一种大管径输水管道错动变形监测结构及监测方法与流程

本发明涉及一种大管径输水管道错动变形监测结构及监测方法，属于水利水电工程输水管道变形测量。

背景技术：

1、随着国家水网工程建设的推进，修建了大量的输水管道，如何保证这些输水管道的长期运行安全就显得尤为重要。由于基础不均匀沉降或周边结构物变形、以及管道充放水所引起的冲击荷载等不利条件，导致管道连接部位出现明显的错动变形，进而引起管道漏水、破损甚至断裂等是影响输水管道整体运行安全的主要问题。

2、目前，通常采用人工巡视并用钢尺测量或安装测缝计的方式对管道的错动变形进行监测，但由于输水管道线路长，有的甚至达到几十公里，传统的人工巡视与测量方式，工作效率极低，而且存在漏检、误报和及时性差的问题；而采用安装测缝计的方式，虽然能够实现自动化观测，但仅能够测量管道轴向的开合情况，不能准确获取管道垂直和水平方向的错动变形。而且传统手段对于大管径的输水管道而言，受测量仪器自身量程限制，在管道发生较大错动变形时，仪器极易损坏，导致无法获取有效的测量数据。

3、公开号为cn209559118u的中国专利文献，公开了一种管廊拼接缝变形量的测量装置，能够同时对管廊拼接缝的拼缝张开量和差异沉降进行独立、准确的测量。但是，该装置不能测量管廊在水平方向的错动变形。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种管径输水管道错动变形监测结构及监测方法。

2、本发明通过以下技术方案得以实现：

3、一种大管径输水管道错动变形监测结构，包括管道a、管道b、双向倾角检测机构、位移检测机构和数据采集处理机构，所述管道b的一端通过伸缩节与管道a的一端连接，所述双向倾角检测机构、所述位移检测机构均与管道a和管道b连接，且所述双向倾角检测机构和所述位移检测机构均跨过伸缩节，所述数据采集处理机构与双向倾角检测机构、位移检测机构电性连接。

4、所述双向倾角检测机构包括双向倾角检测组件，双向倾角检测组件的一端通过弹簧a连接有底座a，且底座a设在管道a的外壁上，双向倾角检测组件的另一端通过弹簧b连接有底座b，且底座b设在管道b的外壁上。

5、所述双向倾角检测组件为双轴倾角计，且双轴倾角计与数据采集处理机构电性连接。

6、所述底座a和底座b均为弯杆球头杆端关节轴承。

7、所述位移检测机构包括底座c、滑轮、角位移检测组件和拉线，底座c设在管道a的外壁上，滑轮中心轴的一端与管道b的外壁转动连接，角位移检测组件设在管道b的外壁上，并用于检测滑轮的角位移，拉线的一端与底座c连接，中部从滑轮上绕过，另一端连接有重锤块。

8、所述底座c为弯杆球头杆端关节轴承；

9、所述角位移检测组件为旋转编码器，与滑轮的中心轴连接，并与数据采集处理机构电性连接；

10、所述拉线采用不锈钢丝制成。

11、位于所述底座c和滑轮之间的拉线与双向倾角检测机构平行布置。

12、所述数据采集处理机构包括控制器、无线传输模块和中央控制系统，控制器与双向倾角检测机构、位移检测机构电性连接，无线传输模块与控制器电性连接，中央控制系统与无线传输模块无线连接。

13、一种大管径输水管道错动变形监测结构的监测方法，包括以下步骤：

14、步骤一、在初始状态下，即输水管道没有发生错动变形时，管道b与管道a同轴布置，双向倾角检测机构沿管道b的轴向布置，且双向倾角检测机构自身在水平方向和垂直方向的角度均为0°，底座c和滑轮之间的拉线与双向倾角检测机构平行，并已知此时底座c与滑轮之间的拉线长度为l0；

15、步骤二、通过双向倾角检测机构实时检测其自身在垂直方向的倾角α和在水平方向的倾角β，通过角位移检测组件实时检测滑轮的角位移，并分别将相关信息传输给数据采集处理机构；

16、步骤三、当输水管道的伸缩节处发生错动变形时，数据采集处理机构根据倾角α、倾角β和滑轮的角位移，计算出输水管道在伸缩节处的垂直错动变形δh和水平错动变形δs。

17、所述步骤三中数据采集处理机构根据倾角α、倾角β和滑轮的角位移，计算出输水管道在伸缩节处的垂直错动变形δh和水平错动变形δs的方法包括以下步骤：

18、步骤、根据滑轮的角位移，及已知量拉线的线径和拉线与滑轮的切点到滑轮中心的距离，计算出底座c与滑轮之间拉线的长度变化量δli；

19、步骤、按照下式计算输水管道在伸缩节处的垂直错动变形δh和水平错动变形δs，

20、δh＝(l0+δli)×sinα，

21、δs＝(l0+δli)×sinβ。

22、本发明的有益效果在于：

23、1、实现了输水管道垂直错动变形δh和水平错动变形δs的高精度自动化监测，可以及时发现并处理输水管道错动变形问题，减少了人工干预，提高了工作效率，有效避免了因管道错动变形引发的安全事故，确保了输水管道的长期运行安全。

24、2、双轴倾角计的端部采用弹簧与弯杆球头杆端关节轴承相结合的柔性连接方式与管道a和管道b的外壁连接，避免了双轴倾角计因与管道刚性连接而在输水管道发生大的错动变形时损坏的风险，同时保证了双轴倾角计的位置调整与输水管道在伸缩节处的错动变形同步、协调进行，确保错动变形监测工作长期正常进行，且数据有效可靠。

25、3、利用双轴倾角计始终与底座c和滑轮之间拉线保持平行的准直线方法，分别获取双轴倾角计在垂直方向的倾角α和在水平方向的倾角β，及拉线的活动位移量，即可实现对相邻管道a和管道b在空间上的垂直错动变形和水平错动变形监测，具有测量原理简单易懂，数据成果精度高等优点。

26、4、管道错动变形的测量量程取决于拉线的长度，因此，测量量程较现有技术手段而言显著增大，能够在大管径输水管道发生大错动变形时而不被损坏，可实现大量程、长期稳定工作，确保了监测数据的连续性和可靠性。

技术特征：

1.一种大管径输水管道错动变形监测结构，其特征在于：包括管道a(1)、管道b(2)、双向倾角检测机构、位移检测机构和数据采集处理机构(11)，所述管道b(2)的一端通过伸缩节(3)与管道a(1)的一端连接，所述双向倾角检测机构、所述位移检测机构均与管道a(1)和管道b(2)连接，且所述双向倾角检测机构和所述位移检测机构均跨过伸缩节(3)，所述数据采集处理机构(11)与双向倾角检测机构、位移检测机构电性连接。

2.如权利要求1所述的大管径输水管道错动变形监测结构，其特征在于：所述双向倾角检测机构包括双向倾角检测组件(6)，双向倾角检测组件(6)的一端通过弹簧a(401)连接有底座a(4)，且底座a(4)设在管道a(1)的外壁上，双向倾角检测组件(6)的另一端通过弹簧b(501)连接有底座b(5)，且底座b(5)设在管道b(2)的外壁上。

3.如权利要求2所述的大管径输水管道错动变形监测结构，其特征在于：所述双向倾角检测组件(6)为双轴倾角计，且双轴倾角计与数据采集处理机构(11)电性连接。

4.如权利要求2所述的大管径输水管道错动变形监测结构，其特征在于：所述底座a(4)和底座b(5)均为弯杆球头杆端关节轴承。

5.如权利要求1所述的大管径输水管道错动变形监测结构，其特征在于：所述位移检测机构包括底座c(7)、滑轮(8)、角位移检测组件和拉线(9)，底座c(7)设在管道a(1)的外壁上，滑轮(8)中心轴的一端与管道b(2)的外壁转动连接，角位移检测组件设在管道b(2)的外壁上，并用于检测滑轮(8)的角位移，拉线(9)的一端与底座c(7)连接，中部从滑轮(8)上绕过，另一端连接有重锤块(10)。

6.如权利要求5所述的大管径输水管道错动变形监测结构，其特征在于：所述底座c(7)为弯杆球头杆端关节轴承；

7.如权利要求5所述的大管径输水管道错动变形监测结构，其特征在于：位于所述底座c(7)和滑轮(8)之间的拉线(9)与双向倾角检测机构平行布置。

8.如权利要求1所述的大管径输水管道错动变形监测结构，其特征在于：所述数据采集处理机构(11)包括控制器、无线传输模块和中央控制系统，控制器与双向倾角检测机构、位移检测机构电性连接，无线传输模块与控制器电性连接，中央控制系统与无线传输模块无线连接。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的大管径输水管道错动变形监测结构的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的大管径输水管道错动变形监测结构的监测方法，其特征在于：所述步骤三中数据采集处理机构(11)根据倾角α、倾角β和滑轮(8)的角位移，计算出输水管道在伸缩节(3)处的垂直错动变形δh和水平错动变形δs的方法包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种大管径输水管道错动变形监测结构及监测方法，属于水利水电工程输水管道变形测量技术领域。该结构包括管道A、管道B、双向倾角检测机构、位移检测机构和数据采集处理机构，所述管道B的一端通过伸缩节与管道A的一端连接，所述双向倾角检测机构、所述位移检测机构均与管道A和管道B连接，且所述双向倾角检测机构和所述位移检测机构均跨过伸缩节，所述数据采集处理机构与双向倾角检测机构、位移检测机构电性连接。实现了输水管道垂直错动变形ΔH和水平错动变形ΔS的高精度自动化监测，以及时发现并处理输水管道错动变形问题，减少了人工干预，提高了工作效率，有效避免了因管道错动变形引发的安全事故，确保了输水管道的长期运行安全。技术研发人员：马志坚,彭浩,张秋实,朱宝强,郑雪玉,卞晓卫,李映,肖林岚,易伟,周以林,郭法旺受保护的技术使用者：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6