptive drainage Water decompression and anti floating. The invention can actively adjust the anti floating state, dynamic monitoring, and continuously adapt to the underground water level condition, and cost economy.

【技术实现步骤摘要】
一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统及方法
本专利技术属于大型地下结构抗浮领域，具体涉及一种基于自适应的大型地下结构泄排水减压抗浮系统及其工作方法。
技术介绍
城市地下空间的综合开发利用已成为世界城市发展的共同选择，大型和超大型地下结构如雨后春笋般不断涌现，但是随之而来的是大型地下结构抗浮安全问题。当前在大型地下结构工程上比较常用的永久性抗浮措施：配重法、抗浮锚杆(索)、抗浮桩等措施，而传统被动式抗浮方法工艺复杂、投资大，并且存在众多技术难题，例如地下结构的耐久性和抗疲劳等方面的技术问题。目前国内外泄排水抗浮措施主要通过一次性控制基底水位以避免大量抽水，且更加耐久、节材，是一种应急的抗浮措施。但是当前的泄排水抗浮措施在初次设计后，若遇到极端情况，如地下工程旁边发生修建大型溢流池、天降骤雨或大量抽取地下水等使地下水位发生剧变的情况，则可能会使得泄排水新型抗浮方式失效。这种方法虽然较为经济，但不能实现连续的动态监测和主动调控，从而导致监控装置不能及时响应，带来对装置判断的严重滞后，无法进行有效的主动抗浮控制，造成严重的经济问题。另外，设计者由于对地下结构的浮力作用机理不明确、缺乏翔实可靠的工程地质及水文地质数据以及现行地下结构抗浮设计理论和方法的不完善，设计过程中往往出现过高的计算浮力荷载和对地下结构浮力荷载估算不足两种趋势，可能造成初步设计无效，从而影响对安全判断的准确性。所以，专利技术一套科学、有效的主动调整抗浮状态、动态监测、不断地去适应地下水位条件且费用经济的装置及其工作方法具有重要的工程意义和现实价值。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种能够实时连续地采集地下结构及环境的相关参数信息，并且能够主动有效的控制地下水位稳定在恒定的位置进行结构抗浮的大型地下结构泄排水减压抗浮系统及其工作方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统，包括：集排水管网、抗浮监测单元、自适应控制单元；集排水管网，包括倒滤层、底板、隔离层、水平盲管、立管、水平横管、水泵、溢流池；倒滤层、隔离层、底板自下而上铺设于地下；水平盲管设置于倒滤层中，水平横管设于地下且平行于水平盲管布设于水平盲管上方，水平横管与水平盲管通过立管连接，用于汇集和传输地下水；溢流池位于水平横管下方，溢流池底部与隔离层连接；水泵用于当溢流池的水位达到预定水位时，将溢流池内汇集的地下水抽至地表；抗浮监测单元，包括监测模块和数据处理模块；监测模块包括布设在隔离层的孔隙水压力监测器、布设在地表的沉降监测器和布设在集排水管网的管路中的水流量监测器，分别用于监测隔离层的孔隙水压力、地表沉降和管网水流量；数据处理模块的输入端连接各监测器的输出端，用于实时接收及处理各监测器采集到的孔隙水压力、地表沉降和管网水流量参数；自适应控制单元，包括自适应控制器、升降装置和水平软管；自适应控制器的输入端连接数据处理模块的输出端，自适应控制器的输出端连接升降装置的输入端，升降装置的执行部分连接水平软管，以控制水平软管的升降；水平软管与水平横管串联，水平软管上设有连接溢流池的排水管，用于将水平软管中汇集的地下水排入溢流池；自适应控制器用于根据数据处理模块的处理结果向升降装置发出执行命令；升降装置用于根据接收到的执行命令调节水平软管高度，进而实时、动态调控地下水位，使得地下结构的水浮力始终小于地下结构自重。进一步地，水平软管串联在两段水平横管之间，两段水平横管各连接一根立管，溢流池设于两跟立管之间且位于水平软管下方。进一步地，溢流池上部预定水位处设有溢水口，用于在溢流池内水位上涨超出预定水位时紧急泄排水。进一步地，还包括由设于溢流池上的紧急泄水阀门和埋置于倒滤层的高压式冲水喷枪组成的应急装置，用于突发状况下紧急泄排水。进一步地，在溢流池内设置地下水位监控装置，用于监控溢流池内的水位，并在监控到溢流池内水量达到预警水位时，控制紧急泄水阀门将溢流池内的水排出。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种基于上述自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统的一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮方法，包括以下步骤：(1)在集排水管网施工过程中完成自适应控制器、升降装置、孔隙水压力监测器、地表沉降监测器和管网水流量监测器的布设及调试；(2)集排水管网施工完毕后，三个监测器实时检测周围的环境参数信号，并将监测得到的环境参数信号传入数据处理模块进行计算分析；(3)当计算分析得到的环境参数实际指标与预定指标出现偏差的时候，自适应控制器根据偏差结果控制升降装置以调节水平软管高度，进而改变水平软管与水平横管的压差，从而调节排入溢水池的水量，以初步调控地下水位；(4)当发生环境干扰，地下空间结构和周边环境参数发生变化；此时回到步骤(3)，完成参数的计算分析、偏差对比以及控制实施，以再次调控地下水位；当环境因素不断发生变化的时候，重复步骤(3)即可动态监测调控地下水位，实现自适应泄排水减压抗浮。进一步地，步骤(3)中，调控地下水位的方法如下：(3.1)当地下水上涨时，首先通过倒滤层泄排出一部分地下水，使得倒滤层附近区域产生一定程度的地下水渗流；(3.2)当发生环境干扰时，通过各检测器监测相关信息并传输至数据处理模块，在数据处理模块中通过有限元渗流分析与计算，修正对基地孔隙水压力、管网泄排水流量和周边地表沉降的估计值，并传输给自适应控制器；(3.3)自适应控制器根据修正后的估计值修改控制参数以控制升降装置调节水平软管高度，当水平横管内作用水头大于或等于水平软管高度时，水会沿着水平软管流到溢流池；(3.4)溢流池水位达到预定水位时输泵会自动将水抽走，使地下水位维持在预定标高，进而控制水头差，从而使得地下结构的水浮力始终小于地下结构自重，最终实现大型地下结构泄排水减压抗浮；当地下水增速超过水泵排水能力时，通过溢流口泄排水。进一步地，自适应控制单元能够独立开关，在溢流池上安装紧急泄水阀门，当自适应调节功能失效或关闭时，手动打开应急泄水阀门的开关进行泄水。进一步地，还包括如下应急排水方法：由设于溢流池上的紧急泄水阀门和埋置于倒滤层的高压式冲水喷枪组成应急装置，在溢流池内设置地下水位监控装置；水位在预定范围内时，地下水经泄排水管网流入溢流池；当地下水位监控装置监控到溢流池内水量达到预警水位时，控制泄水阀将溢流池内水排出；当发生自然天气灾害、停电等突发情况时，则直接人工打开紧急泄水阀门进行排水；当溢流池内水位降至预警水位后，应急装置关闭，自适应控制单元继续正常运行。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于加入了监测模块、数据处理模块、自适应控制器、升降装置和水平软管组成的自适应控制调节机制，能够取得主动调整抗浮状态、动态监测、不断适应地下水位条件且费用经济的有益效果。附图说明图1是本专利技术一种基于自适应的大型地下结构泄排水动态抗浮系统构成图。图2是本专利技术一种基于自适应的大型地下结构泄排水动态抗浮系统的局部立面布置图。图3是本专利技术一种基于自适应的大型地下结构泄排水动态抗浮系统的监测系统平面布置图。图4是本专利技术一种基于自适应的大型地下结构泄排水动态抗浮系统的应急装置图。图5是泄排水减压抗浮装置自适应控制系统的工作方法图；图6是泄排水管网调控地下水位的方法流程图；图7是抗浮系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统，其特征在于，包括：集排水管网、抗浮监测单元、自适应控制单元；集排水管网，包括倒滤层、底板、隔离层、水平盲管、立管、水平横管、水泵、溢流池；倒滤层、隔离层、底板自下而上铺设于地下；水平盲管设置于倒滤层中，水平横管设于地下且平行于水平盲管布设于水平盲管上方，水平横管与水平盲管通过立管连接，用于汇集和传输地下水；溢流池位于水平横管下方，溢流池底部与隔离层连接；水泵用于当溢流池的水位达到预定水位时，将溢流池内汇集的地下水抽至地表；抗浮监测单元，包括监测模块和数据处理模块；监测模块包括布设在隔离层的孔隙水压力监测器、布设在地表的沉降监测器和布设在集排水管网的管路中的水流量监测器，分别用于监测隔离层的孔隙水压力、地表沉降和管网水流量；数据处理模块的输入端连接各监测器的输出端，用于实时接收及处理各监测器采集到的孔隙水压力、地表沉降和管网水流量参数；自适应控制单元，包括自适应控制器、升降装置和水平软管；自适应控制器的输入端连接数据处理模块的输出端，自适应控制器的输出端连接升降装置的输入端，升降装置的执行部分连接水平软管，以控制水平软管的升降；水平软管与水平横管串联，水平软管上设有连接溢流池的排水管，用于将水平软管中汇集的地下水排入溢流池；自适应控制器用于根据数据处理模块的处理结果向升降装置发出执行命令；升降装置用于根据接收到的执行命令调节水平软管高度，进而实时、动态调控地下水位，使得地下结构的水浮力始终小于地下结构自重。...

【技术特征摘要】
1.一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统，其特征在于，包括：集排水管网、抗浮监测单元、自适应控制单元；集排水管网，包括倒滤层、底板、隔离层、水平盲管、立管、水平横管、水泵、溢流池；倒滤层、隔离层、底板自下而上铺设于地下；水平盲管设置于倒滤层中，水平横管设于地下且平行于水平盲管布设于水平盲管上方，水平横管与水平盲管通过立管连接，用于汇集和传输地下水；溢流池位于水平横管下方，溢流池底部与隔离层连接；水泵用于当溢流池的水位达到预定水位时，将溢流池内汇集的地下水抽至地表；抗浮监测单元，包括监测模块和数据处理模块；监测模块包括布设在隔离层的孔隙水压力监测器、布设在地表的沉降监测器和布设在集排水管网的管路中的水流量监测器，分别用于监测隔离层的孔隙水压力、地表沉降和管网水流量；数据处理模块的输入端连接各监测器的输出端，用于实时接收及处理各监测器采集到的孔隙水压力、地表沉降和管网水流量参数；自适应控制单元，包括自适应控制器、升降装置和水平软管；自适应控制器的输入端连接数据处理模块的输出端，自适应控制器的输出端连接升降装置的输入端，升降装置的执行部分连接水平软管，以控制水平软管的升降；水平软管与水平横管串联，水平软管上设有连接溢流池的排水管，用于将水平软管中汇集的地下水排入溢流池；自适应控制器用于根据数据处理模块的处理结果向升降装置发出执行命令；升降装置用于根据接收到的执行命令调节水平软管高度，进而实时、动态调控地下水位，使得地下结构的水浮力始终小于地下结构自重。2.如权利要求1所述的一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统，其特征在于，水平软管串联在两段水平横管之间，两段水平横管各连接一根立管，溢流池设于两跟立管之间且位于水平软管下方。3.如权利要求1或2所述的一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统，其特征在于，溢流池上部预定水位处设有溢水口，用于在溢流池内水位上涨超出预定水位时紧急泄排水。4.如权利要求3所述的一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统，其特征在于，还包括由设于溢流池上的紧急泄水阀门和埋置于倒滤层的高压式冲水喷枪组成的应急装置，用于突发状况下紧急泄排水。5.如权利要求4所述的一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统，其特征在于，在溢流池内设置地下水位监控装置，用于监控溢流池内的水位，并在监控到溢流池内水量达到预警水位时，控制紧急泄水阀门将溢流池内的水排出。6.基于权利要求1所述的自适应大型地下结构泄排水减压抗浮系统的一种自适应大型地下结构泄排水减压抗浮方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在集排水管...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃亚伟，陈睿，骆汉宾，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42