CN114659436B - 一种回拖管道轴向变形测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回拖管道轴向变形测量方法，包括：将伴拖单元自由敷设在待回拖管道的外侧；利用管道拖拉头，回拖待回拖管道预设距离后，测量伴拖单元的尾端沿待回拖管道轴线的移动距离，并计算伴拖单元的轴向变形量；根据所述伴拖单元的上预设点沿待回拖管道的移动距离与所述伴拖单元的轴向变形量，计算得到所述回拖管道轴向变形测量结果；本发明利用伴拖单元的轴向变形能力小于待回拖管道的轴向变形能力特性，根据所述测量伴拖单元上预设点沿待回拖管道点移动距离与所述伴拖单元的轴向变形量，即可得到所述回拖管道轴向变形结果；实现待回拖管道轴向变形的快速测量，无需在管壁安装应变监测装置，结构简单，操作方便，易于实现，成本极低。

Description

一种回拖管道轴向变形测量方法

技术领域

本发明属于非开挖工程施工技术领域，特别涉及一种回拖管道轴向变形测量方法。

背景技术

非开挖敷设管道技术作为一种现代化管道敷设技术，近年来得到广泛的应用，是一种新型先进的施工技术；由于其无需大量取土开挖，且能直接穿越地面构筑物、地下管线及公路、铁路等有障碍物的施工现场，可节约工程成本，提高施工速度；水平定向钻进技术作为目前发展较快的一种非开挖技术，具有安全性高，成本低，精度高，施工快速便捷，易于调整敷设方向和埋深等优点，因此成为众多非开挖敷设管道技术中应用较广的技术之一；其施工过程包括：导孔、扩孔和管道回拖三个阶段；管道回拖阶段作为水平定向钻进技术中的最后一个阶段，相比于前面两个阶段显得更为重要，顺利完成回拖任务才能确保前期投入的资源没有白费；目前广泛使用的PE管道因其弹性模量较低，在管道回拖过程中如若回拖力控制不当，可能使管道发生较大变形甚至破坏，致使工程失败，造成极大的资源破坏与经济损失。因此，及时掌握管道的变形情况，实现管道变形状态的实时监测和科学预警就显得尤为重要，也成为了水平定向钻工程亟需解决的问题。

目前，现有的测量回拖管道变形技术主要是采用应变测量装置来监测，通过在待铺管道的轴线方向设置若干应变传感器组，将应变传感器通过信号传输线与应变数据采集仪相连，实现对管道回拖过程的监测；上述方法不仅耗时耗力，在面对长距离的穿越距离时将极大的提高工程成本与难度；因此迫切的需要一种简单，高效，实际可操作性高的，适合PE管道长距离敷设进行管道变形的测量监测方法。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种回拖管道轴向变形测量方法，以解决现有测量回拖管道轴向变形过程，检测难度较大，无法满足PE管道长距离敷设时的管道轴向变形监测的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种回拖管道轴向变形测量方法，包括：

步骤1、将伴拖单元敷设在待回拖管道的外侧；其中，所述伴拖单元的首端与管道拖拉头连接，所述伴拖单元的尾端沿待回拖管道的轴线向待回拖管道的管尾延伸；所述伴拖单元为圆截面柔性绳索，所述圆截面柔性绳索的轴向变形能力小于待回拖管道的轴向变形能力；

步骤2、利用管道拖拉头回拖待回拖管道预设距离后，测量伴拖单元的尾端沿待回拖管道轴线的移动距离L1，并计算伴拖单元的轴向变形量L2；

步骤3、根据所述伴拖单元上的预设点沿待回拖管道的移动距离L1与所述伴拖单元的轴向变形量L2，计算得到所述回拖管道轴向变形测量结果。

进一步的，所述圆截面柔性绳索的弹性模量大于待回拖管道的弹性模量；且所述圆截面柔性绳索的横截面直径不大于40mm。

进一步的，所述圆截面柔性绳索的抗弯刚度小于待回拖管道的抗弯刚度。

进一步的，所述圆截面柔性绳索的长度大于待回拖管道的长度。

进一步的，步骤1中，将伴拖单元敷设在待回拖管道的外侧之后，所述伴拖单元与待回拖管道的轴线平行，且处于顺直状态。

进一步的，步骤2中，测量伴拖单元上的预设点沿待回拖管道的移动距离L1的过程，具体如下：

在管道拖拉头回拖待回拖管道之前，记录所述伴拖单元的尾端在地面上的相对位置点G1；

在管道拖拉头回拖待回拖管道预设距离后，记录所述伴拖单元的尾端在地面上的相对位置点G2；

测量所述相对位置点G1与所述相对位置点G2之间的长度，即得到所述伴拖单元的尾端沿待回拖管道轴线的移动距离L1。

进一步的，采用卷尺测量所述相对位置点G1与所述相对位置点G2之间的长度。

进一步的，所述伴拖单元的轴向变形量L2为：

其中，τ为伴拖单元表面所受的泥浆粘滞阻力系数；L为伴拖单元长度；E为伴拖单元的弹性模量；D为伴拖单元的横截面直径。

进一步的，所述回拖管道轴向变形测量结果为：

L3＝L1-L2

其中，L3为所述回拖管道轴向变形测量结果。

进一步的，所述伴拖单元上的预设点靠近待回拖管道的管尾设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种回拖管道轴向变形测量方法，通过沿待回拖管道的轴线敷设伴拖单元，并将伴拖单元的首端与管道拖拉头连接；管道回拖后通过测量伴拖单元的尾端沿待回拖管道轴线的移动距离，以及伴拖单元的轴向变形量；利用伴拖单元的轴向变形能力小于待回拖管道的轴向变形能力特性，根据所述伴拖单元的尾端沿待回拖管道轴线的移动距离与所述伴拖单元的轴向变形量，即可得到所述回拖管道轴向变形结果，测量过程设备简单，操作方便，易于实现，测量结果具有可解释性，具有极大的工程推广应用价值。

进一步的，将所述圆截面柔性绳索的弹性模量大于待回拖管道的弹性模量，且所述圆截面柔性绳索的横截面直径不大于40mm设置，确保了伴拖单元所受泥浆拉力远小于待回拖管道所受的泥浆拉力，且伴拖单元的轴向变形量小于待回拖管道的轴向变形量，使得管道回拖过程待回拖管道发生轴向变形时，伴拖单元已先于待回拖管道完成轴向变形，并沿待回拖管道轴向进行移动，确保了测量结果的准确性。

进一步的，伴拖单元的抗弯刚度小于待回拖管道设置，使得回拖过程中，在牵引设备的拉力和钻孔泥浆的作用下，所述圆截面柔性绳索能沿轴向紧贴于管道一侧，与待回拖管道轴线平行且处于顺直状态，确保所述距离L1与管道轴向平行。

进一步的，将所述圆截面柔性绳索的长度大于待回拖管道的长度设置，使得伴拖单元尾端始终处于地表，便于记录所述相对位置点G1和所述相对位置点G2，以确保测量结果的准确性。

进一步的，将伴拖单元自由敷设在待回拖管道的外侧之后，所述伴拖单元与待回拖管道的轴线平行，且处于顺直状态，确保了回拖管道之前，伴拖单元处于未发生轴向变形的状态，确保了测量结果的准确性。

进一步的，由于待回拖管道在完成轴向变形后，待回拖管道的末端才发生移动，因而将伴拖单元上的预设点在待回拖管道末端移动前先行移动的距离减去伴拖单元的自身轴向变形量，即可得到待回拖管道的轴线变形测量结果。

附图说明

图1为实施例中伴拖单元的局部安装结构示意图；

图2为实施例中伴拖单元与待回拖管道的整体结构示意图；

图3为实施例中的回拖管道轴向变形测量的原理示意图。

其中，1待回拖管道，2伴拖单元，3管道拖拉头，4起始刻线，5终止刻线，6回拖方向；11管道末端移动前的待回拖管道位置，12管道末端移动瞬间待回拖管道位置；21伴拖单元尾端移动前的伴拖单元位置，22管道末端移动瞬间的伴拖单元位置；31旋转接头，32拖拉头本体。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

以某待铺PE管道的水平定向钻回拖过程的轴向变形测量过程为例。

如附图1-2所示，本实施例提供了一种回拖管道轴向变形测量方法，包括以下步骤：

步骤1、将伴拖单元2敷设在待回拖管道1的外侧；其中，所述待回拖管道1为PE管道；所述伴拖单元2的首端与管道拖拉头3连接；所述管道拖拉头3包括旋转接头31及拖拉头本体32；拖拉头本体32的一端与待回拖管道1待首端相连，拖拉头本体32的另一端与旋转接头31的一端连接，旋转接头31的另一端与牵引设备连接；所述伴拖单元2的首端与所述拖拉头本体32连接；所述伴拖单元2的尾端沿待回拖管道1的轴线向待回拖管道1的管尾延伸；其中，将伴拖单元2敷设在待回拖管道1的外侧之后，所述伴拖单元2与待回拖管道1的轴线平行，且处于顺直状态；管道回拖过程中，所述伴拖单元2紧贴待回拖管道1的外侧设置，且所述伴拖单元2与待回拖管道1之间无粘连，即所述伴拖单元2的轴向变形与所述待回拖管道1的轴向变形相互独立。

步骤2、利用管道拖拉头3，回拖待回拖管道1预设距离后，测量伴拖单元2的尾端沿待回拖管道1轴线的移动距离L1，并计算伴拖单元2的轴向变形量L2。

本实施例中，测量所述伴拖单元2的尾端沿待回拖管道1轴线的移动距离L1的过程，具体如下：

在利用管道拖拉头3回拖待回拖管道1之前，记录所述伴拖单元2的尾端在地面上的相对位置点G1；在利用管道拖拉头3，回拖待回拖管道1预设距离后，记录所述伴拖单元2的尾端在地面上的相对位置点G2；测量所述相对位置点G1与所述相对位置点G2之间的长度，即得到所述伴拖单元2的尾端沿待回拖管道1轴线的移动距离L1；优选的，采用卷尺测量所述相对位置点G1与所述相对位置点G2之间的长度。

所述伴拖单元2的轴向变形量L2为：

其中，τ为伴拖单元表面所受的泥浆粘滞阻力系数，所述伴拖单元表面所受的泥浆粘滞阻力系数与伴拖单元外表面积的乘积即为伴拖单元所受的泥浆阻力；L为伴拖单元长度；E为伴拖单元的弹性模量；D为伴拖单元的横截面直径。

步骤3、根据所述伴拖单元2的尾端沿待回拖管道1轴线的移动距离L1与所述伴拖单元2的轴向变形量L2，计算得到所述回拖管道轴向变形测量结果；其中，所述回拖管道轴向变形测量结果为：

L3＝L1-L2

其中，L3为所述回拖管道轴向变形测量结果。

本实施例中，所述伴拖单元2为圆截面柔性绳索，所述圆截面柔性绳索的轴向变形能力小于待回拖管道1的轴向变形能力，将伴拖单元2的轴向变形能力小于待回拖管道1的轴向变形能力，使得管道回拖过程待回拖管道1发生轴向变形时，伴拖单元2已先于待回拖管道1完成轴向变形，并沿待回拖管道1轴向进行移动，确保了测量结果的准确性。

所述圆截面柔性绳索的弹性模量大于待回拖管道1的弹性模量；且所述圆截面柔性绳索的横截面直径不大于40mm；确保了伴拖单元所受泥浆拉力远小于待回拖管道所受的泥浆拉力，且伴拖单元的轴向变形量小于待回拖管道的轴向变形量，使得管道回拖过程待回拖管道发生轴向变形时，伴拖单元已先于待回拖管道完成轴向变形，并沿待回拖管道轴向进行移动，确保了测量结果的准确性。

所述圆截面柔性绳索的抗弯刚度小于待回拖管道1的抗弯刚度，使得回拖过程中，在牵引设备的拉力和钻孔泥浆的作用下，所述圆截面柔性绳索能沿轴向紧贴于管道一侧，与待回拖管道轴线平行且处于顺直状态，确保所述移动距离L1与待回拖管道1的轴线平行；所述圆截面柔性绳索的长度大于待回拖管道1的长度。

测量原理：

如附图3所示，本实施例所述的回拖管道轴向变形测量方法，将所述伴拖单元设置在待回拖管道的外侧，且沿待回拖管道的轴线设置；所述伴拖单元与待回拖管道的轴线平行并保证为顺直状态；待回拖管道的首端安装有拖拉头本体，所述伴拖单元的首端与所述拖拉头本体固定；所述伴拖单元用于对待回拖管道的水平定向钻回拖过程的轴向变形进行间接测量；将所述伴拖单元的长度大于待回拖管道长度设置；管道回拖之前，在待回拖管道的管尾记录所述伴拖单元的尾端位置，即沿伴拖单元的尾端垂直方向的地面上刻画起始刻线4；由于所述伴拖单元的弹性模量大于待回拖管道的弹性模量，且所述伴拖单元所受泥浆拉力远小于待回拖管道所受的泥浆拉力，故所述伴拖单元的轴向变形远小于待回拖管道；因此，管道回拖过程，所述伴拖单元会先移动，当待回拖管道开始沿回拖方向6移动预设距离后，在所述伴拖单元的尾端沿垂直方向上的地面上刻画终止刻线5；并记：管道末端移动前的待回拖管道位置为11，管道末端移动瞬间待回拖管道位置为12，伴拖单元尾端移动前的伴拖单元位置为21，管道末端移动瞬间的伴拖单元位置为22；取所述起始刻线上一点记为G1，并在终止刻线上取一点G2；其中，所述点G1与点G2的连线分别与所述起始刻线及所述终止刻线垂直；采用卷尺测量所述点G1和所述点G2之间的距离，即得到伴拖单元的尾端沿待回拖管道轴线的移动距离L1；利用所述伴拖单元的尾端沿待回拖管道轴线的移动距离L1减去所述伴拖单元的自身轴线变形量L2，即得到所述待回拖管道的轴线变形测量结果。

本实施例中，通过在待回拖管道的侧边沿其轴向设置伴拖单元，利用伴拖单元轴向变形远小于待回拖管道的特性，对伴拖单元先于管道末端的移动距离及伴拖单元自身轴向变形进行测量和计算；由于待回拖管道的前端完成变形后其尾端开始移动，基于管道轴向变形等于伴拖单元先于管道末端的移动距离和伴拖单元自身轴向变形之和的关系，实现对回拖管道轴向变形的间接测量，结构简单，操作方便，易于实现，成本极低，具有较大的工程推广应用价值。

本发明中，伴拖单元的弹性模量大于待回拖管道的弹性模量，且伴拖单元的截面直径不大于40mm，确保伴拖单元所受泥浆拉力远小于回拖管道且轴向变形远小于回拖管道，使得回拖过程管道发生轴向变形时，伴拖单元已先于管道完成变形并进行移动；伴拖单元的抗弯刚度小于回拖管道，使得在回拖过程中，在牵引设备的拉力和钻孔泥浆的作用下，伴拖单元能沿轴向紧贴于待回拖管道一侧，与待回拖管道轴线平行且处于顺直状态，确保所述移动距离L1与管道轴向平行；伴拖单元与待回拖管道一同连接在管道拖拉头上，将伴拖单元沿着管道一侧平直放好，不需要过多复杂的操作，易实现；因回拖管道在完成变形后其末端才开始移动，所以伴拖单元先于管道末端移动的距离减去其轴向变形长度，即为回拖管道轴向变形。

本发明所述的回拖管道轴向变形测量方法，通过在回拖管道的一侧沿轴向设置伴拖单元，利用伴拖单元轴向变形远小于管道的特性，对伴拖单元先于管道末端的移动距离及伴拖单元自身轴向变形进行测量和计算，进而实现对回拖管道轴向变形的测量，结构简单，操作方便，易于实现，成本极低，具有较大的工程推广应用价值。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (10)

1.一种回拖管道轴向变形测量方法，其特征在于，包括：

步骤1、将伴拖单元(2)敷设在待回拖管道(1)的外侧；其中，所述伴拖单元(2)的首端与管道拖拉头(3)连接，所述伴拖单元(2)的尾端沿待回拖管道(1)的轴线向待回拖管道(1)的管尾延伸；所述伴拖单元(2)为圆截面柔性绳索，所述圆截面柔性绳索的轴向变形能力小于待回拖管道(1)的轴向变形能力；

步骤2、利用管道拖拉头(3)回拖待回拖管道(1)预设距离后，测量伴拖单元(2)的尾端沿待回拖管道(1)轴线的移动距离L1，并计算伴拖单元(2)的轴向变形量L2；

步骤3、根据所述伴拖单元(2)上的预设点沿待回拖管道(1)的移动距离L1与所述伴拖单元(2)的轴向变形量L2，计算得到所述回拖管道轴向变形测量结果。

2.根据权利要求1所述的一种回拖管道轴向变形测量方法，其特征在于，所述圆截面柔性绳索的弹性模量大于待回拖管道(1)的弹性模量；且所述圆截面柔性绳索的横截面直径不大于40mm。

3.根据权利要求1所述的一种回拖管道轴向变形测量方法，其特征在于，所述圆截面柔性绳索的抗弯刚度小于待回拖管道(1)的抗弯刚度。

4.根据权利要求1所述的一种回拖管道轴向变形测量方法，其特征在于，所述圆截面柔性绳索的长度大于待回拖管道(1)的长度。

5.根据权利要求1所述的一种回拖管道轴向变形测量方法，其特征在于，步骤1中，将伴拖单元(2)敷设在待回拖管道(1)的外侧之后，所述伴拖单元(2)与待回拖管道(1)的轴线平行，且处于顺直状态。

6.根据权利要求1所述的一种回拖管道轴向变形测量方法，其特征在于，步骤2中，测量伴拖单元(2)上的预设点沿待回拖管道(1)的移动距离L1的过程，具体如下：

在管道拖拉头(3)回拖待回拖管道(1)之前，记录所述伴拖单元(2)的尾端在地面上的相对位置点G1；

在管道拖拉头(3)回拖待回拖管道(1)预设距离后，记录所述伴拖单元(2)的尾端在地面上的相对位置点G2；

测量所述相对位置点G1与所述相对位置点G2之间的长度，即得到所述伴拖单元(2)的尾端沿待回拖管道(1)轴线的移动距离L1。

7.根据权利要求6所述的一种回拖管道轴向变形测量方法，其特征在于，采用卷尺测量所述相对位置点G1与所述相对位置点G2之间的长度。

8.根据权利要求1所述的一种回拖管道轴向变形测量方法，其特征在于，所述伴拖单元(2)的轴向变形量L2为：

其中，τ为伴拖单元表面所受的泥浆粘滞阻力系数；L为伴拖单元长度；E为伴拖单元的弹性模量；D为伴拖单元的横截面直径。

9.根据权利要求1所述的一种回拖管道轴向变形测量方法，其特征在于，所述回拖管道轴向变形测量结果为：

L3＝L1-L2

其中，L3为所述回拖管道轴向变形测量结果。

10.根据权利要求1所述的一种回拖管道轴向变形测量方法，其特征在于，所述伴拖单元(2)上的预设点靠近待回拖管道(1)的管尾设置。