CN114017554A - 一种混凝土管道的管口对接方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种混凝土管道的管口对接装置，其用于第一管道和第二管道的对接，第一管道，处于流体流动的下游位置，第二管道，其以插口面向第一管道承口的方式被吊机吊起并逐渐移动至插口与承口相互连通的状态，装置包括检测部，检测部两端分别连接至各自穿过第一管道和第二管道轴线的第一轴心点和第二轴心点，在第二管道插口从未接触到完全进入第一管道承口的过程中，检测部被构造为能够响应于第二管道轴线在纵向平面上相较于第一管道轴线的偏移而产生对抗偏移的弹性势能的方式在其本身产生弯曲应变力以引导第一轴心点与第二轴心点处于共线且同轴状态和/或基于第一轴心点和第二轴心点在纵向平面上的相对位置关系获得管口纵向间隙。

Description

一种混凝土管道的管口对接方法及装置

技术领域

本发明涉及管道施工领域，尤其涉及一种混凝土管道的管口对接方法及装置。

背景技术

水利设施建设工程属于城市管网建设工程的一种，其通常采用多个预制的管道，例如混凝土预制管道，利用承插法将上下游的管道进行对接，按照预先设计的施工方案以及施工流程，依照预先规定的线路敷设管道。

CN113309912A涉及一种混凝土管道的接口密封结构及密封方法，用于解决现有技术所存在的混凝土管道承压能力差，管内液体容易泄漏的不足之处。该混凝土管道的接口密封结构，包括承管、与所述承管同轴对接的插管、安装在插管端口的橡胶密封圈，且橡胶密封圈位于所述承管内，述承管在靠近端口处的管壁上设置有沿圆周分布的至少四个圆形预留孔；所述圆形预留孔内设置有与其相适配的堵头；所述插管的外壁上设置有与承管管壁上圆形预留孔相对应的环形凹槽；所述环形凹槽内填充有填料。

然而现有技术中没有涉及到如何在对接管道时控制其纵向间隙的问题，根据《给水排水管道工程施工及验收规范》文件中规定的验收标准，钢筋混凝土管管口间的纵向间隙为7mm～15mm之间为合格，然而由于安装、原材料、施工、自然因素、人为因素、设备因素等原因，实际上的管口间纵向间隙有一定的可能不在上述标准范围之内，过大或者过小的纵向间隙可能会导致管道漏水、密封圈失效等等问题，严重的造成水体泄露导致周围土壤基质被冲刷继而造成路面沉降导致塌方的危险。常规的验收中，通常采用事后检查的方案，即在一组管道连接完成之后再由质量人员去全检或抽检管道连接处的纵向间隙，但是此种方式不但费时费力，而且事后补救措施往往是将已经连接好的管道拆下重新对接，浪费大量的时间，并且检测后仅能够给出该接口部分纵向间隙是否符合需求，对如何改进此次对接以使得其符合要求的问题没有贡献，工人只能够凭借经验进行重新对接，对接的结果合格率仍然是不可预知的状态。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种混凝土管道的管口对接装置，其用于管道对接过程，过程简化为第一管道和第二管道的对接，第一管道，其已经固定在其它管道上，处于流体流动的下游位置，第二管道，其以插口面向第一管道承口的方式被吊机吊起并逐渐移动至插口与承口相互连通的状态，装置包括检测部，检测部两端分别连接至各自穿过第一管道和第二管道轴线的第一轴心点和第二轴心点，其中，在第二管道插口从未接触到完全进入第一管道承口的过程中，检测部被构造为能够响应于第二管道轴线在纵向平面上相较于第一管道轴线的偏移而产生对抗偏移的弹性势能的方式在其本身产生弯曲应变力以引导第一轴心点与第二轴心点处于共线且同轴状态和/或基于第一轴心点和第二轴心点在纵向平面上的相对位置关系获得管口纵向间隙。

本实施例采用的具有一定弹性的检测部分别连接两个管道的轴心点的方式首先在管道对接的过程中实现了在管道的吊装过程中利用检测部本身收到轴心点偏移而产生的弹性势能来对抗两个管道轴线偏移的趋势，使得第二管道的轴线能够在检测部本身的恢复弹性下而逐渐减小晃动并向第一管道的轴线对齐，当第二管道与第一管道的轴线共线时，管口各处的纵向间隙被规范为一致，使得沿管口各个径向的纵向间隙均保持相似并且均能够落入验收标准的7-15mm范围内，防止了由于管道在吊装过程中由于各种因素而产生的在纵向上的轻微晃动导致第二管道与第一管道对接时轴线偏移所带来的管口各处纵向间隙不均匀、呈一边大一边小的状况，这种情况下，管口的某一处纵向间隙很有可能会落入上述验收标准之外，导致安装不合格，需要返工。并且本方案所利用的检测部在利用恢复弹性力来引导第二管道轴向对其第一管道的过程中，其所需要的弹性力或者说对检测部本身的弹性性能、最大弯曲承载力的需求是很低的，因为管道的大部分重量均由吊机所承担，管道由于环境振动、气体流动、吊机振动等因素而导致的其在纵向方向上的轻微晃动仅需要较小的引导力即可使得第二管道的轴向回到接近与第一管道平齐的状态。因此，本实施例采用的检测部并不需要进行专门的设计，采用市面上能够采购的部件即可，这极大地减少了本装置的设置难度、设计成本，无需大型设备、大型施工、单个或几个工人即可安装，使用方便。其次，同时利用检测部的形变所产生的检测部两端在纵向投影面上的偏移检测来表征两个管道轴线的偏移情况，通过结合偏移量以及预设的管道参数可以在虚拟计算中构建两管道的承口和插口的相对位置图像，通过计算图像上两简化圆之间的间隙宽度，即可以直观且准确地获得纵向间隙是否符合验收标准以及纵向间隙的分布情况。相较于在管道安装完成后才利用检测仪器来抽样检测管道的纵向间隙的方案，采用本装置可以在管道对接的全程获得纵向间隙的每一个时刻的变化数据，能够获得管口每一处的纵向间隙以及整体的分布情况，同时不会造成对缝隙检测的侵入式损坏，并且可以使用应变力检测的方式来检测偏移的距离以及角度，而不采用视觉识别的方式，不仅可以获得视觉识别能够获得的距离和角度等基础数据，还能够实时记录应变力的变化，可以实时反应管道在纵向上的受力变化、插口对承口在各个方向上的施力变化，非常有利于事后分析管道的连接情况、分析管道的受力、使用寿命、承载情况、抗压能力、抗震能力、密封圈积压情况等等方面，并且仪器简单，避免在大型工程中长时间使用精密仪器而导致的仪器寿命缩短、仪器损坏等情况，节省工程成本。本实施例所采用的检测部可以不仅可以通过检测应变力来计算获得两个管口的对接情况、形成的纵向间隙，还可以将其在管口对接完成后其上的应变力作为直接或间接指示管口间在纵向相互挤压、相互支撑的不均匀分布的施力或受力情况，以使得工程人员能够根据此受力情况来至少判断管口在纵向面上不同位置的受力、寿命，密封圈在纵向上不同位置受到的挤压力、挤压形变量等情况，因为即使在一次管口对接完成并且其纵向间隙各处满足验收标准，实际上来说两个管的管口仍然大概率不是呈完全的同轴状态的，也即是说除开管道本身的重力对密封圈的挤压影响，密封圈在管道径向各处的形变情况、受力情况也不是完全一致且均匀的，使得密封圈在后续使用时各处的使用寿命、受到外界因素的影响、产生的阻滞效果均有差别，传统的检测方案以及所用的检测仪器仅用于检测管口的纵向间隙而不能够反映管口对纵向各处的施受力偏转情况，而额外检测这些受力也十分困难并且不适用于大型工程连续工作的需求。本实施例采用的可以产生弹性偏转的检测部不仅能够通过自身的偏转所形成的弹性势能将管道的对接过程尽量引导至管道轴线对齐的状态以提升纵向间隙验收合格率，还能够通过自身两个端头在纵向平面上的相对位移来获得管口纵向各处的纵向间隙，并且在纵向间隙符合标准的情况下还能够根据自身的应变力情况直接或者间接反映管口纵向各处之间的施受力情况，为后续维护、监测、评估管口本身或者密封圈的在纵向平面上各处的使用寿命、承载力预期等工作提供方便，共同提升管道的使用安全性、持久性、稳定性。

优选地，还包括处理部，处理部按照接受检测部发送的其本身两端所表征的第一轴心点和第二轴心点在纵向平面上的偏移量的方式来构建描述第二管道插口和第一管道承口关系的接口模型，其中，偏移量至少包括纵向偏移角度和纵向偏移距离，构建过程至少需要预设的插口和承口尺寸数据。

优选地，接口模型构成为基于以第一轴心为基准点和基于偏移量计算的第二轴心位置形成的符合插口和承口尺寸数据的至少两个径向尺寸不同，圆心位置随时间重合或不重合的圆，纵向间隙由两圆之间的径向宽度算出。

优选地，处理部持续向外界发送纵向间隙和/或基于预设的验收标准判断纵向间隙是否符合验收标准后选择性地向外界发送报警信息。

优选地，还包括第一固定部和第二固定部，两个固定部按照能够分别接触在第一管道和第二管道上并至少能够对抗沿管道轴向作用在其上至少一个点位或任意点位的施加力以至于不会产生与管道间的相对移动的方式来构建。

优选地，第一固定部和第二固定部各自靠近所在管道轴线的位置分别设置有第一中央稳定部和第二中央稳定部，检测部是通过连接至分别设置在第一管道和第二管道内的第一中央稳定部和第二中央稳定部的方式连接在第一轴心点和第二轴心点上的。

优选地，还包括接线部，至少一个或者多个接线部将第二中央稳定部的多个相同或不同的位点与第二固定部的不同位点进行固定并将整体构造为能够使得第二中央稳定部上的第二轴心点至少在接线部呈自然伸展状态下位于第二管道的轴线上。

一种混凝土管道的管口对接方法，包括如下步骤，利用吊机将第二管道其以插口面向已经固定好的第一管道承口的方式吊装至第一管道附近，将检测部两端分别连接至自穿过第一管道和第二管道轴线的第一轴心点和第二轴心点，控制第二管道在检测部响应于第二管道轴线在纵向平面上相较于第一管道轴线的偏移而产生对抗偏移的弹性势能的方式在其本身产生弯曲应变力的引导下完成与第一管道的对接，基于第一轴心点和第二轴心点在纵向平面上的相对位置关系获得管口纵向间隙。

优选地，基于检测部本身两端所表征的第一轴心点和第二轴心点在纵向平面上的偏移量的方式来构建描述第二管道插口和第一管道承口关系的接口模型，其中，偏移量至少包括纵向偏移角度和纵向偏移距离，构建过程至少需要预设的插口和承口尺寸数据。

优选地，接口模型构成为基于以第一轴心为基准点和基于偏移量计算的第二轴心位置形成的符合插口和承口尺寸数据的至少两个径向尺寸不同，圆心位置随时间重合或不重合的圆，纵向间隙由两圆之间的径向宽度算出。

附图说明

图1是本发明提供的对接装置在管口接触前的结构示意图；

图2是本发明提供的对接装置在管口接触后的结构示意图；

图3是本发明中构建的接口模型中两轴心点重合情况下的示意图；

图4是本发明中构建的接口模型中两轴心点不重合情况下的示意图；

图5是本发明中计算偏移量的示意图；

图中：100、第一管道；110、第一固定部；120、第一中央稳定部；130、第一轴心点；140、承口；200、第二管道；210、第二固定部；220、第二中央稳定部；230、第二轴心点；240、插口；250、接线部；300、检测部；400、密封圈；001、纵向偏移距离；002、纵向偏移角度。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

图1和图2所示，本发明提供一种混凝土管道的对接方法及装置，其用于对大型工程建设中的地下深埋或地上半埋管道的连接。目前工程上常用的大型管道均采用预制的混凝土管道通过首尾相连对接来组成，预制混凝土管道是用混凝土或钢筋捆扎呈柱状之后浇筑形成的管状结构，一般来说，同一批次或者同一型号的混凝土管道具有同样的管道长度以及管径参数，在进行施工时，施工方需要将数个选定型号的混凝土管道按照首尾相连的方式排列对接呈一个整体管道结构，该管道的径向走向是预先规定的管道设计走向，以下将混凝土管道简称为管道。该类管道通常作为雨水排水管道、污水排水管道、电缆通道或者其它用途的管道存在，在大部分情况下，对接后的管道需要进行封口和回填的操作。在工程上，对预先需要埋设管道的场地进行开挖，形成一个可以是呈倒开口的U形槽结构，首先需要在槽内的预设固定位置间隔设置用于稳固以及承托管道的基础，这种基础可以是管道桩，在槽底部沿槽轴线对称的两侧分别设置有复数个管道桩，管道桩之间形成一个用于放置或者承托管道的空间，管道桩之间可以构成能够配合管道周向其中一段弧度的圆弧状承托部件。在另一种实施例下，还可以直接在开挖的槽底设置土弧，土弧大多由人工进行开挖、整理，土弧的弧长、角度、弧度应当按照设计要求来构造以保证管道的至少一部分可以配合地包裹进土弧当中。土弧自身设计的角度，也即是它能够包裹管道的部分弧度区域与管道中心连线之间的角度决定了其对管道的承载受力情况以及相同参数下的效果等评价结果。

然后将预先运送至施工场地的预制混凝土管道一节一节地通过吊装的方式将其下放至开槽的固定基础上，进行吊装前需要检查混凝土管道的管口、整体外观、承口140和插口240的尺寸、平面的状态、完整性、结构强度，在人工进行逐一或者抽样地检查后将检查结果形成记录，并且将检测符合预想设计标准的管道用于后续的管道铺设过程。吊装的过程同样具有一定的需求，由于混凝土管道具有一定的脆性，其不能受到短时间较大力量的冲击，否则容易造成其碎裂，因此在吊装时，需要利用一些专用的吊装工具，这些工具是专门为吊装混凝土管道而设计的设备，使得在吊装混凝土时，其整体安全性能够得到保证，在吊装时需要首先寻找一节管道的重心位置，以将管道垂直且平衡地吊起。在将一节管道吊装至开口槽内部时需要注意承口140和插口240的方向，一般工程要求是，承口140需要放置在流体流通的上游处，也即是说上一节管道流出的流体应当先由该节管道的承口140流入。

在此为方便后续描述，先对工程中常用的混凝土管道结构做出说明。如图所示，管道大致呈管状结构，管道大致具有两个端口，也可以说是两个开口，这两个端口是与管道内部开设的流体通道相连通的，也即是说流体可以通过其中一个端口进入管道内部的流体通道然后再由另一个端口流出。管道具有一定的厚度，沿其轴向观察来看，大致可以呈现为一圆环形状，圆环的内圆与外圆之间的部分为实体的混凝土构成，圆环的内圆内部区域为空置区域以方便流体通过，内圆的径向尺寸在三维空间描述下的管道中即为流体通道的管径。为方便相邻的两个管道能够对接形成一个总的管道时，其内部流过的流体不能从两个管道的接口处向外流出，承口140的开口尺寸被配置为稍大于插口240的开口尺寸，插口240的开口尺寸可以选择性地配置为流体通道的管径。即从承口140的开口轴向进行观察，其不同于上述管道的圆环形开口，而是大致呈现为三圆环的形状，其至少具有三个圈层，包裹圆处于最外层，其径向尺寸最大，中间层的径向尺寸优选配置为与管道外圆尺寸一致，最内层的径向尺寸优选配置为与管道内圆尺寸一致。中间层与最外层在轴向上处于同一垂直于轴线的平面，最内层与上述两层在轴向上具有一定的错位，处于非同一平面且按照流体流动的单程方向来看，最内层相对于上述两层处于更下游的位置。中间层与最外层之间的圆环构成实体结构，其用于包裹以及对管道提供支撑力。中间层与最内层之间的圆环在三维空间上构成了两边缘具有高低落差的实体台阶结构，且台阶的宽度与上述管道的管壁厚度一致，其用于对接管道。插口240即为管道除承口140外的另一端，其开口尺寸包括壁厚均可以设置为与管道尺寸一致。上述尺寸配置为理想情况，即管道的每一个组成段落，尤其是上下两个管道的连接部分的插口240和承口140是完全不产生错位、形变以及误差的情况下提出的，实际上，由于材料、工艺、施工、自然因素、人为因素等多方面因素的影响下，承口140并不能够恰好与插口240完美对齐，因此承口140壁与插口240外壁之间存在一定的间隙，即承口140与插口240之间呈间隙配合。在将上下两个管道对接时，常用的做法是在承口140与插口240之间的缝隙内加入预制尺寸的密封圈400，密封圈400具有一定的弹性，并且密封圈400的尺寸优选设计为与上述缝隙呈过盈配合，使得密封圈400可以受自身恢复弹力的作用下而紧贴至插口240与承口140的两个侧壁上以形成对缝隙中想要向外溢流的流体的阻挡。

上述承口140与插口240间的缝隙为管道对接工作产生了一定的不确定性，在实际的安装过程中，对于一段已经安装完成的管段进行质量检查，经常会发现在管段通水检查时在管道的连接部分出现漏水的情况，这至少说明管道的安装质量不合格，水或者说流体从管道之间泄露，有可能会对管道周围的土质进行冲刷、渗透、润湿，进而引发管道沉降，如果管道位于路基的下方，则还有可能造成路面的沉降，严重的情况下还可能引发爆管和影响路上行人以及车辆安全通行的问题。

根据《给水排水管道工程施工及验收规范》文件中规定的验收标准，钢筋混凝土管管口间的纵向间隙为7mm～15mm之间为合格，然而由于安装、原材料、施工、自然因素、人为因素、设备因素等原因，实际上的管口间纵向间隙有一定的可能不在上述标准范围之内。上述管口纵向间隙是指承口140与插口240的壁之间的距离，是垂直于管道轴向方向的间隙，其影响的是管道承插口240接口的左右、上下的缝隙大小，根据上述验收规范中对于纵向间隙的规定可知，该纵向间隙具有上下限，如果纵向间隙超过上限，则可能导致该侧的密封圈400没有充足的恢复弹性力或者是密封圈400完全没有受到挤压，导致流体较容易从该处泄露，相应地，如果纵向间隙低于下限，则可能导致该侧密封圈400过分挤压，使得密封圈400使用寿命下降并且不利于后续对管体及其它部位的轻微形变缓冲受力。

针对一批已经搭建完成的管段，对每一个管道的连接处进行检查，将纵向间隙不符合上述规定的连接处进行记录，最终的调查结果中呈现出合格率、低于下限的次数、频次，高于上限的次数、频次等内容。可以发现，在一些施工现场大量存在管口纵向间隙不符合验收规定的情况。

造成上述问题的因素至少包括以下几个末端因素。环境因素、人员因素、机械因素、测量因素、材料因素和方法因素。环境因素是指在搭建管段之前或者之间为本次搭建所预先构建的搭建环境，例如天气条件、控制施工环境条件等，其中尤其是为本次搭建过程所预先开设的沟槽环境非常重要，沟槽的尺寸应当预先根据各方参数进行设计，开槽时也需要对每一个设计参数进行精确把控，沟槽如果开挖的尺寸较小，那么后期搭建管段的作业空间将被限制，有可能会导致纵向间隙不合格。人员因素是指在搭建过程中施工人员的工作随意性，施工人员施工经验不足、没有相应施工资质、技术人员在指导施工时技术细节传达不到位、技术方案编撰不到位等因素有可能会导致纵向间隙不合格。机械因素是指搭建过程中使用的机械能否符合本次搭建的基本要求，例如将管道吊装的吊车等设备，其工作参数是否能满足将管道吊起、位移、旋转并且平稳放下的操作，使用不符合要求的机械有可能会导致纵向间隙不合格。测量因素是指节点检测人员在进行施工检查时所采用的检测工具，例如尺子、测距仪、测隙仪等的检测精度有没有达到要求或者在使用时有没有达到要求的精度，检测工具随着使用次数、环境变化、腐蚀、松动等因素会下降其精度，因此检测精度会影响纵向缝隙的合格情况。材料因素是指所采用的管道是否合格，合格的预制管道不仅本身应当在设计参数所规定的范围内，数个预制管道之间也应当保持一致，管口的不平整、尺寸差异均有可能会导致纵向间隙不合格。方法因素是指施工的方法上是否符合要求，常用的管道安装方法为倒链法，在安装管道时需要在接口处涂覆指定的润滑剂。倒链法的安装流程是：利用吊机将第二管道200的插口240吊装至第一管道100的承口140对其的位置，将两个管道分别的承口140和插口240清理干净；将密封圈400套设至第二管道200的插口240外侧壁上或者贴合地设置在第一管道100承口140的内侧壁上；在第一管道100的承口140、密封圈400上均匀涂覆凡士林等润滑剂；在已经固定好的第一管道100上拴上第一钢丝绳，在第二管道200的承口140处架上后背横梁，在第二横梁上拴上第二钢丝绳，将第一钢丝绳和第二钢丝绳挂上倒链；操作倒链使得倒链收紧第一钢丝绳和第二钢丝绳直到两个钢丝绳绷紧，第二钢丝绳带动后背横梁驱动第二管道200沿轴向向第一管道100进发，并逐渐使得第二管道200的插口240逐渐进入第一管道100的承口140。在安装完成后需要进行锁管操作，具体地，在拿光就位吊链卸下载荷之前，另与后面已经安装就位的其它管道之间用额外的钢丝绳和吊链拉紧，以防止其产生自由松弛，随着安装的管道产生变化，锁管的位置也相应地产生移动。

由上述流程可以看出，能够影响管道对接后纵向间隙的因素非常多，而控制这些因素所采取的方式也不尽相同，例如控制环境因素需要专人负责设计、编制沟槽的施工技术书，施工过程需要由熟练且有经验的工人实施，过程中还需要质检人员随时进行检测，最后需要负责人进行最终的验收，这样才能够将环境因素控制到一个合理的范围，又例如人员因素，在选用操作构建管段的施工人员时，由负责人详细检查施工人员的工作经验以及工作资质，仅选择能够胜任的人员进行施工，以此来控制人员因素。上述部分因素是可以通过人员检查、选择正确设备、事先检查来得到控制的，而另一部分受到设备本身以及操作方法的影响较多，本实施针对其中的设备因素方面进行改进，即前提是在上述因素中除设备因素之外的因素均已经得到合理地控制之后得出的。

图1和图2所示，本装置至少包括固定部、接线部250、中央稳定部和检测部300，为方便描述本装置的结构以及使用过程，将整体管段的施工抽象简化为两个管道的对接，实际上，管段的施工也即是将管道按照承插口240首尾连接并不断重复该过程来实现的。为方便描述，规定第一管道100为下游管道，第二管段为上游管道，设定的施工方案是将第二管道200的插口240连接至第一管道100，第一管道100是已经做好固定的管道，本实施例所采用的装置是分别布设在第一管道100和第二管道200上的。具体地，固定部、中央稳定部可分别包括两个部分，即第一固定部110、第二固定部210；第一中央稳定部120、第二中央稳定部220；并且上述第一固定部110和第一中央稳定部120是设置在第一管道100上的，同理第二管道200也设置有相应部件。两个固定部按照能够分别接触在第一管道100和第二管道200上并至少能够对抗沿管道轴向作用在其上至少一个点位或任意点位的施加力以至于不会产生与管道间的相对移动的方式构建其本身的结构。一种实施例提供了一种可以选择的方案，通过对两管道内壁本身开设孔道的方式设置固定部，接线部250连接在孔道内。另一种实施例通过在开设的孔道上设置吊环或者环形钉等方式一同构成固定部。优选地，为防止在管道内部开孔以及架设钉或环等部件的繁琐以及对管道结构稳定性所造成的可能的破坏，本实例所采用的固定部是非侵入式地接触在管道内侧以实现稳定支撑的。具体地，固定部具有至少一个能够沿管道径向分别支撑至管道内侧壁关于轴线对称的两个点位上的支撑腿，支撑腿可以构造为杆状或者条状结构，支撑腿接触至管道内侧壁的部分称为接触脚，接触脚可以采用能够增大接触面的摩擦力的结构设置，例如可以设置为粗糙接触面或者在将接触面设置为斜向结构，斜向结构一端起点为沿径向的支撑腿的端部，另一端可以分别沿轴向的两个正逆方向斜向延伸至管道内侧壁，以形成类似于人字形或者梯形或者铲形结构。优选地，为增强固定部在管道内的固定效果，可以增加接触至管道内壁的接触点，即增加支撑腿数量以及调整支撑腿之间的排列方式，例如优选地，可以设置至少两个支撑腿，两个支撑腿按照中心交叉结构连接以形成类似于十字形或者剪叉形结构，两个支撑腿的两个端，共计四个接触脚分别按照同支撑腿上的两两接触脚关于管道轴线对称的方式接触至管道内壁。若以四个接触脚所接触的位点进行观察，四个位点连线呈一个内切于管道内径圆的矩形或者方形结构。

更为优选地，在设备体积、制造成本、使用难度、管理难度、重量等额外因素均控制在合理的前提下时，支撑腿数量越多，固定部防止与管道产生相对滑动的效果越好，优选地，可以将支撑脚的点接触或者说小面积的面接触更换为面积更大、位点数量更多的面接触以提升两者之间的摩擦。第一固定部110设置在第一管道100内，第二固定部210设置在第二管道200内。

优选地，为适应不同工程所使用的不同管径的管道，固定部本身的尺寸可以做多样化设计生产，其次，支撑腿可以设置为可伸缩结构以根据不同的管径而改变其本身的长度，伸缩结构可以参考市面上常见的多节杆伸缩结构或者是螺纹杆伸缩结构。

设置固定部的目的在于固定接线部250，接线部250数量为至少一个或者数个，其大致可以构成为能够产生形变伸缩以在其内部储存或者释放弹性势能的结构，例如弹力绳、弹簧、橡胶块等结构，本实施例采用弹力绳作为接线部250的具体实施方式。接线部250的一端连接在固定部上，另一端连接至中央稳定部，中央稳定部至少构成为一个实体结构，并且在发挥作用时，其实体结构上至少一个部位是在管道的轴线上的，该点可以称为轴心点。至少一个或者多个接线部250将中央稳定部的多个相同或不同的位点与固定部的不同位点进行固定并将整体构造为能够使得中央稳定部上的轴心点至少在接线部250呈自然伸展状态下位于管道的轴线上。本实施例中仅第二管道200中的第二中央稳定部220被接线部250吊起，并且，上述的自然伸展状态是指接线部250处于除自身重力影响下，不受外界其它作用力的情况时依靠自身的弹性力能够将第二中央稳定部220上的第二轴心点230稳定在第二管道200轴线上的状态。优选地，接线部250一端可以连接至支撑杆的接触脚上或者附近的位置，并且每个接触脚上均连接有至少一个接线部250的一端，接线部250的另一端分别连接至中央稳定部的同一个位点或者不同的位点以使得每个接线部250受到拉伸的程度一致或者所在同等弹性参数的情况下每个接线部250中产生或者蕴含的弹性势能一致。优选地，在接触脚均设置在管道的同一个沿径向的横切面上时，接线部250的另一个连接至中央稳定部的连接位点可以都选择在其上穿过管道轴线的轴心点的，或者分别选择在其上关于轴心点对称的数个位置，例如的当中央稳定部选择为圆盘形状时，其点位可以选择为内切于圆盘的矩形或者正方形的角点位置或者是以轴心点为不动的参照点等比例缩小的其它矩形或正方形的角点位置。此种设置的效果在于，对于同等弹性参数的接线部250，在其产生相同拉伸程度或者蕴含有相同的弹性势能的情况下，每个接线部250对中央稳定部产生的弹性力是同样的，也即是说中央稳定部不会因为某一个接线部250对其产生的弹性力较大而发生偏转使得其上的轴心点偏离管道的轴线。

优选地，上述部件均是分别设置在第一管道100和第二管道200内的，两边的结构均类似，不同之处在于，位于已经固定的第一管道100内的第一固定部110上不设置接线部250而是直接在其靠近管道轴线位置上设置第一中央稳定部120。也即是说，在进行本装置的安装时，第一管道100内设置有第一固定部110和第一中央稳定部120，第二管道200内设置有第二固定部210、连线部和第二中央稳定部220。

由上述可知，第一中央稳定部120和第二中央稳定部220均是设置在各自管道轴线附近的，其上均具有一个轴心点，为作区分，分别称为第一轴心点130和第二轴心点230，每个轴心点各自存在于对应的管道轴线上。由上述所知，本装置还包括另一个部件，即检测部300，检测部300构成为一个实体结构，其用于达成两个中央稳定部的两个轴心点的物理连接并且用于检测在管道对准过程中两个轴心点在纵向方向上的位置偏移。具体地，检测部300构成为杆状或者条状结构，其具有一定的弯曲自由度，也具有从弯曲中恢复至原本直线指向的回弹力，可以采用的材料是玻璃纤维、高聚物塑料、铝合金或者记忆金属等能够产生一定的形变并且能够在产生形变后恢复至原本状态的较为硬质的材料。检测部300的两端分别连接至两个中央稳定部的轴心点进行相对位置固定。在第二管道200逐渐靠近第一管道100的过程中，其大部分的重力由吊机的吊装而分担，但是在管道的径向方向上仍然会由于各种因素而发生轻微晃动，这种因素可能是吊机的抖动、环境中空气流动带来的风力吹拂、地面的轻微振动等等原因，导致第二管道200虽然大致是按照与第一管道100口对齐的方式缓慢向第一管道100靠近，在其过程中第二管道200的轴线仍然与第一管道100的轴线具有一定的偏离而非共线状态，此种影响导致本装置中检测部300的分别连接至两个轴心点的两个端点的连线不能够平行于任意一个管道的轴线，也即是说第二管道200沿径向的晃动导致了检测部300产生了偏离其初始的沿轴向延伸的状态的弯曲。

优选地，在检测部300上设置有检测组件，检测组件被构造为能够检测检测部300的形变以至少获得其连接至第二轴心点230的一端相对于其连接至第一轴心点130的一端的在沿管道径向方向上的偏移量。具体地，可以将检测部300在数学或者抽象意义上归纳为一个直线，其一端连接至第一轴心点130上，由于第一管道100为已经固定的管道，因此连接至第一轴心点130的一端基本上不会产生较大的晃动，在空间上可以视为一个固定的点，而其连接至第二轴心点230的一端会随着轻微晃动的第二管道200移动使得检测部300所抽象的直线偏离原本的直线指向而变为弯曲的曲线。由此可以将检测部300上的两个端的位置等同于两个轴心点的位置。沿轴向观察该直线，可以获知，以相对较为固定的第一轴心点130为中心，第二轴心点230在纵向平面上的投影相对第一轴心点130的可能的移动范围大致应该为一个圆形范围，实际上由于检测部300本身的弯折具有一定的最大限度，超过限度后其会被折断，因此实际的第二轴心点230的活动范围应当呈一个以第一轴心点130为中心的圆环范围，为方便阐述，如图5所示，可以将该投影平面上的两个点的距离称为纵向偏移距离001，纵向平面可以理解为沿管道，尤其是沿第一管道100的径向所在的横截面。根据弹性理论，具有弹性的物体在形变程度逐渐增大的过程中其弹性势能也是同步增大的，即由简化的轴心点关系来说，第二轴心点230以第一轴心点130为中心向外发散以呈远离第一轴心的路径移动过程中检测部300整体所蕴含的弹性势能是逐渐增加的，相应地，第二轴心点230与第一轴心点130的距离是相等的情况下，无论第二轴心点230与第一轴心点130的连线与一个确立的假想通过第一轴心点130的参考线的夹角如何变化，理论上来说，检测部300所蕴含的弹性势能是一定的。因此，通过实验或者引用力学物理计算等方式可以将一个预定的弹性参数的检测部300以第二轴心点230相较于第一轴心点130的纵向偏移量为自变量，获得伴随变化的弹性势能的因变量，弹性势能与检测部300恢复原本状态的所能对抗外界影响而做功的多少有关，对于大部分重力已经被吊机所承担的管道，其在纵向方向上的轻微晃动是可以由较小的力去改变或者产生与动作方向相反的对抗的。因此，通过对管道大小、重量的计算和考量可以反过来利用在管道径向方向上调整针对某一个选定型号的管道的晃动的至少最小的力来计算选择应该选用的具有某一弹性参数的检测部300，例如对于重量较大的吨级的管道，选用的检测部300弹性参数较大一些，即劲度系数较大，而对于重量较小的公斤级管道，选用的检测部300弹性参数可以较小一些。

检测组件可以选择多种实现方式，例如可以选择应变片的检测方式，将应变片贴合在检测部300的某一个位置，当检测部300发生弯曲时，其上的应变片所在的位置由于弯曲弧度产生了一个对应的应力，通过检测该应力可以反应出该检测部300的弯曲程度继而可以获得第二轴心点230距离第一轴心点130的距离，即纵向偏移距离001。应变片的方案仅能够检测出偏移距离，并不能够检测出偏移的方向，因此，优选地的检测组件被配置为既能够检测第二轴心点230相对于第一轴心点130的纵向偏移距离001还能够检测两者相对的纵向偏移角度002，具体地，检测组件可以利用视觉识别或者是激光检测的方式。视觉识别是采用摄像或者视觉成像设备对偏移的距离以及角度进行检测，具体地，设置在检测部300连接至第二中央稳定部220的一端上或者在第二中央稳定部220上靠近第二轴心点230的附近的位置，这里可以简要概括为在靠近第二轴心点230的位置设置有检测组件，检测组件按照持续检测其沿第二管道200轴向正对的检测点的位置的方式来设置，在初始情况下，即第一管道100和第二管道200同轴的情况下，检测点在视觉识别的形成的虚拟坐标系中处于原点位置，当第二管道200产生移动使得两个管道轴向不共线时，检测组件获取检测点偏离原点的距离和角度，这里的原点即是第一轴心点130，检测点即是第二轴心点230，检测点为视觉识别中虚拟的沿第二管道200轴向的第二轴心点230在第一轴心点130所在的平面的投影点。优选地，第一中央稳定部120可以设置为圆盘的结构，在其上，为辅助检测组件进行视觉识别，可以按照环绕第一轴心点130也即是圆盘的圆心的方式逐级扩展地设置能够指示检测点移动距离和方向的视觉检查标记，这类标记可以设置为例如刻度尺、明暗交替且宽度为单位变化的环状标记、坐标轴十字线、角度标记线等等，当检测组件检测到检测点在某一个偏离原点的位置时，可以利用上述视觉检查标记对照检测点的位置来获取纵向偏移距离001和纵向偏移角度002。

采用激光检测的方案可以利用激光靶的方案实现，具体地，在第二轴心点230位置设置的检测组件被构造为沿第二管道200轴向发射直线激光，激光到达第一轴心点130所在的第一中央稳定部120平面上，第一中央稳定部120面上设置有覆盖整个面的激光接收装置，在虚拟程序中构建一个具有坐标的平面，激光接收装置将打在其上的激光位置虚拟为检测点并将其位置等同地投射至虚拟平面上，与上述采用视觉识别的方案同理，在初始情况下，检测点与原点重合，在发生偏转的情况下，激光照射点所带来的检测点的变化相较于原点的纵向偏移距离001和纵向偏移角度002就可以计算出来了。

纵向偏移角度002和纵向偏移距离001可以合称为上述的偏移量，在获得第二轴心点230与第一轴心点130的偏移量之后，可以在虚拟的计算中按照预设的第一管道100承口140尺寸和第二管道200的插口240尺寸配合偏移量所蕴含的两个轴心也即是两个圆心的位置构建出两个径向尺寸不等的圆形，在第二管道200与第一管道100同轴的时候，两个圆呈同心圆状态，在第二管道200与第一管道100非同轴的时候，两个圆呈偏心排列的状态，这两个圆形所构成的图形或者图像可以称为接口模型，如图3和4所示。两圆之间的区域宽度表示纵向间隙，当同轴时，纵向间隙呈均匀分布，每一处的间隙宽度相等，当偏移时，纵向间隙呈非均匀分布，且靠近第二轴心点230偏移方向的一侧圆与外侧圆间的纵向间隙相较于另一侧更小此时通过虚拟构建的量圆形图像，可以获得两圆之间每一处位置的纵向间隙宽度，该宽度应当是管道径向的长度数值。

优选地，在获得纵向间隙宽度后，根据上述的验收标准文件中所规定的纵向间隙包含在7-15mm之间为合格的标准对实际检测的纵向间隙未满足标准的管道安装过程，向外界发出报警或者提示信息，工程人员在接收到信息之后可以及时进行调整或者重新安装的操作，或者在每一次两管安装完成时或者之后将纵向间隙宽度的检测结果输出至外界。

优选地，上述根据偏移量形成两个管道承口140和插口240在纵向平面的虚拟图像、计算两圆之间的纵向间隙、判断纵向间隙并且向外界输出纵向间隙检测结果的功能由处理部实现，处理部可以构成为至少具有数据接受、处理计算功能的设备，例如可以是电脑、智能移动设备、工作站、控制器、单片机等等。

优选地，上述第一固定部110和第二固定部210的支撑腿除了被构造成为可以伸缩的结构外还构造为能够在一定施力下其自身产生弯折以卸除其上的接触脚对管道内壁的支撑力的结构，具体可以参照多折雨伞的骨架设计，或者按照CN206947495U所述的一种可折叠的支撑杆类似的方案实现，在应用到本实施例中时，需要将其中的锁紧件或者插销件替换为拉动触发的即可。在第二中央稳定部220背离连接有检测部300的另一面设置有拉动绳，拉动绳的另一端从第二管道200的承口140穿出。在管道对接完毕后，工程人员通过操作拉动绳即可使得固定部的锁紧被打开，支撑腿卸力并折叠，继而能够被继续沿第二管道200的承口140向外拉出，继而拉动第一固定部110的支撑腿卸力并产生折叠，最终使得本装置所有的部分能够沿第二管道200的承口140处撤出。

本实施例采用的具有一定弹性的检测部300分别连接两个管道的轴心点的方式首先在管道对接的过程中实现了在管道的吊装过程中利用检测部300本身收到轴心点偏移而产生的弹性势能来对抗两个管道轴线偏移的趋势，使得第二管道200的轴线能够在检测部300本身的恢复弹性下而逐渐减小晃动并向第一管道100的轴线对齐，当第二管道200与第一管道100的轴线共线时，管口各处的纵向间隙被规范为一致，使得沿管口各个径向的纵向间隙均保持相似并且均能够落入验收标准的7-15mm范围内，防止了由于管道在吊装过程中由于各种因素而产生的在纵向上的轻微晃动导致第二管道200与第一管道100对接时轴线偏移所带来的管口各处纵向间隙不均匀、呈一边大一边小的状况，这种情况下，管口的某一处纵向间隙很有可能会落入上述验收标准之外，导致安装不合格，需要返工的情况。并且本方案所利用的检测部300在利用恢复弹性力来引导第二管道200轴向对其第一管道100的过程中，其所需要的弹性力或者说对检测部300本身的弹性性能、最大弯曲承载力的需求是很低的，因为管道的大部分重量均由吊机所承担，管道由于环境振动、气体流动、吊机振动等因素而导致的其在纵向方向上的轻微晃动仅需要较小的引导力即可使得第二管道200的轴向回到接近与第一管道100平齐的状态。因此，本实施例采用的检测部300并不需要进行专门的设计，采用市面上能够采购的部件即可，这极大地减少了本装置的设置难度、设计成本，无需大型设备、大型施工、单个或几个工人即可安装，使用方便。其次，同时利用检测部300的形变所产生的检测部300两端在纵向投影面上的偏移检测来表征两个管道轴线的偏移情况，通过结合偏移量以及预设的管道参数可以在虚拟计算中构建两管道的承口140和插口240的相对位置图像，通过计算图像上两简化圆之间的间隙宽度，既可以直观且准确地获得纵向间隙是否符合验收标准以及纵向间隙的分布情况。相较于在管道安装完成后才利用检测仪器来抽样检测管道的纵向间隙的方案，采用本装置可以在管道对接的全程获得纵向间隙的每一个时刻的变化数据，能够获得管口每一处的纵向间隙以及整体的分布情况，同时不会造成对缝隙检测的侵入式损坏，并且可以使用应变力检测的方式来检测偏移的距离以及角度，而不采用视觉识别的方式，不仅可以获得视觉识别能够获得的距离和角度等基础数据，还能够实时记录应变力的变化，可以实时反应管道在纵向上的受力变化、插口240对承口140在各个方向上的施力变化，非常有利于事后分析管道的连接情况、分析管道的受力、使用寿命、承载情况、抗压能力、抗震能力、密封圈400积压情况等等方面，并且仪器简单，避免在大型工程中长时间使用精密仪器而导致的仪器寿命缩短、仪器损坏等情况，节省工程成本。本实施例所采用的检测部300可以不仅可以通过检测应变力来计算获得两个管口的对接情况、形成的纵向间隙，还可以将其在管口对接完成后其上的应变力作为直接或间接指示管口间在纵向相互挤压、相互支撑的不均匀分布的施力或受力情况，以使得工程人员能够根据此受力情况来至少判断管口在纵向面上不同位置的受力、寿命，密封圈400在纵向上不同位置受到的挤压力、挤压形变量等情况，因为即是在一次管口对接完成并且其纵向间隙各处满足验收标准，实际上来说两个管的管口仍然大概率不是呈完全的同轴状态的，也即是说除开管道本身的重力对密封圈400的挤压影响，密封圈400在管道径向各处的形变情况、受力情况也不是完全一致且均匀的，使得密封圈400在后续使用时各处的使用寿命、收到外界因素的影响、产生的阻滞效果均有差别，传统的检测方案以及所用的检测仪器仅用于检测管口的纵向间隙而不能够反映管口对纵向各处的施受力偏转情况，而额外检测这些受力也十分困难并且不适用于大型工程连续工作的需求。本实施例采用的可以产生弹性偏转的检测部300不仅能够通过自身的偏转所形成的弹性势能将管道的对接过程尽量引导至管道轴线对齐的状态以提升纵向间隙验收合格率，还能够通过自身两个端头在纵向平面上的相对位移来获得管口纵向各处的纵向间隙，并且在纵向间隙符合标准的情况下还能够根据自身的应变力情况直接或者间接反映管口纵向各处之间的施受力情况，为后续维护、监测、评估管口本身或者密封圈400的在纵向平面上各处的使用寿命、承载力预期等工作提供方便，共同提升管道的使用安全性、持久性、稳定性。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种混凝土管道的管口对接装置，其用于管道对接过程，所述过程简化为第一管道(100)和第二管道(200)的对接，

所述第一管道(100)，其已经固定在其它管道上，处于流体流动的下游位置，

所述第二管道(200)，其以插口(240)面向所述第一管道(100)承口(140)的方式被吊机吊起并逐渐移动至所述插口(240)与承口(140)相互连通的状态，

其特征在于，

所述装置包括检测部(300)，所述检测部(300)两端分别连接至各自穿过所述第一管道(100)和所述第二管道(200)轴线的第一轴心点(130)和第二轴心点(230)，其中，在所述第二管道(200)插口(240)从未接触到完全进入所述第一管道(100)承口(140)的过程中，所述检测部(300)被构造为能够响应于所述第二管道(200)轴线在纵向平面上相较于所述第一管道(100)轴线的偏移而产生对抗所述偏移的弹性势能的方式在其本身产生弯曲应变力以引导所述第一轴心点(130)与第二轴心点(230)处于共线且同轴状态和/或基于第一轴心点(130)和第二轴心点(230)在所述纵向平面上的相对位置关系获得管口纵向间隙。

2.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，还包括处理部，所述处理部按照接受所述检测部(300)发送的其本身两端所表征的所述第一轴心点(130)和第二轴心点(230)在纵向平面上的偏移量的方式来构建描述所述第二管道(200)插口(240)和第一管道(100)承口(140)关系的接口模型，其中，所述偏移量至少包括纵向偏移角度(002)和纵向偏移距离(001)，构建过程至少需要预设的所述插口(240)和承口(140)尺寸数据。

3.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述接口模型构成为基于以所述第一轴心为基准点和基于所述偏移量计算的所述第二轴心位置形成的符合所述插口(240)和承口(140)尺寸数据的至少两个径向尺寸不同，圆心位置随时间重合或不重合的圆，所述纵向间隙由两圆之间的径向宽度算出。

4.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述处理部持续向外界发送所述纵向间隙和/或基于预设的验收标准判断所述纵向间隙是否符合所述验收标准后选择性地向外界发送报警信息。

5.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，还包括第一固定部(110)和第二固定部(210)，两个固定部按照能够分别接触在所述第一管道(100)和第二管道(200)上并至少能够对抗沿管道轴向作用在其上至少一个点位或任意点位的施加力以至于不会产生与管道间的相对移动的方式来构建。

6.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述第一固定部(110)和第二固定部(210)各自靠近所在管道轴线的位置分别设置有第一中央稳定部(120)和第二中央稳定部(220)，所述检测部(300)是通过连接至分别设置在所述第一管道(100)和第二管道(200)内的第一中央稳定部(120)和第二中央稳定部(220)的方式连接在所述第一轴心点(130)和第二轴心点(230)上的。

7.根据前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，还包括接线部(250)，至少一个或者多个所述接线部(250)将所述第二中央稳定部(220)的多个相同或不同的位点与所述第二固定部(210)的不同位点进行固定并将整体构造为能够使得所述第二中央稳定部(220)上的所述第二轴心点(230)至少在接线部(250)呈自然伸展状态下位于所述第二管道(200)的轴线上。

8.一种混凝土管道的管口对接方法，

其特征在于，

包括如下步骤，利用吊机将第二管道(200)其以插口(240)面向已经固定好的第一管道(100)承口(140)的方式吊装至所述第一管道(100)附近，将检测部(300)两端分别连接至自穿过所述第一管道(100)和所述第二管道(200)轴线的第一轴心点(130)和第二轴心点(230)，控制所述第二管道(200)在所述检测部(300)响应于所述第二管道(200)轴线在纵向平面上相较于所述第一管道(100)轴线的偏移而产生对抗所述偏移的弹性势能的方式在其本身产生弯曲应变力的引导下完成与所述第一管道(100)的对接，基于第一轴心点(130)和第二轴心点(230)在所述纵向平面上的相对位置关系获得管口纵向间隙。

9.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，基于所述检测部(300)本身两端所表征的所述第一轴心点(130)和第二轴心点(230)在纵向平面上的偏移量的方式来构建描述所述第二管道(200)插口(240)和第一管道(100)承口(140)关系的接口模型，其中，所述偏移量至少包括纵向偏移角度(002)和纵向偏移距离(001)，构建过程至少需要预设的所述插口(240)和承口(140)尺寸数据。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述接口模型构成为基于以所述第一轴心为基准点和基于所述偏移量计算的所述第二轴心位置形成的符合所述插口(240)和承口(140)尺寸数据的至少两个径向尺寸不同，圆心位置随时间重合或不重合的圆，所述纵向间隙由两圆之间的径向宽度算出。

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