本发明涉及干喷搅拌桩施工钻机设备监测控制，具体而言，涉及一种干喷桩智能监测控制系统及控制方法。
背景技术：
1、上世纪60年代，北欧国家成功开发了干喷桩技术与工艺，现已广泛应用于淤泥、饱和软粘土、淤泥质土等软弱地基土的加固处理，并取得了良好的社会经济效益。我国自80年代引进了干喷搅拌桩技术、工法及施工装备，并具备了一定的生产规模。
2、目前，我国的干喷搅拌桩施工工艺主要采用单轴单向旋转搅拌钻机，利用钻机将水泥等固化材料通过气力输送方式喷射到地下，固化材料与土体经搅拌混合后，会使固化材料与土体之间产生一系列的物理与化学反应，生成强度高，水稳性好的桩体，为干喷搅拌桩技术应用提供了理论基础。采用干喷搅拌桩工艺的工程项目具有成本低、工期短、污染小、作业占用场地面积小等优点。特别是对含水量高的软弱地基土，通过固化剂干粉能吸收较多的土中水分，从而可提高地基的加固处理效果。然而，现有的干喷搅拌桩技术仍然存在一些缺点，特别是在施工质量管理和控制方面，如干喷搅拌桩施工时固化剂输入速度及用量难以控制，材料输送过程中经常出现堵管、下料时断时续、固化材料喷射不均匀、搅拌不均匀等问题。此外，由于受到地下孔隙水压力、土压力影响，以及空压机设备能力不足以及输气管路气体压力过低等因素的影响，干喷搅拌桩在施工过程中会出现输灰连续性、均匀性难以控制的问题，这会直接影响搅拌桩桩身的均匀性和强度。干喷搅拌桩施工属于地下隐蔽工程施工，现有搅拌桩在施工上缺乏计量监测与控制技术，搅拌桩施工后台和施工钻机往往不配置智能监测与控制装备，导致施工后台人员和钻机操作手在施工中无法感知地层变化情况，只能凭借个人的经验和责任心来操作设备，因此不能精准控制钻具的升降速度及转速，也无法控制固化剂的下料速度和下料量；同时，对管道中的气体流量和压力也不能及时、精准地控制；难以提供干喷搅拌桩在各深度位置的单位桩长的喷灰量；
3、上述的技术缺陷是引发干喷搅拌桩施工产生大量施工质量事故和安全事故的根本原因，也是岩土工程界急需解决的技术难题。。
技术实现思路
1、本发明主要要解决干喷桩施工过程中的参数和运行的监测与控制问题。
2、为解决上述问题，本发明提供一种干喷桩智能监测控制系统，包括：
3、干喷桩机运行模块，用于将固化材料喷射至地下，并将固化材料与土体搅拌混合均匀形成桩体；
4、灰料供应模块，所述灰料供应模块通过输灰管道与干喷桩机运行模块连接，用于给干喷桩机运行模块提供固化材料；
5、数据输入屏显模块，用于输入干喷桩机运行模块和灰料供应模块的预设执行参数；
6、施工数据采集模块，所述施工数据采集模块分别与所述干喷桩机运行模块、灰料供应模块连接，用于实时采集干喷桩机运行模块和灰料供应模块的运行数据信息；
7、中央控制模块，所述中央控制模块分别与所述数据输入屏显模块、施工数据采集模块通信连接，用于获取预设执行参数和运行数据信息，并根据预设执行参数、运行数据信息计算补偿控制数据信息，所述中央控制模块与干喷桩机运行模块、灰料供应模块控制连接，并根据预设执行参数或补偿控制数据信息控制调节干喷桩机运行模块、灰料供应模块运行。
8、本发明系统的有益效果：利用数据输入屏显模块在中央控制模块输入预设执行参数，施工中通过施工数据采集模块监测并实时采集钻掘速度、提钻速度、输灰管内的气体压力、气体流量及固化材料流量等施工关键参数，从而能够感知施工过程中的全域参数，解决传统施工过程中无法实时记录施工参数的难题，再利用中央控制模块计算并对干喷桩机运行动作和灰料供应模块的控制和补偿控制，以实现施工目标结果。
9、作为优选，所述干喷桩机运行模块为干喷搅拌桩机；
10、所述灰料供应模块包括：
11、灰料存储单元，用于存储固化材料，所述灰料存储单元为储料罐，所述储料罐的出料口接有三通管，所述三通管的一端口与输灰管道接通；所述三通管的另一端口连接有固气混合喷射单元；
12、固气混合喷射单元，用于将从储料罐中下落的固化材料通过气体运输至干喷桩机运行模块进行喷射；
13、螺旋给料单元，用于带动储料罐内固化材料从出料口下料到输灰管道，所述螺旋给料单元设在储料罐内部，所述螺旋给料单元包括轴转动的螺旋下料轴和用于驱动螺旋下料轴旋转的变频驱动电机；
14、灰料计量单元，用于计量灰料存储单元内固化材料的重量，并通过计量单元的重量损失计算灰料流量，所述灰料计量单元为称重传感器；
15、气体喷射控制单元，与固气混合喷射单元连接，用于给固气混合喷射单元提供输送起源，并控制喷射气压和气流；
16、通过灰料供应模块控制输灰管道内的气体压力、气体流量及固化材料流量，利用气体流量感应器和压力感应器计确定输送管道内的气体的流量与压力，利用称重传感器量测数据控制所述螺旋给料单元的单位时间内固化材料供给量，实现输灰管内气体和固化材料的合理配比，保障当前的喷灰参数与设计要求相吻合，提高施工过程中的输灰流畅性和均匀性。
17、作为优选，所述气体喷射控制单元包括第一空压机、第二空压机、气体储蓄罐和电控阀门，所述第一空压机通过管道与气体储蓄罐连接，所述气体储蓄罐通过管道与固气混合喷射单元连接，所述电控阀门接在气体储蓄罐与固气混合喷射单元之间的管道上；所述第二空压机通过管道分别与输灰管道、干喷搅拌桩机连接。
18、作为优选，所述施工数据采集模块包括设在干喷桩机运行模块上的桩位北斗定位传感器、桅杆倾角传感器和钻具深度传感器，还包括设在灰料供应模块上的气体压力传感器、气体流量传感器和称重传感器；
19、所述施工数据采集模块采集的运行数据信息包括桩位定位数据信息、桅杆倾角数据信息、钻具深度数据信息、储料罐中材料称重数据信息、气体流量数据信息和气压数据信息；
20、通过采集的各类运行数据信息将通过有线或者无线的方式传输给中央控制模块，上述运行数据信息将作为中央控制模块下达对干喷桩机运行模块和灰料供应模块的依据，确保干喷搅拌桩施工达到设计要求的各项目标。
21、作为优选，所述预设执行参数包括干喷桩机运行模块的桩位平面坐标、桅杆倾角、钻具搅拌速度、钻具下钻速度、钻具提升速度、干喷搅拌桩施工深度和单桩总用灰量；还包括灰料供应单元的单位延米固化材料喷灰量、最低输送压力、最低输送气体流量以及输灰管道中固化材料与空气的比例值。
22、作为优选，所述干喷搅拌桩智能监测控制系统还包括数据存储评价模块，所述数据存储评价模块与所述中央控制模块连接，用于存储预设执行参数、运行数据信息以及补偿控制数据信息，并根据预设执行参数、施工采集模块采集的数据信息以及补偿控制数据信息对干喷搅拌桩的施工质量进行评价；数据存储评价模块将干喷桩机的施工数据按桩编号存储工程项目的各类数据文件，经过对比设计的目标要求与施工的实际效果，对每一根干喷搅拌桩进行施工质量评价；该搅拌桩施工的所有数据的储存文件可供随时调阅、使用。
23、一种基于所述干喷桩智能监测控制系统的控制方法，包括：
24、步骤1.预设干喷桩机运行模块和灰料供应模块的预设执行参数；
25、步骤2.中央控制模块根据预设执行参数控制干喷桩机运行模块和灰料供应模块运行；
26、步骤3.施工数据采集模块实时采集干喷桩机运行模块和灰料供应模块的运行数据信息，中央控制模块根据运行数据信息和预设执行参数判断并计算补偿控制数据信息；并根据补偿控制数据信息调节控制干喷桩机运行模块和灰料供应模块。
27、本发明方法的有益效果：本发明方法基于系统可以根据钻掘搅拌速度、输灰管道中的实时压力，通过施工数据采集模块和中央控制模块来实时获取施工参数并进行计算，从而对干喷桩机运行模块和灰料供应模块的控制补偿变速施工、变掺量施工，优化形成变刚度干喷搅拌桩，达到节省工时和固化材料的目的，同时，解决了干喷搅拌桩施工过程中存在的质量和安全问题，提高了干喷搅拌桩的强度和承载能力。
28、作为优选，所述步骤3具体包括：
29、步骤301.干喷桩机运行模块进入下行钻掘阶段；
30、301a.钻具深度传感器实时采集当前钻具施工深度；灰料计量单元实时采集灰料存储单元的称重数据信息；
31、301b.判断当前钻具施工深度是否达到干喷搅拌桩施工深度，若否，则进入301c，若是，则进入301e；
32、301c.根据实时采集的灰料存储单元的称重数据信息，计算当前单桩灰料总喷量、单位延米固化材料累计量和当前灰料流量；根据当前钻具施工深度计算得到单位时间内的下钻速度；并依据下钻速度、单位延米固化材料累计量和预设的单位延米固化材料喷灰量计算得到在当前下钻速度达到预设的单位延米固化材料喷灰量所需要的目标灰料流量；
33、301d.比对目标灰料流量和当前灰料流量，中央控制模块根据比对结果控制调节或维持螺旋给料单元的下料速度；同时，根据输灰管道中固化材料与空气的比例值、目标灰料流量与预设的固化材料与空气的比例值对比，调控气体喷射控制单元以调节输灰管道中的气流；
34、301e.完成下行钻掘阶段的施工和搅拌工作，进入步骤302；
35、步骤302.干喷桩机运行模块进入上行提钻阶段；
36、302a.干喷桩机运行模块按照预设的钻具提升速度向上提钻；根据钻具深度传感器采集钻具的上行高度；气体喷射控制单元按照最低输送压力、最低输送气体流量供气，干喷桩机运行模块喷气；
37、302b.判断钻具上行高度是否达到施工初始位置；若否，则进入302c；若是，则进入302e；
38、302c.将预设的单位延米固化材料喷灰量和对应施工深度的单位延米固化材料累计量进行比对计算，计算得到对应施工深度的单位延米固化材料补偿量；
39、302d.干喷桩机运行模块按照预设单位延米固化材料补偿量给对应单位延米喷注固化材料；
40、302e.完成上行提钻阶段的施工和搅拌工作。
41、作为优选，所述301d中具体包括：
42、判断当前灰料流量与目标灰料流量的差值x是否满足-δ≤x≤δ，若是，则维持当前螺旋给料单元的下料速度，若否，判断x是否小于-δ，若是，则调高变频驱动电机的驱动速度，提高螺旋下料轴的转速，以调高螺旋给料单元的下料速度，若否，则x大于δ，降低变频驱动电机的速度，降低螺旋下料轴的转速，以降低螺旋给料单元的下料速度；δ为预设阈值；
43、所述302d中具体包括：
44、计算下钻过程中每段单位延米固化材料累积量与预设的单位延米固化材料喷灰量的差值y，并判断y是否满足-γ≤y，若是，则按照预设的钻具提升速度进行提钻工作，判断每段单位延米固化材料累计量是否小于预设的单位延米固化材料喷灰量，若否，则干喷桩机运行模块的钻具深度达到该单位延米前50cm时，降低提钻速度，控制灰料供应模块按照单位延米固化材料补偿量进行供灰补偿，γ为预设阈值。
45、作为优选，所述步骤1中还包括干喷桩机运行模块就位阶段：
46、桩位北斗定位传感器采集的桩位定位数据信息，根据桩位定位数据信息与预设的干喷桩机运行模块的桩位平面坐标比对得到桩位偏差补偿，中央控制模块根据桩位平偏差补偿调节干喷桩机运行模块的定位；
47、桅杆倾角传感器采集桅杆倾角数据信息，根据比对桅杆倾角数据信息与预设的桅杆倾角得到桅杆倾角补偿，中央控制模块根据桅杆倾角补偿调节桅杆的垂直度；
48、灰料供应模块准备阶段：
49、灰料计量单元对灰料存储单元计量称重得到灰料存储单元内固化材料余量，将固化材料余量与预设的单桩总用灰量比对得到固化材料补偿量，通过所述中央控制模块控制电控阀门对灰料存储单元进行泄压，并通过水泥罐按照固化材料补偿量加上螺旋给料单元最低工作灰料量的总和向灰料存储单元内输送固化材料；
50、所述气体喷射控制单元按照最低输送压力和最低输送气体流量向固气混合喷射单元供气。
1.一种干喷桩智能监测控制系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种干喷桩智能监测控制系统，其特征在于，所述干喷桩机运行模块为干喷搅拌桩机；
3.根据权利要求2所述的一种干喷桩智能监测控制系统，其特征在于，所述气体喷射控制单元包括第一空压机、第二空压机、气体储蓄罐和电控阀门，所述第一空压机通过管道与气体储蓄罐连接，所述气体储蓄罐通过管道与固气混合喷射单元连接，所述电控阀门接在气体储蓄罐与固气混合喷射单元之间的管道上；所述第二空压机通过管道分别与输灰管道、干喷搅拌桩机连接。
4.根据权利要求1所述的一种干喷桩智能监测控制系统，其特征在于，所述施工数据采集模块包括设在干喷桩机运行模块上的桩位北斗定位传感器、桅杆倾角传感器和钻具深度传感器，还包括设在灰料供应模块上的气体压力传感器、气体流量传感器和称重传感器；
5.根据权利要求1所述的一种干喷桩智能监测控制系统，其特征在于，所述预设执行参数包括干喷桩机运行模块的桩位平面坐标、桅杆倾角、钻具搅拌速度、钻具下钻速度、钻具提升速度、干喷搅拌桩施工深度和单桩总用灰量；还包括灰料供应单元的单位延米固化材料喷灰量、最低输送压力、最低输送气体流量以及输灰管道中固化材料与空气的比例值。
6.根据权利要求1所述的一种干喷桩智能监测控制系统，其特征在于，所述干喷搅拌桩智能监测控制系统还包括数据存储评价模块，所述数据存储评价模块与所述中央控制模块连接，用于存储预设执行参数、运行数据信息以及补偿控制数据信息，并根据预设执行参数、施工采集模块采集的数据信息以及补偿控制数据信息对干喷搅拌桩的施工质量进行评价。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述干喷桩智能监测控制系统的控制方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述301d中具体包括：
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述步骤1中还包括干喷桩机运行模块就位阶段：
