一种隧道反坡开挖接力式自动排水系统的制作方法

本发明属于隧道排水，具体涉及一种隧道反坡开挖接力式自动排水系统。

背景技术：

1、反坡排水系统是在隧道施工中，为了排出隧道内因为施工而产生的废水或是施工遇到的山体自然水而设置的排水系统，这个系统的排水坡度与隧道本身的施工坡度方向相反，即隧道内的积水需要借助分级的机械排水设备（如潜水泵、排水泵等）的力量才能被提升并排出隧道。

2、然而，因为存在多级排水单元的协同合作，所以每一级排水系统的有效运行与相互之间的协调变得尤为重要。在多级排水架构中，每一级排水单元的性能状态直接影响到整个排水系统的效率与可靠性。例如，若某一级排水单元（如集水井、排水管道或抽水泵）发生堵塞、泄漏或故障，不仅会直接影响本级排水效果，还可能因水位上升导致上一级排水系统过载，甚至引发连锁反应，使整个排水系统陷入瘫痪状态，严重威胁到反坡施工的安全与进度。

3、鉴于此，现有技术中尝试用监控手段来对出现问题的排水单元进行识别然后使用备用的排水单元代替出现问题的排水单元进行后续的排水，但是现有的监控手段大多侧重于对单个排水单元的运行状态进行监测，如通过安装传感器监测水位变化、抽水泵工作状态等，但这种分散式的监控方式难以实现对整个多级排水系统的高效统筹管理。所以往往需要人工逐一排查然后再更换出现问题的排水单元，响应速度慢，若是当掌子面的施工环境遇到山体水或是喷泉，极短的时间内隧道内部排水压力极大，而人工切换备用的排水单元响应较慢，难以完成短时间切换，大大降低了排水系统的应急处理能力和整体运行效率。在隧道反坡式接力排水方式中，位于不同高度的排水单元的损坏频率存在差异，且随着隧道的向前施工，排水单元所承受的压力也会发生变化，现有技术中无法对不同地势高低的排水单元进行针对性的监控，进而无法及时发现出现问题的排水单元进行调整。

4、对此，需要一种隧道反坡开挖接力式自动排水系统以解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种隧道反坡开挖接力式自动排水系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种隧道反坡开挖接力式自动排水系统，包括监控平台、以及分别受监控平台控制的设置在隧道内的多级排水单元和多个备用的排水单元，所述监控平台包括算法模块以及分别和算法模块电连接的切换控制模块、数据采集控制模块和学习模块；

4、所述数据采集控制模块用于采集环境参数、各个排水单元的运行参数、排水单元之间连接节点运行参数以及掌子面的施工参数；

5、所述算法模块用于对数据采集控制模块上传的数据进行计算，分别评估各个排水单元的工作状态以及工作趋势，再根据多个工作状态和工作趋势，所述算法模块分别为各个所述排水单元计算出危险系数，对多个所述危险系数进行由大到小排序；

6、所述数据采集控制模块根据危险系数的大小调整不同的排水单元的运行参数的采集频率；

7、所述算法模块还用于将危险系数大于危险系数阈值的排水单元指令切换控制模块进行切换；

8、所述切换控制模块用于响应监控平台的指令将需要进行切换的排水单元切换至备用排水单元；

9、所述学习模块用于更新排水单元，所述学习模块的更新内容包括新增加的排水单元以及切换控制模块控制切换后产生的排水路径的更新。

10、优选的，所述监控平台还包括对被切换的原排水单元的状态监控，并将修复好的原排水单元指令切换控制模块复原，所述学习模块再次对排水路径进行更新。

11、优选的，多个所述排水单元的运行参数包括排水管道压力数据、流量数据、水位数据和零件状态数据；

12、所述环境参数包括位置数据、地形数据以及隧道施工面相较于水平面的施工夹角；

13、所述施工参数包括施工用水、掌子面的三维激光扫描图以及施工进度和施工用水方量，所述掌子面的三维激光扫描图包括掌子面出现山体水位置和方量。

14、优选的，所述算法模块预估各个排水单元的危险系数的方法，包括以下步骤：

15、对数据采集控制模块上传的数据进行清洗、标准化处理和补充；

16、结合环境参数建立反映排水系统所在区域环境特征的环境模型、结合排水系统的设备结构参数生成排水系统模型；

17、在排水系统模型中输入各个排水单元的运行参数、排水单元之间连接节点运行参数生成排水系统模型的模拟预测结果；

18、分析模拟预测结果，分别生成多个排水单元的危险系数；

19、优化分析所述模拟预测结果。

20、优选的，所述算法模块根据山体水的方量和位置结合掌子面的施工进度输入排水模型得到模拟结果，所述算法模块根据模拟结果优化排水路径。

21、优选的，还包括校正模块，所述校正模块用于对数据采集控制模块上传的数据进行校正。

22、优选的，所述数据采集控制模块还包括对水质参数的测量，所述算法模块将水质参数代入危险系数进行计算。

23、优选的，所述监控平台还包括警报模块，所述警报模块设置于掌子面下端，用于实时检测第一级排水单元的水流量，所述警报模块设置有流量阈值，若所述第一级排水单元的水流量大于流量阈值，所述监控平台调整排水路径。

24、本发明的有益效果为：

25、通过使用数据采集控制模块以及切换控制模块与算法模块的配合将多个排水单元按危险系数由大到小进行排序，并对将要出现问题的排水单元指令切换控制模块切换，对将要出现的危险进行规避。先实现根据危险系数的排序分别对多级排水单元进行不同频率的监控，再到整个排水系统的集中监控与智能管理，提高排水效率，确保反坡施工的安全与进度。本系统通过集成化的监控平台、智能传感器网络、自动切换装置及远程控制中心，实现对各级排水单元的实时监测、故障预警、自动切换与远程调控。

技术特征：

1.隧道反坡开挖接力式自动排水系统，包括监控平台、以及分别受监控平台控制的设置在隧道内的多级排水单元和多个备用的排水单元，其特征在于，所述监控平台包括算法模块以及分别和算法模块电连接的切换控制模块、数据采集控制模块和学习模块；

2.根据权利要求1所述的隧道反坡开挖接力式自动排水系统，其特征在于，所述监控平台还包括对被切换的原排水单元的状态监控，并将修复好的原排水单元指令切换控制模块复原，所述学习模块再次对排水路径进行更新。

3.根据权利要求2所述的隧道反坡开挖接力式自动排水系统，其特征在于，多个所述排水单元的运行参数包括排水管道压力数据、流量数据、水位数据和零件状态数据；

4.根据权利要求3所述的隧道反坡开挖接力式自动排水系统，其特征在于，所述算法模块预估各个排水单元的危险系数的方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的隧道反坡开挖接力式自动排水系统，其特征在于，所述算法模块根据山体水的方量和位置结合掌子面的施工进度输入排水模型得到模拟结果，所述算法模块根据模拟结果优化排水路径。

6.根据权利要求1所述的隧道反坡开挖接力式自动排水系统，其特征在于，还包括校正模块，所述校正模块用于对数据采集控制模块上传的数据进行校正。

7.根据权利要求6所述的隧道反坡开挖接力式自动排水系统，其特征在于，所述数据采集控制模块采集的数据还包括水质参数，所述算法模块将水质参数代入危险系数进行计算。

8.根据权利要求1所述的隧道反坡开挖接力式自动排水系统，其特征在于，所述监控平台还包括警报模块，所述警报模块设置于掌子面下端，用于实时检测第一级排水单元的水流量，所述警报模块设置有流量阈值，若所述第一级排水单元的水流量大于流量阈值，所述监控平台调整排水路径。

技术总结本发明涉及隧道排水系统技术领域，具体涉及隧道反坡开挖接力式自动排水系统，包括监控平台、以及分别受监控平台控制的设置在隧道内的多级排水单元和多个备用的排水单元，监控平台包括算法模块以及切换控制模块、数据采集控制模块和学习模块；算法模块用于对数据采集控制模块上传的数据进行计算，分别评估各个排水单元的工作状态以及工作趋势，再根据多个工作状态和工作趋势，所述算法模块分别为各个所述排水单元计算出危险系数，对多个所述危险系数进行由大到小排序，根据危险系数的大小对将要出现问题的排水单元进行预测，对危险系数超过危险阈值的排水单元切换至备用排水单元，实现对危险的预测，确保反坡施工的安全与进度。技术研发人员：谢丰诚,房志群,万茂青,钟文新,刘佳忠,翁艺峰,何鹏,郑杰受保护的技术使用者：保利长大工程有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6