CN115164819A - 一种地下管线的形变检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下管线检测领域，公开了一种地下管线的形变检测方法，所述方法包括：布置多个用于补偿管线在轴向和/或径向的位移量的补偿点，所述补偿点的位置固定；获取补偿点处管线的轴向位移量、以及径向偏移量；根据轴向位移量和径向偏移量判断管线是否因沉降而出现形变。本发明在同时检测出轴向位移量和径向偏移量后，可以判断出因管线的变形是由地质沉降引起的，并且根据径向偏移量可以判断出沉降的位置，即位于两个补偿点之间的区域出现沉降、以及补偿点本身出现沉降两种情况。

Description

一种地下管线的形变检测方法及系统

技术领域

本发明涉及地下管线检测领域，具体涉及一种地下管线的形变检测方法及系统。

背景技术

城市地下管线是指城市范围内供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等管线及其附属设施，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。

目前对于地下管线的敷设方式主要由以下类型：地下直埋敷设、地下管沟敷设、共同沟敷设等。其中，直埋敷设是一种传统的地下管线施工方式，采用开挖直埋方式敷设管线；地下管沟敷设是将管线敷设在地下管道或管沟中的一种施工工艺；共同沟也称地下综合管廊，它是将两种或多种管线集中布置在其中，构成以共同沟为平台的市政管线敷设系统。

地下管线敷设后均会出现地质沉降的问题，进而导致管线局部呈沉降出现管线变形弯曲、损坏。目前现有技术中未能准确判断管线的形变是由地质沉降而引起的，同时不能准确的判断出沉降位置，管线不能及时得到维护，会进一步扩大管线系统的损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下管线的形变检测方法及系统，解决现有技术中未能准确判断管线的形变是由地质沉降而引起的，同时不能准确的判断出沉降位置的问题。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种地下管线的形变检测方法，所述方法包括：

布置多个用于补偿管线在轴向和/或径向的位移量的补偿点，所述补偿点的位置固定；

获取补偿点处管线的轴向位移量、以及径向偏移量；

根据轴向位移量和径向偏移量判断管线是否因沉降而出现形变。

优选地，所述径向偏移量包括正向偏移量和负向偏移量，所述正向偏移量用于表示管线沿轴向逆时针或顺时针转动的旋转量，所述负向偏移量用于表示管线沿轴向逆时针或顺时针转动的旋转量。

本发明还提供一种地下管线的形变检测系统，包括：

检测子系统，用于检测补偿点的管线的轴向位移量、以及径向偏移量；

所述管线包括若干根管道和用于安装管道的安装架，相邻两根所述管道之间设置有沉降补偿机构，所述沉降补偿机构用于补偿管道在轴向和/或径向的位移量，所述沉降补偿机构安装在安装架上；

所述检测子系统包括设置在所述沉降补偿机构上的用于检测管道沿轴向移动的第一检测器、以及用于检测管道沿径向偏移的第二检测器。

优选地，所述沉降补偿机构包括固定连接在安装架上的安装座、以及用于连接管道的波纹管，所述波纹管的中部连接在安装座上，所述安装座两侧设有用于控制波纹管沿轴向移动的第一控制机构、以及用于控制波纹管沿径向偏移的第二控制机构，所述第一检测器安装在第一控制机构上，所述第二检测器安装在第二控制机构上。

优选地，所述第一控制机构包括套设在波纹管上的安装环，所述波纹管的波纹伸缩段位于所述安装环和所述安装座之间，所述波纹管的外侧设有多根调节杆，所述调节杆的两端分别连接在所述安装环和所述安装座上，所述第一检测器用于检测安装环在调节杆上的位移量。

优选地，所述第二控制机构包括设置在波纹管周向上的环形凸起，所述安装环套设在波纹管上，所述安装环的内环壁上设有弧形凹槽，所述环形凸起位于弧形凹槽且与弧形凹槽构成滑动配合，所述环形凸起的弧面圆心、弧形凹槽的弧面圆心均位于波纹管的轴线上。

优选地，所述安装环上的安装槽，位于所述安装槽内侧的波纹管的外壁上设有凸棱，所述凸棱的径向截面呈多边形结构；所述安装槽内设有多对限位板，所述限位板均沿波纹管的径向滑动连接在环形凸起上，所述限位板分别与对应凸棱的侧壁相接触；每对限位板之间设有限位线圈，所述限位线圈套设在波纹管上，每块限位板上均设有一段穿线孔，所述限位线圈穿设在对应的穿线孔内，每块所述限位板上均安装有所述第二检测器，所述第二检测器用于检测限位板的位移量。

优选地，所述限位板设置有两对。

优选地，每块所述限位板上均连接有一对导向杆，所述安装槽的侧壁上设有多个导向槽，所述导向杆插设在对应的导向槽内，所述导向杆外套设有弹簧，所述弹簧的两端分别与安装槽的侧壁和限位板相连。

优选地，所述凸棱的轴向截面的表面呈弧面。

优选地，所述波纹管外套设有用于遮挡安装槽的弹性板，所述弹性板的边缘连接在安装环上。

优选地，还包括：报警子系统，用于上传沉降位置的报警信息；

所述报警子系统包括处理器、通信模块、定位模块和终端；

所述第一检测器和第二检测器将检测信息发送至处理器进行计算处理；

所述定位模块与处理器相连，并用于获取补偿点的位置信息，所述处理器根据轴向位移量和径向偏移量、以及补偿点的位置进而判断出管线的沉降位置；

所述处理器将管线的沉降位置通过通信模块发送至终端。

本发明的有益效果集中体现在：

1、本发明布置的补偿点可以对管线的形变带来的位移进行补偿，并且补偿点的位置是固定的，此时对补偿点处的管线的位移量进行检测；当同时检测出轴向位移量和径向偏移量后，可以判断出因管线的变形是由地质沉降引起的，并且根据径向偏移量可以判断出沉降的位置，即位于两个补偿点之间的区域出现沉降、以及补偿点本身出现沉降两种情况。

2、本发明可快速获取沉降的区域，便于维护人员快速找到沉降地点，及时对管线系统进行维护，减少损失。

3、本发明还可以监测管线因温度变化而带来的形变量，也就是说只检测到轴向位移量，而径向偏移量检测值为零，便于工作人员了解管线系统的工作状况。

附图说明

图1是本发明的地下管线的形变检测方法的流程图；

图2是本发明的地下管线的形变检测系统的框图；

图3是本发明的沉降补偿机构的第一种实施结构示意图；

图4是本发明的沉降机构的第二种实施结构示意图；

图5是本发明的沉降机构的轴向截面的局部视图；

图6是图5所示结构中A部放大图；

图7是本发明的沉降机构的径向截面的示意图；

图8是图7所示结构中B部放大图；

图例说明：0、管道；1、波纹管；2、安装座；3、安装环；4、调节杆；5、限位螺母；6、环形凸起；7、弧形凹槽；8、安装槽；9、凸棱；10、限位板；11、限位线圈；12、穿线孔；13、导向杆；14、导向槽；15、弹簧；16、弹性板；17、安装盘。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种地下管线的形变检测方法，所述方法包括：

步骤S10：布置多个用于补偿管线在轴向和/或径向的位移量的补偿点，所述补偿点的位置固定。

补偿点可对管线的形变带来的位移量进行补偿，避免管线因形变而损坏，且补偿点的补偿量有限，因此需要及时判断出管线出现形变的原因；在本实施例中沉降引起的管线变形主要针对于水平安装的管线。

步骤S20：获取补偿点处管线的轴向位移量、以及径向偏移量。

在本实施例中轴向位移量是指在管线长度方向上产生的形变量，径向偏移量是指管线在竖直方向上出现的旋转量。

步骤S30：根据轴向位移量和径向偏移量判断管线是否因沉降而出现形变。

在本实施例中，管线因温度出现形变后，通常位移量是在轴向上的，因此只能检测到轴向位移量，径向偏移量的检测值为零；当同时检测到轴向位移量和径向偏移量后，此时可以判断出管线的形变是由地质沉降引起的。

作为本实施例的进一步优化，所述径向偏移量包括正向偏移量和负向偏移量，所述正向偏移量用于表示管线沿轴向逆时针或顺时针转动的旋转量，所述负向偏移量用于表示管线沿轴向逆时针或顺时针转动的旋转量，顺时针和逆时针的定义根据实际管线布局而定，也可以是所述正向偏移量用于表示管线沿轴向逆时针或顺时针转动的旋转量，所述负向偏移量用于表示管线沿轴向逆时针或顺时针转动的旋转量。

当补偿点的位置固定后，如图3、4所示的两种情况，在安装座2固定安装后，安装座2的位置即为补偿点；当安装座2只有一侧有波纹管1时，此时补偿点左侧管线出现向下偏移后，此时产生的径向偏移量为正向偏移量，代表两个补偿点之间的地质出现沉降而引起的管线形变；当补偿点本身出现沉降时，此时产生的径向偏移量为负向偏移量。

当安装座2两侧均具有波纹管1时，当管线区域出现沉降后，补偿点两侧产生的径向偏移量为正向偏移量；当补偿点本身出现沉降时，补偿点两侧的管线的径向偏移量均为负向偏移量。

其次，对于竖直方向上的管线，也可以通过轴向位移量的检测进行判断，由于管线因温度产生的形变是有规律的，竖直方向上的管线在补偿点检测到轴向位移量过大时，即可判断出地质出现沉降，沉降的位置由水平方向上的管线来确定。

作为本实施例的进一步优化，在判断出管线因沉降发生形变后，还包括报警步骤，获取补偿点的位置信息，将补偿点的位置信息以及判断出的形变的管道0上传至终端，通过终端告知工作人员。

如图2所示，本发明实施例还提供一种地下管线的形变检测系统，包括：

检测子系统，用于检测补偿点的管线的轴向位移量、以及径向偏移量；

所述管线包括若干根管道0和用于安装管道0的安装架，安装架未在附图中画出，相邻两根所述管道0之间设置有沉降补偿机构，所述沉降补偿机构用于补偿管道0在轴向和/或径向的位移量，所述沉降补偿机构安装在安装架上；

所述检测子系统包括设置在所述沉降补偿机构上的用于检测管道0沿轴向移动的第一检测器、以及用于检测管道0沿径向偏移的第二检测器。

具体地，如图3-8所示，所述沉降补偿机构包括固定连接在安装架上的安装座2、以及用于连接管道0的波纹管1，在本实施例中波纹管1设置数量分为两种结构，其一是在安装座2的一侧设置波纹管1，安装座2的一侧具有补偿量，该结构相对简单、成本低。其二是在安装座2两侧均设置波纹管1，安装座2两侧均具有补偿量，可增大管线形变的补偿量。

所述安装座2两侧设有用于控制波纹管1沿轴向移动的第一控制机构、以及用于控制波纹管1沿径向偏移的第二控制机构，所述第一检测器安装在第一控制机构上，所述第二检测器安装在第二控制机构上。

作为本实施例的进一步优化，如图5、6所示，所述第一控制机构包括套设在波纹管1上的安装环3，所述波纹管1的波纹伸缩段位于所述安装环3和所述安装座2之间，所述波纹管1的外侧设有多根调节杆4，所述调节杆4的两端分别连接在所述安装环3和所述安装座2上；在本实施例中所述调节杆4优选为丝杆，且丝杆的数量为4根，等间距分布在波纹管1的周向上，所述丝杆的两端穿设在对应的安装环3和安装座2上，位于安装环3和安装座2两侧的丝杆上均设有限位螺母5，通过调节限位螺母5，可以调节对管线的补偿量，而最大补偿量由波纹管1本身的最大伸长量决定。其中第一检测器可以是红外传感器、超声波传感器，可以安装在安装环3上来检测安装环3和安装座2之间的相对距离，安装环3和安装座2之间的相对距离增大后，增大的距离即为管线的轴向位移量。

对于第二控制机构具体地，所述第二控制机构包括设置在波纹管1周向上的环形凸起6，所述安装环3套设在波纹管1上，所述安装环3的内环壁上设有弧形凹槽7，所述环形凸起6位于弧形凹槽7且与弧形凹槽7构成滑动配合，所述环形凸起6的弧面圆心、弧形凹槽7的弧面圆心均位于波纹管1的轴线上；此时波纹管1可以在任意径向上进行偏移，以适应波纹管1在径向上的各个方向的偏移情况；其次该沉降补偿机构结构紧凑，同时具备轴向和径向的两个方向上的补偿，可降低管线安装施工的便捷性，提高了沉降补偿结构的实用性。

由于波纹管1只能沿轴向伸缩，而在周向上不能有转动量，当波纹管1出现转动后，会使波纹管1出现损坏；因此作为本实施例的进一步优化，所述安装环3上设有用于限制波纹管1沿周向旋转的限制组件；同时为了避免管线出现旋转的情况，同时靠近安装环3一侧的波纹管1的端部上转动连接有周向补偿组件。

如图7-8所示，所述限制组件包括设置在安装环3上的安装槽8，位于所述安装槽8内侧的波纹管1的外壁上设有凸棱9，所述凸棱9的径向截面呈多边形结构；所述安装槽8内设有多对限位板10，在本实施例中限位板10优选设置两对，共四块，四块限位板10等间距设置在安装环3的周向上；凸棱9的进行截面呈八边形结构，安装槽8可以设置成八边形结构；所述限位板10均沿波纹管1的径向滑动连接在环形凸起6上，所述限位板10分别与对应凸棱9的侧壁相接触；每对限位板10之间设有限位线圈11，所述限位线圈11套设在波纹管1上，每块限位板10上均设有一段穿线孔12，所述限位线圈11穿设在对应的穿线孔12内，由于限位线圈11的设置，则相对的两块限位板10之间的最大相对距离是恒定的，而波纹管1本身能够在限位线圈11移动，即波纹管1可以在相对的两块限位板10之间沿径向的任意角度进行偏移；由于波纹管1在周向转动时，凸棱9会增大相对的两块限位板10之间的距离，而两块限位板10之间的最大距离是恒定的，则会限制波纹管1的周向转动，波纹管1只能沿径向进行偏移。

由于波纹管1在径向的任意角度发生偏移后，会改变四块限位板10与安装槽8之间的相对距离，因此将第二检测器安装在限位板10上，第二检测器可以检测出限位板10和安装槽8之间的相对距离，根据其中相邻两块限位板10与安装槽8之间的相对距离的改变，即相邻两块限位板10的移动后的位移量，相当于波纹管1偏移后的横向位移和纵向位移，根据两者的位移量，即可拟合计算出波纹管1以环形凸起6的弧面的圆心在径向上的偏移角度；在本实施例中第二检测器可以是红外传感器、超声波传感器。

因此本发明实施例的限位板10和凸棱9 的设置，既能防止波纹管1因旋转而损坏，提高了波纹管的使用寿命；还能便于对波纹管1的径向偏移进行检测，提升了沉降补偿机构的实用性。

为了确保限位板10只能沿径向移动，则每块所述限位板10上均连接有一对导向杆13，所述安装槽8的侧壁上设有多个导向槽14，所述导向杆13插设在对应的导向槽14内，所述导向杆13外套设有弹簧15，在波纹管1未出现偏移时，弹簧15已处于拉伸状态，所述弹簧15的两端分别与安装槽8的侧壁和限位板10相连；弹簧15的设置能够确保在自然状态下，波纹管1处于水平状态，便于波纹管1和管道0之间的装配连接。

作为本实施例的进一步优化，所述凸棱9的轴向截面的表面呈弧面，由于凸棱9在抵着限位板10移动时，凸棱9也会出现在径向上进行旋转，弧面的设置，方便凸棱9的转动，避免凸棱9和限位板10之间出现卡死而使凸棱9不能正常转动的情况；其次，呈弧面的凸棱9能够确保限位板10的位移量的变化量相对恒定，便于准确计算出波纹管1的径向偏移量。

作为本实施例的进一步优化，为了提高安装环3的美观性，所述波纹管1外套设有用于遮挡安装槽8的弹性板16，所述弹性板16的边缘连接在安装环3上。

作为本实施例的进一步优化，所述周向补偿组件包括转动在靠近安装环3一侧的波纹管1端部上的安装盘17，所述安装盘17与管道0相连；由于安装盘17可以在波纹管1的端部上旋转，安装盘17上的通孔便于与管道0端部上的螺孔对其，也能提升安装盘17和管道0之间的装配的便捷性。

由于第二检测器能够检测出波纹管1的径向偏移量，因此在安装时能够判断两根管道0之间是否处于水平安装，当需要水平安装时，可通过调节安装座2的高度进行调节，可提高管线安装的便捷性。

作为本实施例的进一步优化，还包括：报警子系统，用于上传沉降位置的报警信息；

所述报警子系统包括处理器、通信模块、定位模块和终端；

所述第一检测器和第二检测器将检测信息发送至处理器进行计算处理；

所述定位模块与处理器相连，并用于获取补偿点的位置信息，所述处理器根据轴向位移量和径向偏移量、以及补偿点的位置进而判断出管线的沉降位置；

所述处理器将管线的沉降位置通过通信模块发送至终端。

在本实施例中，处理器可以是STM32系列的单片机，通信模块为5G、4G通信模块，终端可以是控室内的PC机、以及移动手机、电脑等智能设备；当判断出管道0的形变是由地质沉降引起后，并将发生沉降的位置发送至终端告知工作人员，便于工作人员及时了解沉降位置和管道0的形变量，便于对管道0进行维护作业。

需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本申请所必须的。

Claims (10)

1.一种地下管线的形变检测方法，其特征在于，所述方法包括：

布置多个用于补偿管线在轴向和/或径向的位移量的补偿点，所述补偿点的位置固定；

获取补偿点处管线的轴向位移量、以及径向偏移量；

根据轴向位移量和径向偏移量判断管线是否因沉降而出现形变。

2.根据权利要求1所述的一种地下管线的形变检测方法，其特征在于，所述径向偏移量包括正向偏移量和负向偏移量，所述正向偏移量用于表示管线沿轴向逆时针或顺时针转动的旋转量，所述负向偏移量用于表示管线沿轴向逆时针或顺时针转动的旋转量。

3.一种地下管线的形变检测系统，用于实现权利要求1或2所述的地下管线的形变检测方法，其特征在于，包括：

检测子系统，用于检测补偿点的管线的轴向位移量、以及径向偏移量；

所述管线包括若干根管道（0）和用于安装管道（0）的安装架，相邻两根所述管道（0）之间设置有沉降补偿机构，所述沉降补偿机构用于补偿管道（0）在轴向和/或径向的位移量，所述沉降补偿机构安装在安装架上；

所述检测子系统包括设置在所述沉降补偿机构上的用于检测管道（0）沿轴向移动的第一检测器、以及用于检测管道（0）沿径向偏移的第二检测器。

4.根据权利要求3所述的一种地下管线的形变检测系统，其特征在于，所述沉降补偿机构包括固定连接在安装架上的安装座（2）、以及用于连接管道（0）的波纹管（1），所述波纹管（1）的中部连接在安装座（2）上，所述安装座（2）两侧设有用于控制波纹管（1）沿轴向移动的第一控制机构、以及用于控制波纹管（1）沿径向偏移的第二控制机构，所述第一检测器安装在第一控制机构上，所述第二检测器安装在第二控制机构上。

5.根据权利要求4所述的一种地下管线的形变检测系统，其特征在于，所述第一控制机构包括套设在波纹管（1）上的安装环（3），所述波纹管（1）的波纹伸缩段位于所述安装环（3）和所述安装座（2）之间，所述波纹管（1）的外侧设有多根调节杆（4），所述调节杆（4）的两端分别连接在所述安装环（3）和所述安装座（2）上，所述第一检测器用于检测安装环（3）在调节杆（4）上的位移量。

6.根据权利要求5所述的一种地下管线的形变检测系统，其特征在于，所述第二控制机构包括设置在波纹管（1）周向上的环形凸起（6），所述安装环（3）套设在波纹管（1）上，所述安装环（3）的内环壁上设有弧形凹槽（7），所述环形凸起（6）位于弧形凹槽（7）且与弧形凹槽（7）构成滑动配合，所述环形凸起（6）的弧面圆心、弧形凹槽（7）的弧面圆心均位于波纹管（1）的轴线上。

7.根据权利要求6所述的一种地下管线的形变检测系统，其特征在于，所述安装环（3）上的安装槽（8），位于所述安装槽（8）内侧的波纹管（1）的外壁上设有凸棱（9），所述凸棱（9）的径向截面呈多边形结构；所述安装槽（8）内设有多对限位板（10），所述限位板（10）均沿波纹管（1）的径向滑动连接在环形凸起（6）上，所述限位板（10）分别与对应凸棱（9）的侧壁相接触；每对限位板（10）之间设有限位线圈（11），所述限位线圈（11）套设在波纹管（1）上，每块限位板（10）上均设有一段穿线孔（12），所述限位线圈（11）穿设在对应的穿线孔（12）内，每块所述限位板（10）上均安装有所述第二检测器，所述第二检测器用于检测限位板（10）的位移量。

8.根据权利要求7所述的一种地下管线的形变检测系统，其特征在于，所述限位板（10）设置有两对。

9.根据权利要求7所述的一种地下管线的形变检测系统，其特征在于，每块所述限位板（10）上均连接有一对导向杆（13），所述安装槽（8）的侧壁上设有多个导向槽（14），所述导向杆（13）插设在对应的导向槽（14）内，所述导向杆（13）外套设有弹簧（15），所述弹簧（15）的两端分别与安装槽（8）的侧壁和限位板（10）相连。

10.根据权利要求3所述的一种地下管线的形变检测系统，其特征在于，还包括：报警子系统，用于上传沉降位置的报警信息；

所述报警子系统包括处理器、通信模块和终端；

所述第一检测器和第二检测器将检测信息发送至处理器进行计算处理，处理器根据轴向位移量和径向偏移量判断出管线的沉降位置；

所述处理器将管线的沉降位置通过通信模块发送至终端。

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