CN115727922A - 测定大井室管道标高的设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种测定大井室管道标高的设备及方法，包括声呐装置、升潜平衡装置、测量装置和动力装置，通过在声呐装置的圆柱筒内部或外部设置升潜平衡装置、测量装置和动力装置，压力传导软管与圆柱筒内的压力计和圆柱筒外的容器连通，升潜平衡装置的充气管、排气管和软管与空腔连通，动力装置的喷气孔与气仓连通，转向机构与圆柱筒连接，充气管、排气管及喷气孔上的电磁阀与控制器电性连接，供电回路、供气回路和控制回路也与控制器电性连接，升潜平衡装置驱动圆柱筒下潜或上浮，动力装置驱动圆柱筒移动，声呐装置配合探测定位，测量装置将不同阶段所测得的数值导入公式计算管道标高，适用于顶管施工中大井室管道标高测量，测量精准，安全可靠。

Description

测定大井室管道标高的设备及方法

技术领域

本发明属于市政工程技术领域，涉及一种测定大井室管道标高的设备及方法。

背景技术

很多埋深较大的排水管道是使用顶管工艺施工，顶管施工需要制作较大的井室作为顶管作业的工作井或接收井，而这些大井室有一装置是没有在内部砌筑井中井（小井室），且有一装置存在竣工图纸丢失或未按图施工的情况，导致管道标高不详。

后期如对这些管到进行局部翻建维修，则首先需要测定待翻建管道两侧管道的标高，如标高测定不准确则有可能产生“逆坡”等标高不合适的问题。常规测定存量管道是使用RTK测量仪+L杆或尺子的方式，这种方法对常规井室的管道标高测定比较使用，但对于大井室的情况不适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测定大井室管道标高的设备及方法，采用在声呐装置的圆柱筒内部或外部设置升潜平衡装置、测量装置和动力装置，压力传导软管与圆柱筒内的压力计和圆柱筒外的容器连通，升潜平衡装置的充气管、排气管和软管与空腔连通，动力装置的喷气孔与气仓连通，转向机构与圆柱筒连接，充气管、排气管及喷气孔上的电磁阀与控制器电性连接，供电回路、供气回路和控制回路也与控制器电性连接，升潜平衡装置驱动圆柱筒下潜或上浮，动力装置驱动圆柱筒移动，声呐装置配合探测定位，测量装置将不同阶段所测得的数值导入公式计算管道标高，适用于顶管施工中大井室管道标高测量，测量精准，安全可靠。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种测定大井室管道标高的设备，它包括声呐装置、升潜平衡装置、测量装置和动力装置；至少两个升潜平衡装置对称布设于声呐装置的圆柱筒内两侧，测量装置的压力计位于圆柱筒内，动力装置的转向机构与圆柱筒连接；压力计连通并延伸至圆柱筒外的压力传导软管与容器连通。

所述声呐装置包括中空结构的圆柱筒内中心位置连接的声呐探测器；声呐探测器与控制器电性连接。

所述升潜平衡装置位于圆柱筒内与其连接，且沿圆柱筒轴线对称布置，充气管、排气管和软管连通空腔并引出至圆柱筒外；软管伸入空腔；充气管和排气管上设置的电磁阀与控制器电性连接。

所述软管位于空腔内的一端设置配重球，即使在圆柱体旋转时配重球也能在重力作用下与空腔下部接触。

所述测量装置包括压力计的进水端连接的可旋转接头，压力传导软管的两端分别与可旋转接头和容器连接；压力计的数据线与压力传导软管绑接一起，压力计的数值可在中枢电脑屏幕上显示或其他便于地面操作人员读取的位置显示。

所述动力装置的多个喷气孔相互对称，与圆柱筒内由隔板分隔的气仓连通，转向机构通过支架与圆柱筒连接延伸至圆柱筒下部。

所述喷气孔与电磁阀连通，电磁阀的供电回路、供气回路和控制回路引出圆柱筒外与控制器电性连接。

所述转向机构包括转向轴和转向舵，转向轴为直角转向轴，一端通过支架与圆柱筒外壁连接，转向轴与支架之间的连接允许支架绕圆柱体轴心旋转，支架与圆柱筒刚性连接，圆柱体可绕其轴线旋转不受约束；另一端与转向舵连接，转向舵的舵叶位于圆柱筒下部，转向舵的供电回路和控制回路与控制器电性连接。

如上所述的测定大井室管道标高的设备的标高测定方法，它包括如下步骤：

S1，充气，采用空压机与喷气孔连接向气仓内充气，待气压达到设定压力值后停止充气；

S2，注水，向容器内注水，使容器内的水注满压力传导软管，水压作用到压力计上；

S3，设定参照点，调阅材料确定待测定标高的管道的内径D，或在上下游其他易于测量管道管径的位置进行测量；在待检测的大井室井口附近，即地面以上设置参照点，测定参照点的标高h1；

S4，下放，关闭上下游泵站，使得井室和管道的水流处于基本静止状态，并保持大井室内的液位高于管道顶部；将容器固定在地面上部较高位置，将本设备圆柱筒上部放置在与参照点齐平位置，读取压力计读数P1，并记录容器的液位h2；用L杆工具将本设备圆柱筒放置到大井室内；此步骤中，软管的没入水中；

S5，下沉，排气管上的电磁阀打开，水沿软管进入空腔中，本设备平稳下沉，待下沉到一定深度时关闭排气管的电磁阀，本设备停止下沉，处于悬浮状态；与此同时，声呐探测器开机进一步确定井室内管道管口位置；

S6，移动，控制器控制喷气孔上的电磁阀打开及转向舵转向，使本设备圆柱筒进入到待测定管道内的管口位置；此步骤中，结合软管的走向判断，并注意观察声呐图像变化，确保本设备圆柱筒进入到待测定管道内部，但不要深入管道太多；

S7，充气管上的电磁阀打开，空气从气仓进入空腔，对空腔充气，空腔中的空气压迫空腔内的水从配重球的进出水孔进入软管最终流出本设备，使得本设备圆柱筒上浮紧贴管内顶，由于本设备圆柱筒可自由转动，会直接转动到紧贴管内顶正中间最高处位置，读取压力计的读数P2；此步骤中，通过声呐图像判断本设备圆柱筒是否紧贴管内顶正中间，如未紧贴管内顶正中间，则操控本设备圆柱筒小幅度下沉再上浮，直至本设备主体圆柱筒紧贴管内顶正中间为止；

S8，记录，由于压力传导软管从使用前的“捆状”或“盘状”到使用过程中的“舒展状”，以及本设备使用时压力传导软管承受较大压力后可能存在略微的扩张，容器内的液位可能会下降，记录容器此时的液位h3；

S9，计算，采用公式H=h1-（P2-P1）/ρg-D-（h2-h3）计算该管道的管内底标高，式中ρ为压力传导软管和容器内液体的密度，g为重力加速度。

本发明的有益效果主要体现于：

声呐装置位于圆柱筒的中心位置，重心稳定，在圆柱筒下潜或上浮过程中对管道井室进行探测，通过声呐图像判断圆柱筒所处的具体位置。

圆柱筒为中空的结构，内部设置的空腔与充气管、排气管和软管连通，当圆柱筒放置与水体中后软管没入水中，排气管打开后空腔内的气体流出，本设备外部的水在重力作用下通过软管进入空腔，使得本设备其下沉。

充气管的电磁阀打开后，气仓内高压空气进入空腔内，将空腔内水从软管排出，则设备的重量下降使其上浮。

压力传导软管引至地面上部；压力传导软管的一端与旋转接头连接，避免设备移动过程中充气管和压力传导软管发生纠缠。

向容器注水，使容器内的水注满压力传导软管，水压作用到压力计上，在设备下潜或上浮的不同阶段记录压力值并导入公式计算管道标高，无需人员潜水测量，安全可靠。

事先向气仓内充气储能，再通过喷气孔排气及控制转向舵转向使设备移动，并配合声呐图像画面控制设备使其定位在管道的顶部，有利于精准测量管道标高。

声呐探测器、充气管和排气管及喷气孔上的电磁阀与控制器电性连接，供电回路、供气回路和控制回路也与控制器电性连接，控制器位于地面上部，便于操作。

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为本发明的结构示意图。

图2为本发明声呐的俯视示意图。

图3为本发明圆柱筒内部的结构示意图。

图4为本发明使用时的状态图。

图中：声呐装置1，圆柱筒11，声呐探测器12，升潜平衡装置2，空腔21，充气管22，排气管23，软管24，配重球25，测量装置3，压力计31，旋转接头32，压力传导软管33，容器34，动力装置4，喷气孔41，气仓42，转向机构43。

具体实施方式

如图1~图4中，一种测定大井室管道标高的设备，它包括声呐装置1、升潜平衡装置2、测量装置3和动力装置4；至少两个升潜平衡装置2对称布设于声呐装置1的圆柱筒11内两侧，测量装置3的压力计31位于圆柱筒11内，动力装置4的转向机构43与圆柱筒11连接；压力计31连通并延伸至圆柱筒11外的压力传导软管33与容器34连通。使用时，升潜平衡装置2驱动圆柱筒11下潜或上浮，动力装置4驱动圆柱筒11移动，声呐装置1配合探测定位，测量装置3将不同阶段所测得的数值导入公式计算管道标高，适用于顶管施工中大井室管道标高测量，测量精准，安全可靠。

优选的方案中，所述声呐装置1包括中空结构的圆柱筒11内中心位置连接的声呐探测器12；声呐探测器12与控制器电性连接。使用时，声呐探测器12的重心位于圆柱筒11的轴线上。

优选地，声呐探测器12的数据线与控制器电性连接，在声呐探测器12工作时将管道内的图像画面显示在中枢电脑显示器上，便于操作人员根据画面控制设备的移动方位。

优选的方案中，所述升潜平衡装置2的空腔21位于圆柱筒11内与其连接，充气管22、排气管23和软管24与空腔21连通，排气管23和软管24引出至圆柱筒11外；软管24伸入空腔21；充气管22和排气管23上设置的电磁阀与控制器电性连接。使用时，空腔21用于充水或者充气，充水时打开排气管23上的电磁阀，水从软管24进入空腔21内使设备下沉；充气管22向空腔21注气后使水从软管24排出，设备随之上浮。

优选地，排气管23的开闭由控制器控制电磁阀进行开闭。

优选的方案中，所述软管24位于空腔21内的一端设置配重球25，配重球25与空腔21下部接触。使用时，通过配重球25的重力将软管24拉向空腔21下部，避免在空腔21内有水时软管24出现空排现象。

优选的方案中，所述软管24替换成“θ”型式双管路的软管，有两个管路，一个管路连接进出水孔承担进排水的作用，另一个管路连接排气孔23，并将配重球25设置为上下两部分，上部为浮体，下部为配重块，即整体上要保证可以浮起来，配重块上设置进出水孔与承担进出水的管路连接，浮体上设置气孔与承担排气的管路连接。使用时，水通过“θ”型式的软管的一个管路从配重块的水孔进出，气体通过“θ”型式的软管的另一个管路从排气孔排出。将进出水管和排气管合并设置成“θ”型式双管路的软管的好处一是几乎可以充分利用空腔21的体积装水下沉或排水上浮，好处二是避免了单独设置成2个软管，在本设备圆柱体旋转时两根软管拧在一起的问题。

优选的方案中，所述测量装置3包括压力计31的进水端连接的可旋转接头32，压力传导软管33的两端分别与旋转接头32和容器34连接；压力计31的数据线与压力传导软管33绑接一起。使用时，容器34处于高位，当容器34内的水沿压力传导软管33作用在压力计31上后，中枢电脑随之显示压力计31的压力值，压力计31随设备移动、下潜或上浮的过程中，压力值也随之发生变化，此时作业人员根据需要记录不同阶段的压力值作为后期计算管道标高的参数值。

优选地，旋转接头32的作用在于设备移动过程中，旋转接头32作为活动连接件避免压力传导软管33与设备本体之间产生阻碍本设备旋转的力。

优选的方案中，所述动力装置4的多个喷气孔41相互对称，与圆柱筒11内由隔板分隔的气仓42连通，转向机构43通过支架与圆柱筒11连接延伸至圆柱筒11下部。使用前，事先采用空压机与喷气孔41连接，通过空压机向气仓42内冲气，当气仓42内的气压达到设定值后停止充气，气仓42内的压力气体作为动力源。

优选的方案中，所述喷气孔41与电磁阀连通，电磁阀的供电回路、供气回路和控制回路引出圆柱筒11外与控制器电性连接。使用时，控制器位于地面上部，通过控制器控制喷气孔41上的电磁阀开闭，当该电磁阀打开后，气仓42内的压力气体从喷气孔41喷出推动设备在水体中移动。

优选的方案中，所述转向机构43包括转向轴和转向舵，转向轴为直角转向轴，一端通过支架与圆柱筒11外壁连接，转向轴与支架之间的连接允许支架绕圆柱体轴心旋转，支架与圆柱筒11刚性连接，圆柱体可绕其轴线旋转不受约束；另一端与转向舵连接，转向舵位于圆柱筒11下部，转向舵的供电回路和控制回路与控制器电性连接。使用时，本设备内嵌电池或地面供电站向转向舵供电，控制器控制转向舵动作，调整设备的移动方向。

优选的方案中，如上所述的测定大井室管道标高的设备的标高测定方法，它包括如下步骤：

S1，充气，采用空压机与喷气孔41连接向气仓42内充气，待气压达到设定压力值后停止充气；

S2，注水，向容器34内注水，使容器34内的水注满压力传导软管33，水压作用到压力计31上；

S3，设定参照点，调阅材料确定待测定标高的管道的内径D，或在上下游其他易于测量管道管径的位置进行测量；在待检测的大井室井口附近，即地面以上设置参照点，测定参照点的标高h1；

S4，下放，关闭上下游泵站，使得井室和管道的水流处于基本静止状态，并保持大井室内的液位高于管道顶部；将容器34固定在地面上部较高位置，将本设备圆柱筒11上部放置在与参照点齐平位置，读取压力计31读数P1，并记录容器34的液位h2；用L杆工具将本设备圆柱筒11放置到大井室内；此步骤中，软管24的没入水中；

S5，下沉，排气管23上的电磁阀打开，水沿软管24进入空腔21中，本设备平稳下沉，待下沉到一定深度时关闭排气管23的电磁阀，本设备停止下沉，处于悬浮状态；与此同时，声呐探测器12开机进一步确定井室内管道管口位置；

S6，移动，控制器控制喷气孔41上的电磁阀打开及转向舵转向，使本设备圆柱筒11进入到待测定管道内的管口位置；此步骤中，结合软管24的走向判断，并注意观察声呐图像变化，确保本设备圆柱筒11进入到待测定管道内部，但不要深入管道太多；

S7，充气管22上的电磁阀打开，空气从气仓42进入空腔21，对空腔21充气，空腔21中的空气压迫空腔21内的水从配重球25的进出水孔进入软管24最终流出本设备，使得本设备圆柱筒11上浮紧贴管内顶，由于本设备圆柱筒11可自由转动，会直接转动到紧贴管内顶正中间最高处位置，读取压力计31的读数P2；此步骤中，通过声呐图像判断本设备圆柱筒11是否紧贴管内顶正中间，如未紧贴管内顶正中间，则操控本设备圆柱筒11小幅度下沉再上浮，直至本设备主体圆柱筒11紧贴管内顶正中间为止；

S8，记录，由于压力传导软管33从使用前的“捆状”或“盘状”到使用过程中的“舒展状”，以及本设备使用时压力传导软管33承受较大压力后可能存在略微的扩张，容器34内的液位可能会下降，记录容器34此时的液位h3；

S9，计算，采用公式H=h1-（P2-P1）/ρg-D-（h2-h3）计算该管道的管内底标高，式中ρ为压力传导软管33和容器34内液体的密度，g为重力加速度。

上述方法通过在地面上操作设备在管道内移动、下潜或上浮，在此过程中压力计31的压力值和容器34的液位值发生变化，记录不同阶段的数值并导入公式计算出管道标高，测定精准，无需作业人员下潜至管道内进行测量，安全可靠。

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)

1.一种测定大井室管道标高的设备，其特征是：它包括声呐装置（1）、升潜平衡装置（2）、测量装置（3）和动力装置（4）；至少两个升潜平衡装置（2）对称布设于声呐装置（1）为圆柱体，其两端为圆柱筒（11），测量装置（3）的压力计（31）位于圆柱筒（11）内，动力装置（4）的转向机构（43）与圆柱筒（11）连接；压力计（31）连通并延伸至圆柱筒（11）外的压力传导软管（33）与容器（34）连通。

2.根据权利要求1所述的测定大井室管道标高的设备，其特征是：所述声呐装置（1）包括中空结构的圆柱筒（11）内中心位置连接的声呐探测器（12），声呐探测器（12）重心位于圆柱筒11的轴线上；声呐探测器（12）与控制器电性连接。

3.根据权利要求1所述的测定大井室管道标高的设备，其特征是：所述升潜平衡装置（2）位于圆柱筒（11）内与其连接，且沿圆柱筒轴线对称布置，充气管（22）、排气管（23）和软管（24）与空腔（21）连通，排气管（23）和软管（24）引出至圆柱筒（11）外；软管（24）伸入空腔（21）；充气管（22）和排气管（23）上设置的电磁阀与控制器电性连接。

4.根据权利要求3所述的测定大井室管道标高的设备，其特征是：所述软管（24）位于空腔（21）内的一端设置配重球（25），在圆柱筒（11）旋转时配重球（25）在重力作用下与空腔（21）下部接触。

5.根据权利要求4所述的测定大井室管道标高的设备，其特征是：所述配重球（25）在不同角度设置的多个进出水孔。

6.根据权利要求1所述的测定大井室管道标高的设备，其特征是：所述测量装置（3）包括压力计（31）的进水端连接的可旋转接头（32），压力传导软管（33）的两端分别与可旋转接头（32）和容器（34）连接；压力计（31）的数据线与压力传导软管（33）绑接一起。

7.根据权利要求1所述的测定大井室管道标高的设备，其特征是：所述动力装置（4）的多个喷气孔（41）相互对称，与圆柱筒（11）内由隔板分隔的气仓（42）连通，转向机构（43）通过支架与圆柱筒（11）连接延伸至圆柱筒（11）下部。

8.根据权利要求7所述的测定大井室管道标高的设备，其特征是：所述喷气孔（41）与电磁阀连通，电磁阀的供电回路、供气回路和控制回路引出圆柱筒（11）外与控制器电性连接。

9.根据权利要求7所述的测定大井室管道标高的设备，其特征是：所述转向机构（43）包括转向轴和转向舵，转向轴为直角转向轴，一端通过支架与圆柱筒（11）外壁连接，转向轴与支架之间的连接允许支架绕圆柱体轴心旋转，支架与圆柱筒（11）刚性连接，圆柱体可绕其轴线旋转不受约束；另一端与转向舵连接，转向舵的舵叶位于圆柱筒（11）下部，转向舵的供电回路和控制回路与控制器电性连接。

10.根据权利要求1~9任一项所述的测定大井室管道标高的设备的标高测定方法，其特征是，它包括如下步骤：

S1，充气，采用空压机与喷气孔（41）连接向气仓（42）内充气，待气压达到设定压力值后停止充气；

S2，注水，向容器（34）内注水，使容器（34）内的水注满压力传导软管（33），水压作用到压力计（31）上；

S3，设定参照点，调阅材料确定待测定标高的管道的内径D，或在上下游其他易于测量管道管径的位置进行测量；在待检测的大井室井口附近，即地面以上设置参照点，测定参照点的标高h1；

S4，下放，关闭上下游泵站，使得井室和管道的水流处于基本静止状态，并保持大井室内的液位高于管道顶部；将容器（34）固定在地面上部较高位置，将本设备圆柱筒（11）上部放置在与参照点齐平位置，读取压力计（31）读数P1，并记录容器（34）的液位h2；用L杆工具将本设备圆柱筒（11）放置到大井室内；此步骤中，软管（24）的没入水中；

S5，下沉，排气管（23）上的电磁阀打开，水沿软管（24）进入空腔（21）中，本设备平稳下沉，待下沉到一定深度时关闭排气管（23）的电磁阀，本设备停止下沉，处于悬浮状态；与此同时，声呐探测器（12）开机进一步确定井室内管道管口位置；

S6，移动，控制器控制喷气孔（41）上的电磁阀打开及转向舵转向，使本设备圆柱筒（11）进入到待测定管道内的管口位置；此步骤中，结合软管（24）的走向判断，并注意观察声呐图像变化，确保本设备圆柱筒（11）进入到待测定管道内部，但不要深入管道内部太多；

S7，充气管（22）上的电磁阀打开，空气从气仓（42）进入空腔（21），对空腔（21）充气，空腔（21）中的空气压迫空腔（21）内的水从配重球（25）的进出水孔进入软管（24）最终流出本设备，使得本设备圆柱筒（11）上浮紧贴管内顶，由于本设备圆柱筒（11）可自由转动，会直接转动到紧贴管内顶正中间最高处位置，读取压力计（31）的读数P2；此步骤中，通过声呐图像判断本设备圆柱筒（11）是否紧贴管内顶正中间，如未紧贴管内顶正中间，则操控本设备圆柱筒（11）小幅度下沉再上浮，直至本设备主体圆柱筒（11）紧贴管内顶正中间为止；

S8，记录，由于压力传导软管（33）从使用前的“捆状”或“盘状”到使用过程中的“舒展状”，以及本设备使用时压力传导软管（33）承受较大压力后可能存在略微的扩张，容器（34）内的液位可能会下降，记录容器（34）此时的液位h3；

S9，计算，采用公式H=h1-（P2-P1）/ρg-D-（h2-h3）计算该管道的管内底标高，式中ρ为压力传导软管（33）和容器（34）内液体的密度，g为重力加速度。

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