本發(fā)明屬于隧道排水，具體涉及一種隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、反坡排水系統(tǒng)是在隧道施工中，為了排出隧道內(nèi)因?yàn)槭┕ざa(chǎn)生的廢水或是施工遇到的山體自然水而設(shè)置的排水系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)的排水坡度與隧道本身的施工坡度方向相反，即隧道內(nèi)的積水需要借助分級(jí)的機(jī)械排水設(shè)備（如潛水泵、排水泵等）的力量才能被提升并排出隧道。

2、然而，因?yàn)榇嬖诙嗉?jí)排水單元的協(xié)同合作，所以每一級(jí)排水系統(tǒng)的有效運(yùn)行與相互之間的協(xié)調(diào)變得尤為重要。在多級(jí)排水架構(gòu)中，每一級(jí)排水單元的性能狀態(tài)直接影響到整個(gè)排水系統(tǒng)的效率與可靠性。例如，若某一級(jí)排水單元（如集水井、排水管道或抽水泵）發(fā)生堵塞、泄漏或故障，不僅會(huì)直接影響本級(jí)排水效果，還可能因水位上升導(dǎo)致上一級(jí)排水系統(tǒng)過(guò)載，甚至引發(fā)連鎖反應(yīng)，使整個(gè)排水系統(tǒng)陷入癱瘓狀態(tài)，嚴(yán)重威脅到反坡施工的安全與進(jìn)度。

3、鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)中嘗試用監(jiān)控手段來(lái)對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的排水單元進(jìn)行識(shí)別然后使用備用的排水單元代替出現(xiàn)問(wèn)題的排水單元進(jìn)行后續(xù)的排水，但是現(xiàn)有的監(jiān)控手段大多側(cè)重于對(duì)單個(gè)排水單元的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如通過(guò)安裝傳感器監(jiān)測(cè)水位變化、抽水泵工作狀態(tài)等，但這種分散式的監(jiān)控方式難以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)多級(jí)排水系統(tǒng)的高效統(tǒng)籌管理。所以往往需要人工逐一排查然后再更換出現(xiàn)問(wèn)題的排水單元，響應(yīng)速度慢，若是當(dāng)掌子面的施工環(huán)境遇到山體水或是噴泉，極短的時(shí)間內(nèi)隧道內(nèi)部排水壓力極大，而人工切換備用的排水單元響應(yīng)較慢，難以完成短時(shí)間切換，大大降低了排水系統(tǒng)的應(yīng)急處理能力和整體運(yùn)行效率。在隧道反坡式接力排水方式中，位于不同高度的排水單元的損壞頻率存在差異，且隨著隧道的向前施工，排水單元所承受的壓力也會(huì)發(fā)生變化，現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法對(duì)不同地勢(shì)高低的排水單元進(jìn)行針對(duì)性的監(jiān)控，進(jìn)而無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題的排水單元進(jìn)行調(diào)整。

4、對(duì)此，需要一種隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)，包括監(jiān)控平臺(tái)、以及分別受監(jiān)控平臺(tái)控制的設(shè)置在隧道內(nèi)的多級(jí)排水單元和多個(gè)備用的排水單元，所述監(jiān)控平臺(tái)包括算法模塊以及分別和算法模塊電連接的切換控制模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊和學(xué)習(xí)模塊；

4、所述數(shù)據(jù)采集控制模塊用于采集環(huán)境參數(shù)、各個(gè)排水單元的運(yùn)行參數(shù)、排水單元之間連接節(jié)點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)以及掌子面的施工參數(shù)；

5、所述算法模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)采集控制模塊上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分別評(píng)估各個(gè)排水單元的工作狀態(tài)以及工作趨勢(shì)，再根據(jù)多個(gè)工作狀態(tài)和工作趨勢(shì)，所述算法模塊分別為各個(gè)所述排水單元計(jì)算出危險(xiǎn)系數(shù)，對(duì)多個(gè)所述危險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)行由大到小排序；

6、所述數(shù)據(jù)采集控制模塊根據(jù)危險(xiǎn)系數(shù)的大小調(diào)整不同的排水單元的運(yùn)行參數(shù)的采集頻率；

7、所述算法模塊還用于將危險(xiǎn)系數(shù)大于危險(xiǎn)系數(shù)閾值的排水單元指令切換控制模塊進(jìn)行切換；

8、所述切換控制模塊用于響應(yīng)監(jiān)控平臺(tái)的指令將需要進(jìn)行切換的排水單元切換至備用排水單元；

9、所述學(xué)習(xí)模塊用于更新排水單元，所述學(xué)習(xí)模塊的更新內(nèi)容包括新增加的排水單元以及切換控制模塊控制切換后產(chǎn)生的排水路徑的更新。

10、優(yōu)選的，所述監(jiān)控平臺(tái)還包括對(duì)被切換的原排水單元的狀態(tài)監(jiān)控，并將修復(fù)好的原排水單元指令切換控制模塊復(fù)原，所述學(xué)習(xí)模塊再次對(duì)排水路徑進(jìn)行更新。

11、優(yōu)選的，多個(gè)所述排水單元的運(yùn)行參數(shù)包括排水管道壓力數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)、水位數(shù)據(jù)和零件狀態(tài)數(shù)據(jù)；

12、所述環(huán)境參數(shù)包括位置數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)以及隧道施工面相較于水平面的施工夾角；

13、所述施工參數(shù)包括施工用水、掌子面的三維激光掃描圖以及施工進(jìn)度和施工用水方量，所述掌子面的三維激光掃描圖包括掌子面出現(xiàn)山體水位置和方量。

14、優(yōu)選的，所述算法模塊預(yù)估各個(gè)排水單元的危險(xiǎn)系數(shù)的方法，包括以下步驟：

15、對(duì)數(shù)據(jù)采集控制模塊上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、標(biāo)準(zhǔn)化處理和補(bǔ)充；

16、結(jié)合環(huán)境參數(shù)建立反映排水系統(tǒng)所在區(qū)域環(huán)境特征的環(huán)境模型、結(jié)合排水系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)生成排水系統(tǒng)模型；

17、在排水系統(tǒng)模型中輸入各個(gè)排水單元的運(yùn)行參數(shù)、排水單元之間連接節(jié)點(diǎn)運(yùn)行參數(shù)生成排水系統(tǒng)模型的模擬預(yù)測(cè)結(jié)果；

18、分析模擬預(yù)測(cè)結(jié)果，分別生成多個(gè)排水單元的危險(xiǎn)系數(shù)；

19、優(yōu)化分析所述模擬預(yù)測(cè)結(jié)果。

20、優(yōu)選的，所述算法模塊根據(jù)山體水的方量和位置結(jié)合掌子面的施工進(jìn)度輸入排水模型得到模擬結(jié)果，所述算法模塊根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化排水路徑。

21、優(yōu)選的，還包括校正模塊，所述校正模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)采集控制模塊上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

22、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集控制模塊還包括對(duì)水質(zhì)參數(shù)的測(cè)量，所述算法模塊將水質(zhì)參數(shù)代入危險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

23、優(yōu)選的，所述監(jiān)控平臺(tái)還包括警報(bào)模塊，所述警報(bào)模塊設(shè)置于掌子面下端，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)第一級(jí)排水單元的水流量，所述警報(bào)模塊設(shè)置有流量閾值，若所述第一級(jí)排水單元的水流量大于流量閾值，所述監(jiān)控平臺(tái)調(diào)整排水路徑。

24、本發(fā)明的有益效果為：

25、通過(guò)使用數(shù)據(jù)采集控制模塊以及切換控制模塊與算法模塊的配合將多個(gè)排水單元按危險(xiǎn)系數(shù)由大到小進(jìn)行排序，并對(duì)將要出現(xiàn)問(wèn)題的排水單元指令切換控制模塊切換，對(duì)將要出現(xiàn)的危險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)避。先實(shí)現(xiàn)根據(jù)危險(xiǎn)系數(shù)的排序分別對(duì)多級(jí)排水單元進(jìn)行不同頻率的監(jiān)控，再到整個(gè)排水系統(tǒng)的集中監(jiān)控與智能管理，提高排水效率，確保反坡施工的安全與進(jìn)度。本系統(tǒng)通過(guò)集成化的監(jiān)控平臺(tái)、智能傳感器網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)切換裝置及遠(yuǎn)程控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)各級(jí)排水單元的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警、自動(dòng)切換與遠(yuǎn)程調(diào)控。

技術(shù)特征：

1.隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)，包括監(jiān)控平臺(tái)、以及分別受監(jiān)控平臺(tái)控制的設(shè)置在隧道內(nèi)的多級(jí)排水單元和多個(gè)備用的排水單元，其特征在于，所述監(jiān)控平臺(tái)包括算法模塊以及分別和算法模塊電連接的切換控制模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊和學(xué)習(xí)模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控平臺(tái)還包括對(duì)被切換的原排水單元的狀態(tài)監(jiān)控，并將修復(fù)好的原排水單元指令切換控制模塊復(fù)原，所述學(xué)習(xí)模塊再次對(duì)排水路徑進(jìn)行更新。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于，多個(gè)所述排水單元的運(yùn)行參數(shù)包括排水管道壓力數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)、水位數(shù)據(jù)和零件狀態(tài)數(shù)據(jù)；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于，所述算法模塊預(yù)估各個(gè)排水單元的危險(xiǎn)系數(shù)的方法，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于，所述算法模塊根據(jù)山體水的方量和位置結(jié)合掌子面的施工進(jìn)度輸入排水模型得到模擬結(jié)果，所述算法模塊根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化排水路徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于，還包括校正模塊，所述校正模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)采集控制模塊上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集控制模塊采集的數(shù)據(jù)還包括水質(zhì)參數(shù)，所述算法模塊將水質(zhì)參數(shù)代入危險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)控平臺(tái)還包括警報(bào)模塊，所述警報(bào)模塊設(shè)置于掌子面下端，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)第一級(jí)排水單元的水流量，所述警報(bào)模塊設(shè)置有流量閾值，若所述第一級(jí)排水單元的水流量大于流量閾值，所述監(jiān)控平臺(tái)調(diào)整排水路徑。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及隧道排水系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及隧道反坡開(kāi)挖接力式自動(dòng)排水系統(tǒng)，包括監(jiān)控平臺(tái)、以及分別受監(jiān)控平臺(tái)控制的設(shè)置在隧道內(nèi)的多級(jí)排水單元和多個(gè)備用的排水單元，監(jiān)控平臺(tái)包括算法模塊以及切換控制模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊和學(xué)習(xí)模塊；算法模塊用于對(duì)數(shù)據(jù)采集控制模塊上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分別評(píng)估各個(gè)排水單元的工作狀態(tài)以及工作趨勢(shì)，再根據(jù)多個(gè)工作狀態(tài)和工作趨勢(shì)，所述算法模塊分別為各個(gè)所述排水單元計(jì)算出危險(xiǎn)系數(shù)，對(duì)多個(gè)所述危險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)行由大到小排序，根據(jù)危險(xiǎn)系數(shù)的大小對(duì)將要出現(xiàn)問(wèn)題的排水單元進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)危險(xiǎn)系數(shù)超過(guò)危險(xiǎn)閾值的排水單元切換至備用排水單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)的預(yù)測(cè)，確保反坡施工的安全與進(jìn)度。

技術(shù)研發(fā)人員：謝豐誠(chéng),房志群,萬(wàn)茂青,鐘文新,劉佳忠,翁藝峰,何鵬,鄭杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：保利長(zhǎng)大工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6