一种深大基坑锚喷支护智能控制系统及控制方法与流程

本发明涉及深大基坑施工领域，尤其是一种深大基坑锚喷支护智能控制系统及控制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、城市地铁车站作为地铁线路的乘降、换乘和候车的场所，车站地下空间大(长度、宽度均为数十米至数百米、高度多超过数十米)，因此地铁车站基坑为深大基坑工程。当车站基坑采用明挖法施工时，随着开挖深度增加，为了防止开挖侧壁大变形和岩土体坍塌，基坑侧壁需要挂网锚喷支护。

3、传统的锚喷支护作业形式为锚喷作业人员手持喷枪进行喷射混凝土施工，发明人发现，现有的锚喷支护存在如下几方面的问题：

4、一方面，受作业人员身高限制，基坑侧壁超高位置为倾斜喷枪喷射作业，不能满足垂直锚喷作业要求，喷射混凝土结构质量难以保证，又导致过多喷射混凝土回弹，造成混凝土材料较大的浪费；受制于上述传统施工工艺的影响，锚喷作业机械化程度低，锚喷支护施工进度缓慢，存在较大的侧壁大变形或坍塌隐患。

5、另一方面，在锚喷完成后，再由人工识别缺陷，并进行人工补喷作业，人工补喷作业存在补喷效率低，进一步影响到施工进度。

6、另外，锚喷作业人员长时间手持作业，作业强度大，作业环境喷射混凝土粉尘大，对锚喷作业人员人身安全造成极大的损害。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种深大基坑锚喷支护智能控制系统，可实现深大基坑锚喷支护的自动化、智能化锚喷和补喷作业，有效保证锚喷质量，大大提高深大基坑锚喷支护的施工质量。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、一种深大基坑锚喷支护智能控制系统，包括：

4、行走设备，行走设备包括底盘，底盘具有行走机构，底盘支撑升降机构，行走机构、升降机构分别与行走设备控制器连接；

5、锚喷机构安装于升降机构；

6、摄像机，摄像机安装于行走设备；

7、控制单元，锚喷机构、摄像机分别与控制单元单独连接；

8、行走机构带动底盘移动过程中，控制单元通过行走设备控制器控制行走机构和升降机构分别动作，并控制锚喷机构进行锚喷作业；

9、全部或部分锚喷作业结束后，摄像机对喷射的基坑混凝土的表面进行视频录像或实时拍摄照片，摄像机将视频录像或拍摄的照片发送给控制单元，控制单元通过接收到的视频录像或拍摄的照片实时识别基坑混凝土的表面缺陷，并对表面缺陷进行分类和定位，定位后控制单元将表面缺陷的位置信息发送给行走设备控制器，行走设备控制器控制行走机构和升降机构分别动作，使得锚喷机构到达表面缺陷的侧部，控制单元控制锚喷机构对表面缺陷位置进行二次喷射混凝土。

10、如上所述的一种深大基坑锚喷支护智能控制系统，所述基坑混凝土的表面缺陷包括露筋、孔洞、掉块和裂缝，以保证对基坑混凝土的表面缺陷的全方位识别。

11、如上所述的一种深大基坑锚喷支护智能控制系统，所述控制单元具有图像识别模块，图像识别模块根据目标检测模型实现所述基坑混凝土的表面缺陷的识别。

12、如上所述的一种深大基坑锚喷支护智能控制系统，所述目标检测模型通过设定数量的基坑喷射混凝土照片标签样本进行监督学习，以形成可识别基坑混凝土的表面缺陷的功能；

13、目标检测模块能够对表面缺陷的边界进行分割，以确定表面缺陷的面积，由此控制单元通过目标检测模块不仅能够实现基坑混凝土的表面缺陷的识别，而且能够获知表面缺陷的面积大小，以通过行走设备控制器控制行走机构和升降机构进行动作，对表面缺陷所在处进行充分补喷。

14、如上所述的一种深大基坑锚喷支护智能控制系统，所述摄像机的侧部设置第一测距传感器以确定摄像机与所述表面缺陷之间的x向距离，喷枪头朝向基坑的端面与摄像机摄像头所在端面位于同一平面；

15、所述摄像机的侧部设置第二测距传感器以获取摄像机拍摄到表面缺陷时所在的z向高度；

16、所述锚喷机构在其喷枪头的外侧面设置第三测距传感器以获取喷枪头所在的z向高度，由第三测距传感器向控制单元反馈喷枪头的高度，以与控制单元获取的表面缺陷的位置进行对应，从而提高锚喷机构补喷的准确性；

17、第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器分别与所述的控制单元单独连接，控制单元接收三个测距传感器的位置信息，并反馈给行走设备控制器以控制升降机构的升降。

18、如上所述的一种深大基坑锚喷支护智能控制系统，所述控制单元基于基坑侧壁的底部角点为坐标原点建立局部坐标系，通过摄像机与表面缺陷之间的x向距离以及摄像机拍摄到表面缺陷时所在的z向高度，来准确定位表面缺陷的位置；

19、所述摄像机拍摄到表面缺陷时所在的z向高度为所述底盘的高度与所述第二测距传感器所获取的高度之和。

20、如上所述的一种深大基坑锚喷支护智能控制系统，所述升降机构的底端设置转盘，转盘通过底座固定于所述的底盘，转盘与旋转动力源连接以带动升降机构实现转动；

21、转盘设置转角传感器，转角传感器与所述的控制单元连接，控制单元根据摄像机与表面缺陷之间的x向距离与转角传感器所获取的转角角度以获取摄像机与表面缺陷之间的y向距离，通过摄像机与表面缺陷之间的y向距离与摄像机与锚喷机构喷枪头之间的y向距离的和或差来确定喷枪头与表面缺陷之间的y向距离。

22、如上所述的一种深大基坑锚喷支护智能控制系统，所述升降机构顶侧固定有套管，套管中心轴线与升降机构所在方向垂直，所述锚喷机构包括喷枪头，喷枪头穿过套管设置，喷枪头与锚喷浆液存罐连接，由锚喷浆液存管通过管路向喷枪头供给浆液；

23、所述套管内侧设置弹性凸部，喷枪头外侧壁设置可与弹性凸部卡合的凹部，可实现对喷枪头的固定；

24、锚喷浆液存罐固定于所述底盘。

25、如上所述的一种深大基坑锚喷支护智能控制系统，还包括遥控器，遥控器与所述的控制单元无线连接；

26、所述行走机构具有驱动动力源，驱动动力源与所述的控制单元连接；

27、遥控器设置控制按钮以控制所述行走机构前进、后退、左转和右转，遥控器还设置控制按钮以控制所述升降机构上升、下降、顺时针转动和逆时针转动。

28、第二方面，本发明还提供了一种深大基坑锚喷支护智能控制系统的控制方法，包括如下内容：

29、基坑侧壁挂网：基坑开挖至设计标高后，基坑侧壁先施作钢筋网片；

30、喷射混凝土作业：控制单元通过行走设备控制器控制行走机构和升降机构分别动作，并控制锚喷机构进行锚喷作业；

31、锚喷缺陷检测：摄像机对喷射的混凝土表面进行视频录像或实时拍摄照片，摄像机将视频录像或拍摄的照片发送给控制单元，控制单元通过接收到的视频录像或拍摄的照片实时识别基坑混凝土的表面缺陷，并对表面缺陷进行分类和定位；

32、补喷作业：控制单元将表面缺陷的位置信息发送给行走设备控制器，行走设备控制器控制行走机构和升降机构分别动作，使得锚喷机构到达表面缺陷位置的侧部，控制单元控制锚喷机构对表面缺陷位置进行二次喷射混凝土；

33、自上而下进行循环作业：按照挂网标高自上而下的顺序，进行深大基坑锚喷支护的循环施工、锚喷缺陷检测和补喷作业，直至完成基坑侧壁的整个锚喷支护作业。

34、上述本发明的有益效果如下：

35、1)本发明通过控制系统的提供，由行走设备带动锚喷机构进行混凝土的锚喷，可通过升降机构调整锚喷机构的高度，不受人工身高的限制，可满足垂直锚喷的作业要求，避免过多混凝土回弹，避免混凝土材料有较多的浪费；整体实现机械化作业，有效保证锚喷质量；而且大大提高了锚喷和补喷效率，保证施工进度，避免较大的侧壁大变形或坍塌隐患的出现。

36、2)本发明中通过摄像机、控制单元的设置，锚喷作业全部或部分结束后，摄像机可进行视频录像或拍摄照片，并发送给控制单元，控制单元可对表面缺陷进行识别和定位，并发送给行走设备控制器，由此控制锚喷机构对表面缺陷所在位置处进行补喷，无需人工进行补喷作业。

37、3)本发明中目标检测模型不仅具有识别基坑混凝土的表面缺陷的功能，还能够对对表面缺陷的边界进行分割，以确定表面缺陷的面积，通过对表面缺陷面积的确定，有利于控制单元确定表面缺陷的位置范围信息，以控制行走设备在限定的位置范围中移动以准确补喷。

38、4)本发明设置多处测距传感器，可获取摄像机的x向、y向和z向的坐标信息，并与其拍摄的视频录像或照片一一对应，这样在控制单元识别到表面缺陷所在位置后，确认摄像机拍摄表面缺陷时所在的三维坐标，将该三维坐标发送给行走设备控制器，由行走设备控制器控制行走机构和升降机构，保证锚喷机构喷枪头对准表面缺陷所在位置处。

39、5)本发明中升降机构安装于转盘处，转盘可带动升降机构转动，进而带动摄像机转动，随着行走设备的移动摄像机转动对设定角度范围内的基坑混凝土进行拍摄，拍摄范围更广，利于及时发现表面缺陷所在位置，控制单元可根据摄像机与表面缺陷之间的x向距离与转角传感器所获取的转角角度以获取摄像机与表面缺陷之间的y向距离，进而有利于确定喷枪头与表面缺陷之间的y向距离。

40、6)本发明中控制系统的提供，可以实现深大基坑锚喷支护的机械化和自动化，同时可以实现锚喷质量的智能识别、补喷和质量检查，实现了深大基坑传统锚喷作业的转型升级，大大提高锚喷作业效率和施工质量；而且通过遥控器和控制单元可实现深大基坑锚喷支护的远距离操控，大大降低了作业人员近距离施工风险，同时解决了锚喷支护过程对作业人员身体的损伤。

41、7)本发明中通过行走设备的提供，结构合理，可在基坑开挖底部岩土地层上自由行进和自由调整，对基坑侧壁锚喷支护实现连续、精准、高质量锚喷作业，工程实用性强。