CN215984411U - 一种回拖管道多断面应变监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种回拖管道多断面应变监测装置，包括若干应变监测单元；若干应变监测单元分别设置在若干待铺管节的内壁上，且当前待铺管节中的应变监测单元靠近当前待铺管节与下一级待铺管节之间的管节接缝设置；信号传输线沿待铺PE管道的轴线设置，若干应变监测单元的输出端均与信号传输线的输入端连接；信号传输线的输出端与信号接收装置相连，信号接收装置设置在待铺PE管道的尾端外侧，用于实时读取应变监测单元采集的应变数据，并判断是否处于预设安全范围内，并根据判断结果输出预警信息；本实用新型沿待铺PE管道轴向设置若干应变监测单元，实现了多断面监测，适用于长距离PE管道回拖过程的应变监测。

Description

一种回拖管道多断面应变监测装置

技术领域

本实用新型属于结构安全监测技术领域，特别涉及一种回拖管道多断面应变监测装置。

背景技术

随着社会经济的发展，地下综合管廊和城市输水线路等工程越来越多，水平定向钻技术作为非开挖施工技术之一，因其不影响地面交通和环境、施工精度高、应用范围广等诸多优点，得到了广泛的应用，尤其是在长距离穿越工程中；水平定向钻技术是利用水平定向钻机，在不开挖地表的条件下或以最小的地表开挖工作铺设多种地下公用设施，如管道、电缆的技术；水平定向钻施工可分为以下步骤：先沿预定轨迹钻导向孔，再沿导向孔逐级回扩至设计孔径，最后回拖管道，以此实现管道的非开挖敷设。

在水平定向钻施工过程中管道的回拖十分关键，但由于施工条件的复杂性，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，这种变形使管道铺设质量下降，并且有可能导致管道穿越铺设工程的失败，造成资源浪费和经济损失。

PE管道是目前水平定向钻进使用最为普遍的管材，但PE管道相对钢管强度低，抗变形能力差，在回拖施工过程中，PE管道容易发生较大变形，从而影响工程质量；因此，有必要在回拖过程中对PE管进行应变监测来确保管道变形在允许范围内，以控制工程质量。由于管道回拖时外壁与泥浆直接接触且会与砂石颗粒发生摩擦和碰撞，若应变监测装置若直接安装在管道外壁，难以具备安全工作的条件；如果在管道内壁安装应变监测装置，由于PE管道采用热熔对接工艺，管节焊接过程中加热板会将两节管节从断面处隔开，使得信号传输装置无法布置安装，且传统的监测方案需在待铺设管道前端焊接待铺设管道长度10％～20％的监测段管道，不仅无法直接监测待铺设管道的应变情况；对于长距离管道回拖，其10％～20％长度的监测段管道将极大提高工程成本和难度。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种回拖管道多断面应变监测装置，以解决现有管道回拖过程中，无法直接对管道的应变进行实时监控的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实施例提供了一种回拖管道多断面应变监测装置，所述应变监测装置用于对待铺PE管道的水平定向钻回拖过程的应变监测；所述待铺PE管道包括若干待铺管节，若干待铺管节依次熔融焊接相连；

所述应变监测装置包括若干应变监测单元、信号传输线及信号接收装置，若干应变监测单元分别设置在若干待铺管节的内壁上，且当前待铺管节中的应变监测单元靠近当前待铺管节与下一级待铺管节之间的管节接缝设置；信号传输线沿待铺PE管道的轴线设置，若干应变监测单元的输出端均与信号传输线的输入端连接；

信号传输线的输出端与信号接收装置相连，信号接收装置设置在待铺PE管道的尾端外侧，用于实时读取并存储应变监测单元采集的应变数据。

进一步的，还包括预警装置，预警装置与信号接收装置相连，用于判断信号接收装置读取的应变数据是否处于预设安全范围内，并根据判断结果输出预警信息。

进一步的，应变监测单元包括若干应变传感器；每个待铺管节的内壁上设置有虚拟监测断面，虚拟监测断面靠近当前待铺管节与下一级待铺管节的管节接缝设置；若干应变传感器均匀布设在虚拟监测断面处，并均与待铺管节的内壁固定；若干应变传感器的输出端与信号传输线的输入端连接。

进一步的，若干应变传感器的输出端串联相接后与信号传输线的输入端连接。

进一步的，应变传感器采用光纤光栅应变传感器，信号传输线采用光纤光缆。

进一步的，信号接收装置采用光纤光栅解调仪。

进一步的，当前待铺管节中的应变监测单元和当前待铺管节与下一级待铺管节的管节接缝之间的距离大于等于30cm。

进一步的，每个应变传感器的外侧设置有保护结构。

进一步的，每个应变传感器分别采用环氧树脂胶粘接固定在待铺管节的内壁上。

进一步的，待铺PE管道中的信号传输线采用穿线机器人进行穿设；其中，相邻待铺管节熔融焊接时，穿线机器人留置在上一级待铺管节中，并与相邻待铺管节之间的管节接缝的距离大于等于30cm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供了一种回拖管道多断面应变监测装置，通过在每个待铺管节的内壁上设置应变监测单元，将应变监测单元通过信号传输线与信号接收装置相连，确保了回拖过程应变监测装置的安全性和可靠性，实现在PE管道水平定向钻回拖过程，对待铺PE管道进行多断面的应变监测，读取并存储的应变数据，有助于全面获取待铺PE管道全长的变形情况，可适用于长距离PE管道回拖过程的应变监测，从而减少资源浪费和经济损失。

进一步的，通过设置预警装置，将信号接收装置读取的应变数据与预设的安全数据范围进行比较，判断管道变形情况，及时发出安全隐患预警。

进一步的，每个应变监测单元采用若干应变传感器，若干应变传感器均匀设置在每个待铺管节的内壁上，实现了对同一虚拟监测断面的不同位置的实时监测，确保了应变数据采集的全面性。

进一步的，将当前待铺管节中的应变监测单元和当前待铺管节与下一级待铺管节的管节接缝之间的距离大于等于30cm设置，避免了相邻管节熔融焊接过程对已安装的应变监测单元造成损伤，确保了应变监测过程，应变传感器的安全性及可靠性。

进一步的，利用穿线装置对信号传输线进行穿引，避免了由于管节熔融焊接过程导致信号传输线穿引难度大甚至无法穿引，施工过程简便，成本较低；相邻待铺管节熔融焊接过程中，穿线机器人留置在上一级待铺管节中，并与相邻待铺管节之间的管节接缝的距离大于等于 30cm，确保了熔融焊接过程，对穿线机器人及信号传输线造成损伤。

附图说明

图1为实施例所述的管道回拖过程中应变监测装置整体结构示意图；

图2为实施例所述的应变监测装置的局部结构示意图。

其中，1待铺PE管道，2应变监测单元、3信号传输线，4信号接收装置，5虚拟监测断面，6管节接缝，7管道焊接方向，8管道回拖方向；11待铺管节。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种回拖管道多断面应变监测装置，所述应变监测装置用于待铺PE管道1的水平定向钻回拖过程的应变监测；所述待铺PE管道1包括若干待铺管节11，若干待铺管节11熔融焊接相连。所述应变监测装置包括若干应变监测单元2、信号传输线3、信号接收装置4及预警装置。

每个待铺管节11中分别设置有一个应变监测单元2，应变监测单元2固定在待铺管节11 的内壁上；其中，当前待铺管节中的应变监测单元2靠近当前待铺管节与下一级待铺管节之间的管节接缝6设置。

应变监测单元2包括若干应变传感器，每个待铺管节11的内壁上设置有虚拟监测断面5，虚拟监测断面5靠近当前待铺管节与下一级待铺管节的管节接缝6设置；若干应变传感器均匀布设在虚拟监测断面5处，并均与待铺管节11的内壁固定；优选的，每个应变传感器分别采用环氧树脂胶粘接固定在待铺管节11的内壁上，且每个应变传感器的外侧设置有保护结构；本实用新型中，每个应变监测单元采用若干应变传感器，若干应变传感器均匀设置在每个待铺管节的内壁上，实现了对同一虚拟监测断面的不同位置的实时监测，确保了应变数据采集的全面性。

本实用新型中，当前待铺管节中的应变监测单元2和当前待铺管节与下一级待铺管节的管节接缝6之间的距离大于等于30cm；避免了相邻管节熔融焊接过程对已安装的应变监测单元造成损伤，确保了应变监测过程，应变传感器的安全性及可靠性。

信号传输线3沿待铺PE管道1的轴线设置，若干应变传感器的输出端串联相接后与信号传输线3的输入端连接；信号传输线3的输出端与信号接收装置4相连，信号接收装置4设置在待铺PE管道1的尾端外侧，用于实时读取并存储应变监测单元2采集的应变数据；预警装置与信号接收装置4相连，用于判断信号接收装置4读取的应变数据是否处于预设安全范围内，并根据判断结果输出预警信息。

本实用新型中，应变传感器采用光纤光栅应变传感器，信号传输线3采用光纤光缆，信号接收装置4采用光纤光栅解调仪。

本实用新型所述的一种回拖管道多断面应变监测装置的安装方法，包括以下步骤：

将应变监测单元2安装在当前待铺管节的内壁上，并将当前待铺管节内的应变监测单元2 与信号传输线3相连；

将当前待铺管节与下一级待铺管节熔融焊接；

利用穿线装置穿引信号传输线3至下一级待铺管节，在下一级待铺管节的内壁上安装应变监测单元2，并将下一级待铺管节中的的应变监测单元2与信号传输线3相连；其中，所述穿线装置采用穿线机器人，穿线机器人上设置挂钩，挂钩与信号传输线3连接；相邻待铺管节熔融焊接过程中，穿线机器人留置在上一级待铺管节中，并与相邻待铺管节之间的管节接缝6 的距离大于等于30cm；确保了熔融焊接过程，对穿线机器人及信号传输线造成损伤。

重复管节焊接、信号传输线穿引及应变监测单元2安装的操作，直至待铺PE管道1内的应变监测装置施工完成；之后，将信号传输线3与信号接收装置4相连，即所述应变监测装置安装施工完成。

工作原理：

本实用新型所述的回拖管道多断面应变监测装置，通过将应变监测装置的元器件布设与管道焊接工艺相结合，解决了断面选择和信号传输线铺设与焊接工艺间的矛盾，并基于应变监测单元测量应变，信号传输线传输应变信号变化，信号接收装置完成应变信号的接收、读取及存储，利用预警装置实现预警功能，最终实现管道回拖过程多断面的应变监测预警。

本实用新型中，通过在每个待铺管节的内壁上设置应变监测单元，将应变监测单元通过信号传输线与信号接收装置，并将信号接收装置与预警装置相连，确保了回拖过程应变监测装置的安全性和可靠性，实现在PE管道水平定向钻回拖过程，对待铺PE管道进行多断面的应变监测，并根据读取的应变数据与预设的安全数据范围进行比较，判断管道变形情况，及时发出安全隐患预警；有助于全面获取待铺PE管道全长的变形情况，可适用于长距离PE管道回拖过程的应变监测，从而减少资源浪费和经济损失；利用穿线装置对信号传输线进行穿引，避免了由于管节熔融焊接过程导致信号传输线穿引难度大甚至无法穿引，施工过程简便，成本较低。

实施例

以某待铺PE管道1的水平定向钻回拖过程的应变监测；所述待铺PE管道1包括若干待铺管节11，若干待铺管节11熔融焊接相连；如附图1-2所示，本实施例提供了一种回拖管道多断面应变监测装置，包括若干应变监测单元2、信号传输线3、信号接收装置4及预警装置。

若干应变监测单元2分别设置在若干待铺管节11中，并固定在待铺管节11的内壁上；应变监测单元2包括若干应变传感器，每个待铺管节11的内壁上设置有虚拟监测断面5；其中，当前待铺管节11中的虚拟监测断面5和当前待铺管节与下一级待铺管节的管节接缝6之间的距离为30cm。

若干应变传感器均匀布设在虚拟监测断面5处，并均与待铺管节11的内壁固定；每个应变传感器分别采用环氧树脂胶粘接固定在待铺管节11的内壁上，且每个应变传感器的外侧设置有保护结构；避免了相邻管节熔融焊接过程对已安装的应变监测单元造成损伤，确保了应变监测过程，应变传感器的安全性及可靠性。

信号传输线3沿待铺PE管道1的轴线设置，若干应变传感器的输出端串联相接后与信号传输线3的输入端连接；信号传输线3的输出端与信号接收装置4相连，信号接收装置4设置在待铺PE管道1的尾端外侧，用于实时读取并存储应变监测单元2采集的应变数据；预警装置与信号接收装置4相连，用于判断信号接收装置4读取的应变数据是否处于预设安全范围内，并根据判断结果输出预警信息。

本实施例中，应变传感器采用光纤光栅应变传感器，信号传输线3采用光纤光缆，信号接收装置4采用光纤光栅解调仪。

本实用新型所述的一种回拖管道多断面应变监测装置的安装及使用方法，包括以下步骤：

步骤1、在当前待铺管节下放前，在当前待铺管节的末端边缘处设置虚拟监测断面5，虚拟监测断面5的确定原则为便于人工安装应变传感器，且保证应变传感器不受相连待铺管节熔融焊接损伤影响；本实施例中，待铺管节中的虚拟监测断面5与当前待铺管节末端边缘的距离为30cm，即当前待铺管节中的应变监测单元2和当前待铺管节与下一级待铺管节的管节接缝 6之间的距离等于30cm；进而，根据应变监测工况要求，能够沿待铺PE管道的轴线方向确定处若干虚拟监测断面。

步骤2、对当前待铺管节的虚拟监测断面进行清洁和打磨处理，采用环氧树脂胶粘接固定应变传感器；若干应变传感器按预设监测要求，对应粘接固定在虚拟监测断面上，并采用保护结构对每个应变传感器封装保护；同一虚拟监测断面上的所有应变传感器的输出端串联相接后与信号传输线的输入端相连；将信号传输线与穿线机器人上的挂钩连接，并将穿线机器人与信号传输线一同留置在当前待铺管节中，并确保穿线机器人与当前待铺管节末端边缘的距离为不小于30cm；其中，信号传输线的长度至少能够保证延伸至下一级待铺管节的虚拟监测断面处。

步骤3、沿管道焊接方向7，将已安装有应变监测单元的待铺管节与下一级待铺管节通过熔融焊接固定，在相邻两个待铺管节之间形成管节接缝6。

步骤4、控制穿线机器人沿待铺PE管道的轴线，向下一级待铺管节的方向移动，利用穿线机器人将信号传输线穿引至下一级待铺管节的虚拟监测断面处；

步骤5、重复步骤2-4，直至所有待铺管节中均安装应变监测单元；撤出穿线机器人，并将信号传输线与信号接收装置相连。

步骤6、开启信号接收装置及预警装置，待铺PE管道在水平定向钻机的作用下，沿管道回拖方向8，回拖至预设部位，直至完成管道敷设；管道回拖过程中，利用实时读取应变监测单元2采集的应变数据，并判断读取的应变数据是否处于预设安全范围内，并根据判断结果输出预警信息。

本实用新型中，通过在每个待铺管节的内壁上设置应变监测单元，将应变监测单元通过信号传输线与信号接收装置及预警装置相连，实现在待铺PE管道的回拖过程中，对待铺PE管道进行多断面的实时监测，利用获取待铺PE管道的应变数据，并判断回拖过程中管道的应变数据是否在安全范围内，为回拖过程中管道变形破坏提供预警，避免回拖力控制不当导致的回拖失败发生；利用穿线装置对信号传输线进行穿引，避免了由于管节熔融焊接过程导致信号传输线穿引难度大甚至无法穿引，施工过程简便，成本较低。

本实用新型所述的回拖管道多断面应变监测装置及其使用方法，通过沿待铺PE设管道的轴向可设置若干虚拟监测断面，在虚拟监测断面上均匀设置若干应变传感器，并利用信号传输线将应变传感器与信号接收装置相连，可直接对待铺PE管道的应变情况进行监测而无需设置监测段管道，实现了多断面监测；有助于全面掌握铺设管道全长的变形情况，适用于长距离 PE管道回拖过程的应变监测。

上述实施例仅仅是能够实现本实用新型技术方案的实施方式之一，本实用新型所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本实用新型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)

1.一种回拖管道多断面应变监测装置，其特征在于，所述应变监测装置用于对待铺PE管道(1)的水平定向钻回拖过程的应变监测；所述待铺PE管道(1)包括若干待铺管节(11)，若干待铺管节(11)依次熔融焊接相连；

所述应变监测装置包括若干应变监测单元(2)、信号传输线(3)及信号接收装置(4)，若干应变监测单元(2)分别设置在若干待铺管节(11)的内壁上，且当前待铺管节中的应变监测单元(2)靠近当前待铺管节与下一级待铺管节之间的管节接缝(6)设置；信号传输线(3)沿待铺PE管道(1)的轴线设置，若干应变监测单元(2)的输出端均与信号传输线(3)的输入端连接；

信号传输线(3)的输出端与信号接收装置(4)相连，信号接收装置(4)设置在待铺PE管道(1)的尾端外侧，用于实时读取并存储应变监测单元(2)采集的应变数据。

2.根据权利要求1所述的一种回拖管道多断面应变监测装置，其特征在于，还包括预警装置，预警装置与信号接收装置(4)相连，用于判断信号接收装置(4)读取的应变数据是否处于预设安全范围内，并根据判断结果输出预警信息。

3.根据权利要求1所述的一种回拖管道多断面应变监测装置，其特征在于，应变监测单元(2)包括若干应变传感器；每个待铺管节(11)的内壁上设置有虚拟监测断面(5)，虚拟监测断面(5)靠近当前待铺管节与下一级待铺管节的管节接缝(6)设置；若干应变传感器均匀布设在虚拟监测断面(5)处，并均与待铺管节(11)的内壁固定；若干应变传感器的输出端与信号传输线(3)的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种回拖管道多断面应变监测装置，其特征在于，若干应变传感器的输出端串联相接后与信号传输线(3)的输入端连接。

5.根据权利要求3所述的一种回拖管道多断面应变监测装置，其特征在于，应变传感器采用光纤光栅应变传感器，信号传输线(3)采用光纤光缆。

6.根据权利要求5所述的一种回拖管道多断面应变监测装置，其特征在于，信号接收装置(4)采用光纤光栅解调仪。

7.根据权利要求1所述的一种回拖管道多断面应变监测装置，其特征在于，当前待铺管节中的应变监测单元(2)和当前待铺管节与下一级待铺管节的管节接缝(6)之间的距离大于等于30cm。

8.根据权利要求3所述的一种回拖管道多断面应变监测装置，其特征在于，每个应变传感器的外侧设置有保护结构。

9.根据权利要求3所述的一种回拖管道多断面应变监测装置，其特征在于，每个应变传感器分别采用环氧树脂胶粘接固定在待铺管节(11)的内壁上。

10.根据权利要求1所述的一种回拖管道多断面应变监测装置，其特征在于，待铺PE管道(1)中的信号传输线(3)采用穿线机器人进行穿设；其中，相邻待铺管节熔融焊接时，穿线机器人留置在上一级待铺管节中，并与相邻待铺管节之间的管节接缝(6)的距离大于等于30cm。

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