本發(fā)明涉及一種大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)及監(jiān)測(cè)方法，屬于水利水電工程輸水管道變形測(cè)量。

背景技術(shù)：

1、隨著國(guó)家水網(wǎng)工程建設(shè)的推進(jìn)，修建了大量的輸水管道，如何保證這些輸水管道的長(zhǎng)期運(yùn)行安全就顯得尤為重要。由于基礎(chǔ)不均勻沉降或周邊結(jié)構(gòu)物變形、以及管道充放水所引起的沖擊荷載等不利條件，導(dǎo)致管道連接部位出現(xiàn)明顯的錯(cuò)動(dòng)變形，進(jìn)而引起管道漏水、破損甚至斷裂等是影響輸水管道整體運(yùn)行安全的主要問題。

2、目前，通常采用人工巡視并用鋼尺測(cè)量或安裝測(cè)縫計(jì)的方式對(duì)管道的錯(cuò)動(dòng)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但由于輸水管道線路長(zhǎng)，有的甚至達(dá)到幾十公里，傳統(tǒng)的人工巡視與測(cè)量方式，工作效率極低，而且存在漏檢、誤報(bào)和及時(shí)性差的問題；而采用安裝測(cè)縫計(jì)的方式，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化觀測(cè)，但僅能夠測(cè)量管道軸向的開合情況，不能準(zhǔn)確獲取管道垂直和水平方向的錯(cuò)動(dòng)變形。而且傳統(tǒng)手段對(duì)于大管徑的輸水管道而言，受測(cè)量?jī)x器自身量程限制，在管道發(fā)生較大錯(cuò)動(dòng)變形時(shí)，儀器極易損壞，導(dǎo)致無(wú)法獲取有效的測(cè)量數(shù)據(jù)。

3、公開號(hào)為cn209559118u的中國(guó)專利文獻(xiàn)，公開了一種管廊拼接縫變形量的測(cè)量裝置，能夠同時(shí)對(duì)管廊拼接縫的拼縫張開量和差異沉降進(jìn)行獨(dú)立、準(zhǔn)確的測(cè)量。但是，該裝置不能測(cè)量管廊在水平方向的錯(cuò)動(dòng)變形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)及監(jiān)測(cè)方法。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：

3、一種大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，包括管道a、管道b、雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)，所述管道b的一端通過伸縮節(jié)與管道a的一端連接，所述雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、所述位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)均與管道a和管道b連接，且所述雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)和所述位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)均跨過伸縮節(jié)，所述數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)與雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)電性連接。

4、所述雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括雙向傾角檢測(cè)組件，雙向傾角檢測(cè)組件的一端通過彈簧a連接有底座a，且底座a設(shè)在管道a的外壁上，雙向傾角檢測(cè)組件的另一端通過彈簧b連接有底座b，且底座b設(shè)在管道b的外壁上。

5、所述雙向傾角檢測(cè)組件為雙軸傾角計(jì)，且雙軸傾角計(jì)與數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)電性連接。

6、所述底座a和底座b均為彎桿球頭桿端關(guān)節(jié)軸承。

7、所述位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括底座c、滑輪、角位移檢測(cè)組件和拉線，底座c設(shè)在管道a的外壁上，滑輪中心軸的一端與管道b的外壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接，角位移檢測(cè)組件設(shè)在管道b的外壁上，并用于檢測(cè)滑輪的角位移，拉線的一端與底座c連接，中部從滑輪上繞過，另一端連接有重錘塊。

8、所述底座c為彎桿球頭桿端關(guān)節(jié)軸承；

9、所述角位移檢測(cè)組件為旋轉(zhuǎn)編碼器，與滑輪的中心軸連接，并與數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)電性連接；

10、所述拉線采用不銹鋼絲制成。

11、位于所述底座c和滑輪之間的拉線與雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)平行布置。

12、所述數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)包括控制器、無(wú)線傳輸模塊和中央控制系統(tǒng)，控制器與雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)電性連接，無(wú)線傳輸模塊與控制器電性連接，中央控制系統(tǒng)與無(wú)線傳輸模塊無(wú)線連接。

13、一種大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

14、步驟一、在初始狀態(tài)下，即輸水管道沒有發(fā)生錯(cuò)動(dòng)變形時(shí)，管道b與管道a同軸布置，雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)沿管道b的軸向布置，且雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)自身在水平方向和垂直方向的角度均為0°，底座c和滑輪之間的拉線與雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)平行，并已知此時(shí)底座c與滑輪之間的拉線長(zhǎng)度為l0；

15、步驟二、通過雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)檢測(cè)其自身在垂直方向的傾角α和在水平方向的傾角β，通過角位移檢測(cè)組件實(shí)時(shí)檢測(cè)滑輪的角位移，并分別將相關(guān)信息傳輸給數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)；

16、步驟三、當(dāng)輸水管道的伸縮節(jié)處發(fā)生錯(cuò)動(dòng)變形時(shí)，數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)根據(jù)傾角α、傾角β和滑輪的角位移，計(jì)算出輸水管道在伸縮節(jié)處的垂直錯(cuò)動(dòng)變形δh和水平錯(cuò)動(dòng)變形δs。

17、所述步驟三中數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)根據(jù)傾角α、傾角β和滑輪的角位移，計(jì)算出輸水管道在伸縮節(jié)處的垂直錯(cuò)動(dòng)變形δh和水平錯(cuò)動(dòng)變形δs的方法包括以下步驟：

18、步驟、根據(jù)滑輪的角位移，及已知量拉線的線徑和拉線與滑輪的切點(diǎn)到滑輪中心的距離，計(jì)算出底座c與滑輪之間拉線的長(zhǎng)度變化量δli；

19、步驟、按照下式計(jì)算輸水管道在伸縮節(jié)處的垂直錯(cuò)動(dòng)變形δh和水平錯(cuò)動(dòng)變形δs，

20、δh＝(l0+δli)×sinα，

21、δs＝(l0+δli)×sinβ。

22、本發(fā)明的有益效果在于：

23、1、實(shí)現(xiàn)了輸水管道垂直錯(cuò)動(dòng)變形δh和水平錯(cuò)動(dòng)變形δs的高精度自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形問題，減少了人工干預(yù)，提高了工作效率，有效避免了因管道錯(cuò)動(dòng)變形引發(fā)的安全事故，確保了輸水管道的長(zhǎng)期運(yùn)行安全。

24、2、雙軸傾角計(jì)的端部采用彈簧與彎桿球頭桿端關(guān)節(jié)軸承相結(jié)合的柔性連接方式與管道a和管道b的外壁連接，避免了雙軸傾角計(jì)因與管道剛性連接而在輸水管道發(fā)生大的錯(cuò)動(dòng)變形時(shí)損壞的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)保證了雙軸傾角計(jì)的位置調(diào)整與輸水管道在伸縮節(jié)處的錯(cuò)動(dòng)變形同步、協(xié)調(diào)進(jìn)行，確保錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)工作長(zhǎng)期正常進(jìn)行，且數(shù)據(jù)有效可靠。

25、3、利用雙軸傾角計(jì)始終與底座c和滑輪之間拉線保持平行的準(zhǔn)直線方法，分別獲取雙軸傾角計(jì)在垂直方向的傾角α和在水平方向的傾角β，及拉線的活動(dòng)位移量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)相鄰管道a和管道b在空間上的垂直錯(cuò)動(dòng)變形和水平錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)，具有測(cè)量原理簡(jiǎn)單易懂，數(shù)據(jù)成果精度高等優(yōu)點(diǎn)。

26、4、管道錯(cuò)動(dòng)變形的測(cè)量量程取決于拉線的長(zhǎng)度，因此，測(cè)量量程較現(xiàn)有技術(shù)手段而言顯著增大，能夠在大管徑輸水管道發(fā)生大錯(cuò)動(dòng)變形時(shí)而不被損壞，可實(shí)現(xiàn)大量程、長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，確保了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括管道a(1)、管道b(2)、雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)(11)，所述管道b(2)的一端通過伸縮節(jié)(3)與管道a(1)的一端連接，所述雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、所述位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)均與管道a(1)和管道b(2)連接，且所述雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)和所述位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)均跨過伸縮節(jié)(3)，所述數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)(11)與雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)電性連接。

2.如權(quán)利要求1所述的大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括雙向傾角檢測(cè)組件(6)，雙向傾角檢測(cè)組件(6)的一端通過彈簧a(401)連接有底座a(4)，且底座a(4)設(shè)在管道a(1)的外壁上，雙向傾角檢測(cè)組件(6)的另一端通過彈簧b(501)連接有底座b(5)，且底座b(5)設(shè)在管道b(2)的外壁上。

3.如權(quán)利要求2所述的大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述雙向傾角檢測(cè)組件(6)為雙軸傾角計(jì)，且雙軸傾角計(jì)與數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)(11)電性連接。

4.如權(quán)利要求2所述的大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述底座a(4)和底座b(5)均為彎桿球頭桿端關(guān)節(jié)軸承。

5.如權(quán)利要求1所述的大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括底座c(7)、滑輪(8)、角位移檢測(cè)組件和拉線(9)，底座c(7)設(shè)在管道a(1)的外壁上，滑輪(8)中心軸的一端與管道b(2)的外壁轉(zhuǎn)動(dòng)連接，角位移檢測(cè)組件設(shè)在管道b(2)的外壁上，并用于檢測(cè)滑輪(8)的角位移，拉線(9)的一端與底座c(7)連接，中部從滑輪(8)上繞過，另一端連接有重錘塊(10)。

6.如權(quán)利要求5所述的大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述底座c(7)為彎桿球頭桿端關(guān)節(jié)軸承；

7.如權(quán)利要求5所述的大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：位于所述底座c(7)和滑輪(8)之間的拉線(9)與雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)平行布置。

8.如權(quán)利要求1所述的大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)(11)包括控制器、無(wú)線傳輸模塊和中央控制系統(tǒng)，控制器與雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)電性連接，無(wú)線傳輸模塊與控制器電性連接，中央控制系統(tǒng)與無(wú)線傳輸模塊無(wú)線連接。

9.一種如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：

10.如權(quán)利要求9所述的大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于：所述步驟三中數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)(11)根據(jù)傾角α、傾角β和滑輪(8)的角位移，計(jì)算出輸水管道在伸縮節(jié)(3)處的垂直錯(cuò)動(dòng)變形δh和水平錯(cuò)動(dòng)變形δs的方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種大管徑輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)及監(jiān)測(cè)方法，屬于水利水電工程輸水管道變形測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。該結(jié)構(gòu)包括管道A、管道B、雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)，所述管道B的一端通過伸縮節(jié)與管道A的一端連接，所述雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、所述位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)均與管道A和管道B連接，且所述雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)和所述位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)均跨過伸縮節(jié)，所述數(shù)據(jù)采集處理機(jī)構(gòu)與雙向傾角檢測(cè)機(jī)構(gòu)、位移檢測(cè)機(jī)構(gòu)電性連接。實(shí)現(xiàn)了輸水管道垂直錯(cuò)動(dòng)變形ΔH和水平錯(cuò)動(dòng)變形ΔS的高精度自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理輸水管道錯(cuò)動(dòng)變形問題，減少了人工干預(yù)，提高了工作效率，有效避免了因管道錯(cuò)動(dòng)變形引發(fā)的安全事故，確保了輸水管道的長(zhǎng)期運(yùn)行安全。

技術(shù)研發(fā)人員：馬志堅(jiān),彭浩,張秋實(shí),朱寶強(qiáng),鄭雪玉,卞曉衛(wèi),李映,肖林嵐,易偉,周以林,郭法旺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6