CN105258670A - 大坝内观沉降监测管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大坝内观沉降监测管，多个挠性管节互相连接，挠性管节的端头设有翘起的翻边，两个法兰圈压紧在两根挠性管节的翻边上，两个法兰圈之间通过螺栓连接。大坝内观沉降监测管用于埋设在构建物的内部，并由沿着大坝内观沉降监测管行走的监测装置获取大坝内观沉降监测管的数据。在法兰圈的内侧设有用于容纳翻边的翻边阶台，两个法兰圈之间设有凸凹定位结构。在法兰圈的内圈外侧设有外弧口。通过采用带翻边的挠性管节以法兰的方式互相拼接的结构，能够以较高的精度随着面板堆石坝面板挠度变化、坝体内部沉降和水平位移而随之变形，且便于实现密封，挠性管节的内壁光滑，表面摩擦力小，耐腐蚀，便于沿着大坝内观沉降监测管行走的监测装置获得精确数据。

Description

大坝内观沉降监测管

技术领域

本发明涉及工程测量装置领域，特别是一种大坝内观沉降监测管。本发明适用于超高混凝土面板堆石坝面板挠度、坝体内部沉降和水平位移分布式监测，也可用超高心墙堆石坝、土坝等工程的坝体沉降分布式监测。

背景技术

在大坝变形观测中，存在外部观测和内部观测之分，内部变形主要有坝体沉降和坝体上下游的水平位移观测。对面板堆石坝还有面板变形观测，周边缝变形观测等。坝体外部变形的观测仪器都埋设在外部，运行观测比较容易，仪器更新维护使得持续观测亦有保障。

目前传统坝体沉降监测仪器以水管式沉降仪为主，该方法是基于连通器的原理，其观测原理简单，可操作性强，工程应用实践丰富，且结合现代传感技术可实现自动化检测。传统式沉降仪不足之处在于观测结果受气压、温度等环境因子的干扰影响较大，且沉降监测是点式观测，一般间隔20~30米安装一个沉降测头，对施工干扰很大，费用较高。传统沉降仪还存在一个致命性缺点，即耐久性问题，大坝安全与运行年数往往是成反比的，埋设在坝体内部的沉降仪在监测初期的运行效果一般较好，但在后期会出现仪器设备损坏而无法维修更新的问题。

坝体内部水平位移主要采用传统的引张线水平位移计进行监测，基本原理是利用固定在坝体内部两端的钢丝将水平位移传递到传感器或者测量尺上。该方法测量原理简单、直观、不受温度和外界环境变化的影响，但是对钢丝的要求较高，钢丝本身会有一个弹性变形，坝体内部会有沉降，这会影响最终的测量精度。

对于混凝土面板堆石坝而言，面板挠度变形是坝体变形观测中必不可少的一部分。面板变形常规监测仪器有测斜仪，例如固定式测斜仪、活动式测斜仪、单点测斜仪等，通过近几十年的工程实践证明，测斜仪仍存在很多不足，一般只适用于小变形，施工条件复杂仪器的埋设粗活率不高，且后期由于仪器无法维修使用寿命有限，及点式测量的问题，测量数据有限不足以真实的反应出面板挠度变形曲线。

随着科学技术的不断发展，尤其光纤陀螺民用化，国内开始将光纤陀螺技术引用到大坝安全监测中，如蔡德所2003年成功将光纤陀螺技术成功运用于某工程的面板堆石坝面板挠度和坝体沉降变形监测，中国专利文献“坝体面板挠度或坝体内部水平及垂直变形装置”申请号：200410012677.3公开了一种光纤陀螺技术监测面板堆石坝面板挠度及坝体水平位移和坝体沉降装置，监测管道采用钢管和波纹管相间形成，检测装置通过检测监测管道的变形获得面板堆石坝面板挠度及坝体水平位移和坝体沉降数据，但在该方案中存在变形只在波纹管处，钢管不会随之变形，而且波纹管处凸凹不平，会干扰测量装置的测量精度，造成测量数据不精确。而且光纤陀螺测值漂移问题突出、管道布置方式单一、工程成本较高等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大坝内观沉降监测管，能够以较高的精度随着面板堆石坝面板挠度变化、坝体内部沉降和水平位移而随之变形，且内壁光滑，表面摩擦力小，耐腐蚀。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大坝内观沉降监测管，多个挠性管节互相连接，挠性管节的端头设有翘起的翻边，两个法兰圈压紧在两根挠性管节的翻边上，两个法兰圈之间通过螺栓连接。

大坝内观沉降监测管用于埋设在构建物的内部，并由沿着大坝内观沉降监测管行走的监测装置获取大坝内观沉降监测管的数据。

在法兰圈的内侧设有用于容纳翻边的翻边阶台，两个法兰圈之间设有凸凹定位结构。

在法兰圈的内圈外侧设有外弧口。

在挠性管节的端头之间设有密封圈，密封圈的内圈边缘设有牵引绳管悬挂孔。

还设有穿过挠性管节的中继悬挂件，中继悬挂件上设有中继悬挂孔。

中继悬挂件的顶部设有覆盖头，覆盖头为整个中继悬挂件最宽的位置，中继悬挂件的中部设有梯形部，在中继悬挂件28的底部设有中继悬挂孔。

大坝内观沉降监测管2的直径为200~299mm。

所述的挠性管节的内壁设有增厚部，在增厚部设有牵引绳孔。

所述的挠性管节采用超高分子量聚乙烯材料。

本发明提供的一种大坝内观沉降监测管，通过采用带翻边的挠性管节以法兰的方式互相拼接的结构，能够以较高的精度随着面板堆石坝面板挠度变化、坝体内部沉降和水平位移而随之变形，且便于实现密封，挠性管节的内壁光滑，表面摩擦力小，耐腐蚀，便于沿着大坝内观沉降监测管行走的监测装置获得关于面板堆石坝面板挠度变化、坝体内部沉降和水平位移的精确数据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中沿着坝体面板布置的大坝内观沉降监测管的监测系统示意图。

图3为本发明中水平布置在坝体中的大坝内观沉降监测管的监测系统示意图。

图4为本发明中大坝内观沉降监测管上中继悬挂件的局部放大示意图。

图5为本发明中大坝内观沉降监测管上中继悬挂件的横截面示意图。

图6为本发明中密封圈的横截面示意图。

图7为本发明中监测装置的结构示意图。

图8为本发明中监测装置的横截面示意图。

图9为本发明中大坝内观沉降监测管另一优选结构的横截面示意图。

图10为采用本发明测得的大坝挠度曲线。

图11为现有技术中的系统测得的大坝挠度曲线。

图中：坝体1，大坝内观沉降监测管2，挠性管节21，翻边22，密封圈23，法兰圈24，翻边阶台25，外弧口26，牵引绳管悬挂孔27，中继悬挂件28，覆盖头281，梯形部282，中继悬挂孔283，牵引绳管29，观测房3，监测装置4，采集板401，光纤陀螺仪402，加速度计403，磁传感器404，数据记录仪405，电源406，摄像头407，数据及充电接口408，缓冲装置409，牵引挂钩410，开关411，指示灯412，万向滚轮413，聚四氟乙烯支脚414，重锤5，牵引装置6，卷扬装置61，管底引导轮62，引导轮7，挡板8。

具体实施方式

如图1~3中，一种大坝内观沉降监测管，多个挠性管节21互相连接，挠性管节21的端头设有翘起的翻边22，两个法兰圈24压紧在两根挠性管节21的翻边22上，两个法兰圈24之间通过螺栓连接。由此结构，将各个挠性管节21可靠的互相连接。现有技术中的连接方式是先将挠性管节之间套接，然后再焊接的连接方式，这种方式会在连接位置形成变厚的结构，变厚的部分不容易随着坝体1的变形而随之变形，并且在连接的位置会形成错台，使连接位置的随动变形受到影响，相应整个大坝内观沉降监测管的随动变形精度受到影响。而如图2、3中所示的连接方式对大坝内观沉降监测管2的随动变形影响较小，从而提高测量精度。

优选的方案中，大坝内观沉降监测管2的直径为200~299mm。较小的直径能够更好的反映面板堆石坝面板挠度变化、坝体内部沉降和水平位移，从而提高监测的精度。

优选的，所述的挠性管节21采用超高分子量聚乙烯材料。即分子量150万以上的无支链的线性聚乙烯。该材料具有耐腐蚀、具有一定的挠性利于随动变形、成品表面光滑、表面摩擦力小，且易于加工的优点。

如图2、3中大坝内观沉降监测管用于埋设在构建物的内部，并由沿着大坝内观沉降监测管行走的监测装置4获取大坝内观沉降监测管的数据。通过监测装置4内的光纤陀螺仪402、三轴磁通门磁传感器、加速度计403，磁传感器404获得监测管道变形的精确数据。

优选的方案如图3中所示，在法兰圈24的内侧设有用于容纳翻边22的翻边阶台25，由此结构，使挠性管节21的翻边22被精确定位，避免在挠性管节21连接的位置产生错台。在两个法兰圈24之间设有凸凹定位结构，由此结构，确保法兰圈24之间同心，提高连接精度，进一步避免在挠性管节21连接的位置产生错台。

优选的方案如图3中所示，在法兰圈24的内圈外侧设有外弧口26。由此结构，当两个互相连接的挠性管节21在连接的部位变形时，法兰圈24不会对变形产生干涉。从而提高大坝内观沉降监测管2的变形精度。

优选的方案如图3、6中所示，在挠性管节21的端头之间设有密封圈23，由此结构，使整个大坝内观沉降监测管（2）保持密封，便于穿过水下。对于水平布置的大坝内观沉降监测管2，密封圈23的内圈边缘设有牵引绳管悬挂孔27。由此结构，便于挠性管节21之间的密封，同时对于如图3中的监测装置4两端牵引的方案，还能够用于固定牵引绳管29，避免牵引绳的下垂影响到监测装置4的运行。

优选的方案如图3~5中，还设有穿过挠性管节21的中继悬挂件28，中继悬挂件28上设有中继悬挂孔283。由于单根的挠性管节21长度通常达到6米，承载牵引绳的牵引绳管29容易下垂影响到监测装置4的运行，设置的中继悬挂件28能够对牵引绳管29形成支撑。中继悬挂件28也可以采用超高分子量聚乙烯材料，或其他耐腐蚀的材料制成。

中继悬挂件28的顶部设有覆盖头281，覆盖头281为整个中继悬挂件28最宽的位置，用于封住挠性管节21上的开孔，中继悬挂件28的中部设有梯形部282，用于固定中继悬挂件28的位置，并具有越拉越紧的效果，在中继悬挂件28的底部设有中继悬挂孔283，用于供牵引绳管29穿过。

另一优选的方案如图9中，所述的挠性管节21的内壁设有增厚部，在增厚部设有牵引绳孔。由此结构，便于牵引绳的安装。仅略微增加加工的难度。

本发明能够同时进行大坝面板挠度、坝体内部沉降、水平位移的变形监测，同时能够对变形进行预测以及综合评价大坝的运行状态。

只需要大坝内观沉降监测管2正确埋设在被测建筑物内部，监测装置4能够进行后期保养维修甚至更换，并且运算系统可以进行升级，整个分布式监测系统可以永久使用。

如图1中，还能够将变形监测管道铺设安装在混凝土面板堆石坝坝体1的面板表面，能对已经服役的大坝进行面板挠度变形监测。

可选的方案中，在大坝内观沉降监测管2的外壁间隔固定距离还设有永磁铁，在监测装置4上设有磁传感器404；由此结构，通过磁传感器404检测监测装置4在大坝内观沉降监测管2的位置，并和光纤陀螺仪402和加速度计403检测的数据相对应，以得到大坝的挠度曲线，如图10中所示。本例中每距离10m，即在大坝内观沉降监测管2的外壁设置永磁铁。

或者在另一可选的方案中，在大坝内观沉降监测管2的外壁或内壁间隔固定距离还设有电子标签，在监测装置4上设有近场通讯读取器。本例中，在挠性管节21的翻边的位置，或者法兰圈24内设置电子标签，由于电子标签自身无需电源，由近场通讯读取器发送的讯号产生的电源生成数据，因此，能够确保长时间的有效。同时电子标签中存储的ID数据，使监测装置4能够获得更精确的位于大坝内观沉降监测管2的位置的数据。

使用时，对于倾斜布置的大坝内观沉降监测管2，例如如图1、2中，设置在坝体1的面板的大坝内观沉降监测管2的监测中，仅需采用一套牵引装置6，牵引装置6的钢丝绳与监测装置4的尾部牵引挂钩410连接，监测装置4的头部与重锤5连接，本例中的重锤5重量约5kg，利用重锤5的重量使监测装置4沿着大坝内观沉降监测管2行走。通过牵引装置6中的卷扬装置61内设置的光电编码器，检测监测装置4到达大坝内观沉降监测管2底部的位置，停止一分钟，然后由牵引装置6将监测装置4引出。在行走过程中，光纤陀螺仪（402）、三轴磁通门磁传感器或加速度计（403）测得大坝内观沉降监测管（2）的数据，从而得到面板堆石坝面板挠度变化、坝体内部沉降和水平位移。

如图3中对于水平埋设在坝体（1）内的大坝内观沉降监测管（2），牵引装置6为至少两个卷扬装置61，一个卷扬装置61的牵引绳与监测装置4的尾部的牵引挂钩410连接，另一个卷扬装置61的牵引绳穿过牵引绳管29，绕过位于大坝内观沉降监测管2底部的两个管底引导轮62后与监测装置4的头部的牵引挂钩410连接；通过两个卷扬装置61的牵引实现监测装置4在水平埋设的大坝内观沉降监测管2中的移动。在移动过程中，监测装置4上的光纤陀螺仪402和加速度计403将检测到的数据连续发送至采集板401，然后发送至数据记录仪405，当监测装置4运行至大坝内观沉降监测管2的底部，触碰到挡板8后停止一分钟，然后两个卷扬装置61换向，将监测装置4引出。通过设置在监测装置4的数据及充电接口408将数据复制出来，数据及充电接口408具有防水功能，防止监测装置4进水。优选的方案中，在监测装置4中还设有无线传输装置，能够实时将数据发送至位于观测房3的电脑，进行实时分析。本例中监测装置4的头部是指指向牵引绳管29底部的一端，如图3中所示。优选的，在卷扬装置61内设有光电编码器，用于控制牵引的距离。

在监测装置4的底部设有球形万向滚轮413，由此结构，利于监测装置4的行走。

或者在监测装置4的底部设有聚四氟乙烯支脚414。由于挠性管节21的内壁摩擦力较小，因此采用固定的支脚有利于降低滚轮的转动对于高精度的光纤陀螺仪402的影响，从而进一步提高监测精度。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大坝内观沉降监测管，其特征是：多个挠性管节（21）互相连接，挠性管节（21）的端头设有翘起的翻边（22），两个法兰圈（24）压紧在两根挠性管节（21）的翻边（22）上，两个法兰圈（24）之间通过螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的一种大坝内观沉降监测管，其特征是：大坝内观沉降监测管用于埋设在构建物的内部，并由沿着大坝内观沉降监测管行走的监测装置（4）获取大坝内观沉降监测管的数据。

3.根据权利要求1所述的一种大坝内观沉降监测管，其特征是：在法兰圈（24）的内侧设有用于容纳翻边（22）的翻边阶台（25），两个法兰圈（24）之间设有凸凹定位结构。

4.根据权利要求1所述的一种大坝内观沉降监测管，其特征是：在法兰圈（24）的内圈外侧设有外弧口（26）。

5.根据权利要求1所述的一种大坝内观沉降监测管，其特征是：在挠性管节（21）的端头之间设有密封圈（23），密封圈（23）的内圈边缘设有牵引绳管悬挂孔（27）。

6.根据权利要求1所述的一种大坝内观沉降监测管，其特征是：还设有穿过挠性管节（21）的中继悬挂件（28），中继悬挂件（28）上设有中继悬挂孔（283）。

7.根据权利要求1所述的一种大坝内观沉降监测管，其特征是：中继悬挂件（28）的顶部设有覆盖头（281），覆盖头（281）为整个中继悬挂件（28）最宽的位置，中继悬挂件（28）的中部设有梯形部（282），在中继悬挂件28的底部设有中继悬挂孔（283）。

8.根据权利要求1所述的一种大坝内观沉降监测管，其特征是：大坝内观沉降监测管（2）的直径为200~299mm。

9.根据权利要求1所述的一种大坝内观沉降监测管，其特征是：所述的挠性管节（21）的内壁设有增厚部，在增厚部设有牵引绳孔。

10.根据权利要求1~9任一项所述的一种大坝内观沉降监测管，其特征是：所述的挠性管节（21）采用超高分子量聚乙烯材料。