CN215984489U - 一种水平定向钻管道应变监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水平定向钻管道应变监测装置，包括若干应变传感器组，沿待铺管道的轴线方向设置有若干监测断面，在每个监测断面上分别设置一个应变传感器组；每个应变传感器组包括若干应变传感器，若干应变传感器均匀分布在监测断面处，应变传感器与待铺管道的外壁固定连接；信号传输线沿待铺管道的轴线方向设置，并固定在待铺管道的外壁上；每个应变传感器组的所有应变传感器串联相接后与信号传输线的输入端连接，信号传输线的输出端与应变数据采集仪的输入端连接，应变数据采集仪用于应变数据的采集和存储；本实用新型实现对管道回拖过程的全程不间断监测，实时获取管道在回拖过程中管道的应变变化情况，为调整施工参数提供依据。

Description

一种水平定向钻管道应变监测装置

技术领域

本实用新型属于结构安全监测技术领域，特别涉及一种水平定向钻管道应变监测装置。

背景技术

非开挖敷设管线技术是市政工程建设兴起的新型先进施工技术，可直接穿越建筑物及地下管线等有障碍物的施工现场，不影响地面交通和环境，可降低施工成本，施工速度快，被广泛应用于供排水，电力、天然气等地下管线的铺设；水平定向钻穿越施工技术是目前发展最快的一种非开挖技术，该施工技术采用锚固于地表的钻孔设备，以相对于地面较小的入射角钻入地层形成先导孔，然后将先导孔扩径至所需大小，并通过钻机回拖牵引将管道装入钻孔，以完成管道的非开挖敷设。

水平定向钻施工时，地下作业环境不明、风险因素错综复杂，且随着水平定向钻工程向大管径、长距离逐步发展，管道回拖过程一旦回拖力控制不当，有可能导致管道发生较大变形，导致穿越工程的失败，因此，有必要及时掌握管道的变形情况；而相较于常规埋地管道的应变监测，水平定向钻管道穿越过程面临的环境更加复杂，其需承受泥浆压力及阻力且存在与土石颗粒摩擦的可能，恶劣的穿越环境以及越来越长的穿越距离使得水平定向钻管道穿越过程的应变监测成为了水平定向钻工程亟需解决的问题。

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水平定向钻管道应变监测装置，以解决现有的埋地管道的应变监测，无法适应于水平定向钻管道穿越过程面临的复杂环境的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供了一种水平定向钻管道应变监测装置，包括若干应变传感器组、信号传输线及应变数据采集仪；

沿待铺管道的轴线方向设置有若干监测断面，在每个监测断面上分别设置一个应变传感器组；每个应变传感器组包括若干应变传感器，若干应变传感器均匀分布在监测断面处，应变传感器与待铺管道的外壁固定连接；

信号传输线沿待铺管道的轴线方向设置，并固定在待铺管道的外壁上；每个应变传感器组的所有应变传感器串联相接后与信号传输线的输入端连接，信号传输线的输出端与应变数据采集仪的输入端连接，应变数据采集仪用于应变数据的采集和存储。

进一步的，还包括若干第一保护构件；若干第一保护构件间隔固定在待铺管道的外侧，并与待铺管道的监测断面一一对应设置；第一保护构件采用环向包裹层，环向包裹层密封罩设在每个应变传感器组的所有应变传感器的外侧。

进一步的，第一保护构件采用玻璃纤维布环向包裹层或钢制环向包裹层；其中，玻璃纤维布环向包裹层与待铺管道之间采用环氧树脂胶粘结固定，玻璃纤维布环向包裹层的外侧设置有环氧树脂封固层；钢制环向包裹层与待铺管道焊接固定。

进一步的，还包括第二保护构件；第二保护构件为管状结构，信号传输线贯穿设置在第二保护构件中；第二保护构件沿待铺管道的轴线平行设置，并与待铺管道的外壁固定连接。

进一步的，第二保护构件采用PE管或金属管；其中，PE管或金属管的强度与待铺管道的强度相同。

进一步的，还包括若干紧固结构；紧固结构间隔套设在待铺管道的外侧，采用紧固结构将第二保护构件与待铺管道固定连接。

进一步的，紧固结构采用喉箍。

进一步的，应变传感器的长度方向与待铺管道的轴线方向平行。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型所述的水平定向钻管道应变监测装置，通过在待铺管道的轴线方向设置若干应变传感器组，且每个应变传感器组中包括均匀分布在待铺管道的监测断面上的若干应变传感器，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全程不间断监测，实时获取管道在回拖过程中管道的应变变化情况，为调整施工参数提供依据，指导施工顺利完成；通过沿管道轴向设置若干监测断面，有助于更全面地收集数据，更准确地分析回拖过程管道变形情况。

进一步的，通过在待铺管道的监测断面处设置第一保护构件，利用第一保护构件对应变传感器进行封装保护，避免了待铺管道的回拖过程中，外界环境对应变传感器1造成损伤，提高了应变数据的采集过程的准确性和可靠性。

进一步的，通过在信号传输线的外侧设置第二保护构件，利用第二保护构件将信号传输线封装固定在待铺管道的外侧，并对信号传输线形成保护，确保了监测过程，数据传输的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型所述的应变监测装置在待铺管道的监测断面的布置结构示意图；

图2为本实施例所述的待铺管道的局部结构示意图。

其中，1应变传感器，2第一保护构件，3紧固结构，4第二保护构件，5信号传输线，6待铺管道，7监测断面。

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水平定向钻管道应变监测装置，包括若干应变传感器组、若干第一保护构件2、若干紧固结构3、第二保护构件4、信号传输线5及应变数据采集仪。

沿待铺管道6的轴线方向设置有若干监测断面7，在每个监测断面7上分别设置有一个应变传感器组；每个应变传感器组包括若干应变传感器1，若干应变传感器1均匀分布在监测断面7处，应变传感器1与待铺管道6的外壁固定连接；若干第一保护构件2间隔固定在待铺管道6的外侧，并与待铺管道6的监测断面7一一对应设置；第一保护构件2采用环向包裹层，环向包裹层密封设置在每个应变传感器组的所有应变传感器的外侧；通过在应变传感器1的外侧设置第一保护构件2，利用第一保护构件2对应变传感器1进行封装保护，避免了待铺管道 6的回拖过程中，外界环境对应变传感器1造成损伤，提高了应变数据的采集过程的准确性和可靠性。

信号传输线5沿待铺管道6的轴线方向设置，并固定在待铺管道6的外壁上；优选的，应变传感器1的长度方向与待铺管道6的轴线方向平行；每个应变传感器组的所有应变传感器1 串联相接后与信号传输线5的输入端连接，信号传输线5的输出端与应变数据采集仪的输入端连接，应变数据采集仪用于应变数据的采集和存储；第二保护构件4为管状结构，信号传输线 5贯穿设置在第二保护构件4中，第二保护构件4沿待铺管道6的轴线平行设置，并与待铺管道6的外壁固定连接；紧固结构3间隔套设在待铺管道6的外侧，第二保护构件4设置在紧固结构3与待铺管道6之间，采用紧固结构3将第二保护构件4与待铺管道6固定连接；优选的，紧固结构3采用喉箍；通过在信号传输线5的外侧设置第二保护构件4，利用第二保护构件4 将信号传输线5封装固定在待铺管道6的外侧，并对信号传输线5形成保护，确保了监测过程，数据传输的可靠性。

本实用新型中，第一保护构件2采用玻璃纤维布环向包裹层或钢制环向包裹层；其中，玻璃纤维布环向包裹层与待铺管道6之间采用环氧树脂胶粘结固定，玻璃纤维布环向包裹层的外侧设置有环氧树脂封固层；优选的，环氧树脂封固层采用在玻璃纤维布环向包裹层的外侧涂抹环氧树脂形成；钢制环向包裹层与待铺管道6焊接固定。

本实用新型中，第二保护构件4采用PE管或金属管；PE管或金属管的内径大于信号传输线5的外径，PE管或金属管的长度与待铺管道6的长度相适应；其中，PE管或金属管的强度与待铺管道6的强度相同。

本实用新型所述的一种水平定向钻管道应变监测装置的使用方法，具体包括以下步骤：

安装过程：

确定待铺管道6的若干监测断面7；

在选定的每个监测断面上，均匀布设若干应变传感器1，并将应变传感器1与待铺管道6 的外壁固定；

沿待铺管道6的轴线方向设置信号传输线5，将每个应变传感器组的所有应变传感器1串联相接后与信号传输线5的输入端；之后将信号传输线5的输出端与应变数据采集仪的输入端连接，即完成所述应变监测装置的安装；

监测过程：

在待铺管道6回拖过程中，开启应变数据采集仪，利用应变数据采集仪对待铺管道6的应变数据进行采集及存储。

工作原理：

本实用新型所述的水平定向钻管道应变监测装置，通过在待铺管道的轴线方向设置若干应变传感器组，且每个应变传感器组中包括均匀分布在待铺管道的监测断面上的若干应变传感器，将应变传感器通过信号传输线与应变数据采集仪相连；应变传感器能够监测待铺管道的应变，产生应变信号，通过信号传输线传输给应变数据采集仪进行采集和记录；采用保护构件对应变传感器和信号传输线进行封装保护，采用的保护构件的强度能够保证在地下复杂环境中回拖管道时保护构件不被破坏，从而保证应变传感器和信号传输线不被破坏，使应变能被正常监测和传输。

实施例1

以PE管道作为待铺管道为例；如附图1-2所示，本实施例提供了一种水平定向钻管道应变监测装置，包括若干应变传感器组、若干第一保护构件2、若干紧固件3、第二保护构件4、信号传输线5及应变数据采集仪。

若干应变传感器组间隔设置在待铺管道6的外侧，应变传感器组与待铺管道6的监测断面 7一一对应设置；其中，监测断面7为沿待铺管道6的轴线方向预设的虚拟断面；每个应变传感器组包括四个应变传感器1，四个应变传感器1均匀分布在待铺管道6的外壁上；同一监测断面7上的应变传感器之间的夹角均为90°；且其中两个应变传感器1位于监测断面7的水平轴线上，另外两个应变传感器1位于监测断面7的纵向轴线上；即，在每个监测断面上沿待铺管道6的轴线方向平行固定于相当于时钟3点、6点、9点及12点位置处。

每个应变传感器组的四个应变传感器1串联相接后与信号传输线5的输入端连接，信号传输线5的输出端与应变数据采集仪的输入端连接；信号传输线5沿待铺管道6的轴线方向设置，并固定在待铺管道6的外壁上；应变数据采集仪用于应变数据的采集和存储。

若干第一保护构件2间隔固定在待铺管道6的外侧，并与待铺管道6的监测断面7一一对应设置；第一保护构件2采用环向包裹层，环向包裹层密封设置在每个应变传感器组的所有应变传感器的外侧；通过在应变传感器1的外侧设置第一保护构件2，利用第一保护构件2对应变传感器1进行封装保护，避免了待铺管道6的回拖过程中，外界环境对应变传感器1造成损伤，提高了应变数据的采集过程的准确性和可靠性。

本实施例中，第一保护构件2采用玻璃纤维布环向包裹层；其中，玻璃纤维布环向包裹层与待铺管道6之间采用环氧树脂胶粘结固定，玻璃纤维布环向包裹层的外侧设置有环氧树脂封固层；优选的，环氧树脂封固层采用在玻璃纤维布环向包裹层的外侧涂抹环氧树脂形成。

第二保护构件4为管状结构，信号传输线5贯穿设置在第二保护构件4中，第二保护构件 4沿待铺管道6的轴线平行设置，并与待铺管道6的外壁固定连接；紧固结构3间隔套设在待铺管道6的外侧，第二保护构件4设置在紧固结构3与待铺管道6之间，采用紧固结构3将第二保护构件4与待铺管道6固定连接；优选的，紧固结构3采用喉箍；

本实施例中，通过在信号传输线5的外侧设置第二保护构件4，利用第二保护构件4将信号传输线5封装固定在待铺管道6的外侧，并对信号传输线5形成保护，确保了监测过程，数据传输的可靠性；第二保护构件4采用PE管，PE管的强度与待铺管道6的强度相同；PE管的内径大于信号传输线5的外径，PE管或金属管的长度与待铺管道6的长度相适应。

安装及监测过程：

本实施例1所述的一种水平定向钻管道应变监测装置的安装方法，具体包括以下步骤：

步骤1、在待铺管道6的外侧，确定出若干监测断面7；其中，本实施例1中的第一监测断面选定在与回拖头连接的首节管道端口处，距离待铺管道的回拖端2-3m的范围内。

步骤2、在确定的监测断面处，相当于时钟3点、6点、9点及12点位置的待铺管道6的外壁上，沿待铺管道6的轴线方向，安装应变传感器1；其中，应变传感器1的长度方向与待铺管道6的轴线方向平行，确保应变传感器1沿待铺管道6的受力方向布置。

步骤3、根据待铺管道6的外径规格，确定第一保护构件2及第二保护构件4的尺寸及材质；由于本实施1中，待铺管道6为PE管道，因此，第一保护构件2采用玻璃纤维布制作而成，第二保护构件4采用与PE管道强度相同的PE材料材质结构。

步骤4、采用玻璃纤维布作为第一保护构件2，将玻璃纤维布缠绕在待铺管道7的外侧，且置于应变传感器组的外侧，形成玻璃纤维布环向包裹层；其中，玻璃纤维布环向包裹层的施工过程，具体为：

对已经安装有应变传感器1的监测断面7的外表面进行清洁和打磨处理，涂抹环氧树脂胶；之后，将玻璃纤维布均匀缠绕在监测断面7的外侧，作为玻璃纤维布环向包裹层，形成对监测断面7的包裹，利用玻璃纤维布环向包裹层对应变传感器1进行封装保护；之后，在玻璃纤维布环向包裹层涂抹一层环氧树脂，形成环氧树脂封固层。

步骤5、第二保护构件4采用PE管，所述PE管的内径大于信号传输线5的外径；第二保护构件4的长度与待铺管道6的相适应，第二保护构件4的前端与待铺管道6最前端的监测断面位置平齐，第二保护构件4的末端与待铺管道6的尾端对齐。

步骤6、将信号传输线5穿入第二保护构件4内，并将每个应变传感器组的四个应变传感器1串联相接后与信号传输线5的输入端连接。

步骤7、根据待铺管道6的外径，制作若干紧固结构3，沿待铺管道6的轴线方向每隔预设距离，采用紧固结构对第二保护构件5与待铺管道6之间进行固定。

步骤8、将信号传输线的输出端连接至数据采集仪。

步骤9、在待铺管道6回拖过程中，开启应变数据采集仪，利用应变数据采集仪对待铺管道6的应变数据进行采集及存储。

实施例2

实施例2提供了一种水平定向钻管道应变监测装置及其使用方案，实施例2与实施例1 的结构及原理基本相同，不同之处在于：

实施例2中的待铺管道6为钢制管道时，第一保护构件2采用钢制环向包裹层；钢制环向包裹层与待铺管道6焊接固定；第二保护构件4采用金属管；金属管的内径大于信号传输线5 的外径，金属管的长度与待铺管道6的长度相适应；金属管的强度与待铺管道6的强度相同。

本实用新型所述的水平定向钻管道应变监测装置，通过在待铺管道的外侧间隔设置应变传感器组，利用应变传感器组中的若干应变传感器对待铺管道各个位置的应变数据进行监测，实现对待铺管道回拖过程的全程不间断监测，实时获取待铺管道在回拖过程中，待铺管道的应变变化情况；同时，通过获得的应变数据，为调整施工参数和指导施工提供依据；本实用新型中，沿待铺管道轴向设置若干监测断面，有助于更全面地收集数据，更准确地分析回拖过程管道变形情况。

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 (8)

1.一种水平定向钻管道应变监测装置，其特征在于，包括若干应变传感器组、信号传输线(5)及应变数据采集仪；

沿待铺管道(6)的轴线方向设置有若干监测断面(7)，在每个监测断面(7)上分别设置一个应变传感器组；每个应变传感器组包括若干应变传感器(1)，若干应变传感器(1)均匀分布在监测断面(7)处，应变传感器(1)与待铺管道(6)的外壁固定连接；

信号传输线(5)沿待铺管道(6)的轴线方向设置，并固定在待铺管道(6)的外壁上；每个应变传感器组的所有应变传感器(1)串联相接后与信号传输线(5)的输入端连接，信号传输线(5)的输出端与应变数据采集仪的输入端连接，应变数据采集仪用于应变数据的采集和存储。

2.根据权利要求1所述的一种水平定向钻管道应变监测装置，其特征在于，还包括若干第一保护构件(2)；若干第一保护构件(2)间隔固定在待铺管道(6)的外侧，并与待铺管道(6)的监测断面(7)一一对应设置；第一保护构件(2)采用环向包裹层，环向包裹层密封罩设在每个应变传感器组的所有应变传感器(1)的外侧。

3.根据权利要求1所述的一种水平定向钻管道应变监测装置，其特征在于，第一保护构件(2)采用玻璃纤维布环向包裹层或钢制环向包裹层；其中，玻璃纤维布环向包裹层与待铺管道(6)之间采用环氧树脂胶粘结固定，玻璃纤维布环向包裹层的外侧设置有环氧树脂封固层；钢制环向包裹层与待铺管道(6)焊接固定。

4.根据权利要求1所述的一种水平定向钻管道应变监测装置，其特征在于，还包括第二保护构件(4)；第二保护构件(4)为管状结构，信号传输线(5)贯穿设置在第二保护构件(4)中；第二保护构件(4)沿待铺管道(6)的轴线平行设置，并与待铺管道(6)的外壁固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种水平定向钻管道应变监测装置，其特征在于，第二保护构件(4)采用PE管或金属管；其中，PE管或金属管的强度与待铺管道(6)的强度相同。

6.根据权利要求4所述的一种水平定向钻管道应变监测装置，其特征在于，还包括若干紧固结构(3)；紧固结构(3)间隔套设在待铺管道(6)的外侧，采用紧固结构(3)将第二保护构件(4)与待铺管道(6)固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种水平定向钻管道应变监测装置，其特征在于，紧固结构(3)采用喉箍。

8.根据权利要求1所述的一种水平定向钻管道应变监测装置，其特征在于，应变传感器(1)的长度方向与待铺管道(6)的轴线方向平行。

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