用于地下工程变形控制的阵列式扩张囊体控制系统及使用方法与流程

本发明属于地下工程施工，尤其涉及一种用于地下工程变形控制的阵列式扩张囊体控制系统及使用方法。

背景技术：

1、隧道和基坑的变形对城市发展造成巨大危害，随着地下建筑的增加，地下空间资源日益紧张，对土体变形控制的需求也日益迫切。囊体扩张技术作为一种新兴的隧道和基坑主动变形控制方法，以其高效的控制效果和相对较低的成本受到关注。在该技术中，当隧道或基坑土体发生凹陷时，通过在凹陷背面设置囊体，并通过囊体的膨胀扩张将凹陷的土体推回原位。

2、然而，目前囊体扩张技术仍存在一些不可忽视的缺陷，这些缺陷限制了其在地下工程中的广泛应用。首先，地下工程的土压力通常较大且方向复杂，导致囊体扩张技术中采用的上下固定板之间设置的圆周分布的多个连杆组件存在强度不足和移动困难的问题。这使得连杆组件在面对强大的土体压力时可能无法提供足够的支撑，影响了整体的稳定性。

3、其次，即使连杆组件的强度足够支撑土体压力，囊体扩张技术仍然存在无法精准控制向特定方向注浆的弊端。这是因为多个连杆组件的圆周分布限制了囊体扩张的灵活性，难以实现对土体变形的准确控制。在地下工程中，需要对土体进行有针对性的注浆以满足特定的工程需求，而囊体扩张技术的局限性使得这一操作难以实现。

4、最后，囊体扩张技术在实际应用中存在一个不容忽视的问题，即无法在控制杆上有效布设扩张囊体。目前的技术往往需要多次施工和设置多套控制装置，导致施工周期长、成本高、施工难度大等问题。这使得囊体扩张技术在实际工程中的应用受到了一定的限制。

5、因此，为了克服囊体扩张技术的上述缺陷，有必要进行进一步的研究和改进，以提高其在地下工程中的适用性和效果。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种解决囊体扩张技术在地下工程中存在的连杆组件强度不足、扩张方向控制不精准以及难以有效布设扩张囊体的问题的用于地下工程变形控制的阵列式扩张囊体控制系统及使用方法。

2、本发明是这样实现的，一种用于地下工程变形控制的阵列式扩张囊体控制系统，其特征在于包括：扩张囊体组件、应力应变测量传感器组件、主动控制计算机系统；所述扩张囊体组件包括设于地下工程变形土体中的扩张囊体；所述应力应变测量传感器组件由垂直双轴固定式测斜仪和数据采集仪构成，垂直双轴适定式测斜仪设于地下工程变形土体周围，用于测量土体位移和形变数据，数据采集仪用于存诸接收应力应变测量传感器量测的士体位移和形变数据；所述主动控制计算机系统连接应力应变测量传感器组件，所述主动控制计算机系统接收应力应变测量传感器组件检测的土体位移和形变数值信息；所述主动控制计算机系统通过主动控制器线程控制扩张囊体组件的扩张囊体膨胀。

3、在上述技术方案中，优选的，所述扩张囊体组件包括反向消磁型自调节泵送开关、控制管和单向注水清洗装置，所述扩张囊体为具有膨胀功能的囊体，设于地下工程变形土体中；所述反向消磁型自调节泵送开关安装于扩张囊体控制管壁，所述反向消磁型自调节泵送开关是控制填充介质进入扩张囊体的开关部件；控制管是设于土体内的用于输送填充介质的管体，所述控制管连接扩张囊体的所述反向消磁型自调节泵送开关，所述单向注水清洗装置居中内套于控制管中，由注水管和止回阀组成，用于清洗控制管中残留介质，所述主动控制计算机系统通过主动控制器线程控制扩张囊体组件的反向消磁型自调节泵送开关。

4、在上述技术方案中，优选的，包括n个扩张囊体，扩张囊体位于土体内不同的深度。

5、在上述技术方案中，优选的，所述反向消磁型自调节泵送开关布设在控制管上位于扩张囊体的中心位置。

6、在上述技术方案中，优选的，所述控制管垂直埋设于地下工程变形土体中，所述控制管和所述应力应变测量传感器组件平行位置。

7、在上述技术方案中，优选的，所述反向消磁型自调节泵送在所述控制管上等间距设置，所述扩张囊体以与其连接的所述反向消磁型自调节泵送开关为球心并套于所述反向消磁型自调节泵送开关和所述控制管外，呈阵列式排布。

8、在上述技术方案中，优选的，所述控制管的上端安装临时封闭套筒。

9、在上述技术方案中，优选的，临时封闭套筒内设置有毛刺结构。

10、优点和效果：

11、本发明提供了一种创新的地下工程变形控制解决方案，即阵列式扩张囊体。通过精密的应力应变测量传感器组件，该系统能够实时测量地下工程施工引起的土体位移和形变，将所采集到的变形监测数据传输至主动控制计算机系统。在这个系统中，主动控制计算机系统不仅具备高度自主性，还能根据施工变形控制的需求进行智能分析，从而产生相应的主动控制信号，并将其传输至扩张囊体组件。

12、扩张囊体组件作为该系统的核心组成部分，通过主动控制线程、控制管和反向消磁型自调节泵送开关等装置接收并执行主动控制信号。这个设计充分考虑到地下工程土体的不均匀性和复杂性，通过配合控制管和反向消磁型自调节泵送开关的协同作用，能够在不同位置和深度控制泵送开关的开启和关闭状态，实现对阵列式扩张囊体的精准调控。这种智能化的控制系统有效地应对了地下工程中土体待纠偏位移变形的多样性，确保主动控制的实时性和准确性。

13、阵列式扩张囊体的布设采用了球心以反向消磁型自调节泵送开关为中心的分级分段设计，形成了紧密有序的阵列式布局。由于采用高强度弹性材料制成，这些扩张囊体具有出色的可承载性和耐用性。当扩张囊体组件接收到注浆信号时，扩张囊体能够迅速承接水泥砂浆，并通过体积膨胀的方式挤压周围待纠偏土体。这一创新性的机制使得阵列式扩张囊体在地下工程中能够高效地减小周围土体因施工引起的较大形变，实现主动控制变形的目标。

14、总体而言，阵列式扩张囊体的优势体现在其智能化的主动控制系统、灵活可调的布设结构以及高强度弹性材料的选择上。这种解决方案不仅能够在实时性和准确性上满足地下工程对土体变形控制的严格需求，同时也在耐久性和稳定性上表现出色，为地下工程提供了一种可靠、高效的变形控制手段。

15、本发明的第二目的，提出一种用于地下工程变形控制的阵列式扩张囊体控制系统的使用方法，包括以下步骤：

16、s1、安装应力应变测量传感器组件：在地下工程施工区域安装精细化应力应变测量传感器。

17、s2、传输监测值至主动控制计算机系统：应力应变测量传感器组件将测得的监测值传输给主动控制计算机系统，实时反映土体的变化情况。

18、s3、主动控制计算机系统自主分析：主动控制计算机系统基于施工变形控制需要和精细化应力应变测量传感器监测情况，自主分析土体的位移和形变。

19、s4、发出控制信号：主动控制计算机系统根据分析结果发出相应的控制信号给控制器，传送至扩张囊体组件。

20、s5、扩张囊体组件接收信号：扩张囊体组件整体接收主动控制计算机系统发出的控制信号，准备执行相应的控制动作。

21、s6、连接主动控制线程和控制管：主动控制线程连接控制器、控制管和反向消磁型自调节泵送开关，为后续注浆控制做准备。

22、s7、调节泵送开关状态和注浆量：主动控制线程通过连接的控制器、控制管和反向消磁型自调节泵送开关，调节不同位置和深度的泵送开关的开启关闭状态和注浆量，以实现差异化的注浆控制。

23、s8、扩张囊体持续膨胀：扩张囊体随着注浆量的增加持续扩张膨胀，直至扩张囊体与待纠偏土体接触并挤压待纠偏土体。

24、s9、实时监测土体位移和形变：精细化应力应变测量传感器组件在整个注浆过程中实时监测土体的位移和形变情况。

25、s10、停止注浆：待土体位移和形变达到变形控制要求时，系统停止注浆，完成变形控制过程。

26、s11、清洗控制管：注浆完成后，开启单向注水清洗装置，将控制管中残留浆液水洗清除。