一种深埋雨水管形变监测装置及监测方法
【专利摘要】本发明一种深埋雨水管形变监测装置及监测方法，涉及地下管线形变监测【技术领域】，用于解决人工间接监测深埋雨水管的形变方法，不能实时、准确地测量深埋雨水管形变的问题。它包括第一固定部、可调部以及第二固定部，第一固定部上安装一水平位移传感器，第二固定部安装一竖向位移传感器；第一固定部上端与深埋雨水管内壁上表面紧撑连接，第一固定部下端与可调部的上端卡接；可调部的下端与第二固定部的上端上下伸缩活动连接，第二固定部下端与雨水管内壁下表面紧撑连接。该装置可实时、准确地测量雨水管的形变。监测方法：一、安装监测装置并调试水平、竖向位移传感器；二、采用数据采集与监测系统采集监测数据；三、数据中心服务器分析和处理数据。
【专利说明】一种深埋雨水管形变监测装置及监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地下管线形变监测【技术领域】，特别涉及一种深埋雨水管形变监测装置及监测方法。
【背景技术】
[0002]随着城市地下空间开发日益立体化和网络化，越来越多的新建地下工程将穿越既有地下设施。地下工程的穿越施工，除了需要应对常规地下工程建设的安全风险外，尚需面临穿越节点既有设施的安全管控风险。如对既有设施的安全性态管控不力，很可能导致巨大的损失或者灾难性的事故。尤其对于大型地下雨水管网而言，通常深埋于地下，且一般大型的雨水主管线多分布于交通主干道，地下空间网络化建设下穿既有雨水管网的几率极高。在静态条件下地下雨水管线管节接头相对稳定，具有足够的抗渗漏能力。然而，一旦深埋于土体中的既有地下雨水管管道发生变位，管节接头张开而产生水力渗漏通道，管内雨水因内外压差而外渗，长期作用下将导致管节接头部位土体流失，进而形成局部空腔，随着空腔的逐步扩大，在上覆路面结构层无法承受由于隐蔽空腔导致的附加内力时，路面结构层将发生开裂，严重时发生路面坍塌；同时，当管道结构变形过大时，管道结构产生的附加内力高于其容许承载能力，运行中的雨水管网势必发生局部破损，内部雨水将直接冲刷下穿地下工程的作业面，进而影响穿越施工的安全。因此，下穿既有雨水管网施工，运行中的管线稳定性、安全性的控制至关重要。
[0003]为了保证下穿节点施工的顺利进行，需要对隐蔽性的深埋既有雨水管线进行安全状态掌控，通常均采用人工间接监测法进行监测，即通过布置于地表的深埋间接点的形变来间接表征雨水管线的变形，从而进一步评价既有雨水管线的安全状态。人工间接监测法，虽然对地下工程中穿越施工的安全监控具有一定的参考作用，但也存在诸多不足:一是地表间接点监测，受路面结构层的承载特性影响，难以直接、如实反映深埋土体、深埋雨水管线的实际形变及发展趋势；二是深埋雨水管线的间接点布置，需要在既有交通干道上钻孔、浇筑混凝土设点，受干道交通的影响较大；三是深埋雨水管的变位，经过上覆土体反映至间接监测点时，受土体变形滞后效应影响，难以及时得到量测；四是地表间接点受管线上覆土体塑性变形影响，不能如实反映运行中深埋雨水管线的变位；五是人工测试间隔时间长，测试受既有交通、天气等条件的影响较大，难以实现连续、高频率监测，对深埋雨水管线的安全评价存在“时间盲区”。
[0004]因此，面对人工间接监测方法测量深埋雨水管形变存在的不足，如何提供一种直接测量深埋雨水管形变的监测装置及监测方法，从而保证深埋雨水管的安全运行，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]针对现有的人工间接监测深埋雨水管的形变方法，不能实时、准确地测量深埋雨水管形变的问题，本发明的目的是提供一种深埋雨水管形变监测装置及监测方法，通过在深埋雨水管内安装形变监测装置，实现对深埋雨水管线进行直接、准确监测。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案:
[0007]一种深埋雨水管形变监测装置，设置于相邻两个雨水井之间的所述深埋雨水管的内侧，包括由上至下依次连接的第一固定部、可调部以及第二固定部，一水平位移基准钢绞线的两端分别与相邻的两个所述雨水井井壁固定连接；所述第一固定部上安装有一水平位移传感器，所述第二固定部上安装有一竖向位移传感器；所述第一固定部上端与所述深埋雨水管内壁上表面紧撑连接，所述第一固定部下端与所述可调部的上端卡接，所述可调部的下端与所述第二固定部的上端上下伸缩活动连接，所述第二固定部的下端与所述雨水管内壁下表面紧撑连接。
[0008]进一步地，所述第一固定部为四根立杆围合形成的一矩形框架，相邻的两根所述立杆之间分别通过一横杆固定连接，所述水平位移传感器套设于所述水平位移基准钢绞线外部。
[0009]进一步地，所述第二固定部为四根立杆围合形成的一矩形框架，相邻的两根所述立杆之间分别通过一横杆固定连接，且与所述雨水管管口平行的一对横杆一远离所述可调部，与所述雨水管管口垂直的一对横杆二靠近所述可调部，所述横杆二上安装所述竖向位移传感器。
[0010]进一步地，所述可调部为四根旋转立杆围合形成的一矩形框架，每根所述旋转立杆均设有一把手，每根所述旋转立杆分别与所述第二固定部对应设置的所述四根立杆螺纹连接。
[0011]进一步地，所述旋转立杆的长度范围为180mm?280mm，可调节范围为90mm?140mmo
[0012]进一步地，所述第一固定部上端还固定连接有一活络压板一，所述第二固定部下端还连接有一活络压板二。
[0013]进一步地，所述第一固定部与所述雨水管内壁上表面之间还设有一止滑橡胶垫一，所述第二固定部与所述雨水管内壁下表面之间还设有一止滑橡胶垫二。
[0014]进一步地，所述竖向位移传感器外侧还设有一保护罩。
[0015]一种深埋雨水管形变监测装置组件，包括至少两个深埋雨水管形变监测装置，相邻的两个所述深埋雨水管形变监测装置的水平间距为5m?10m，至少两个所述深埋雨水管形变监测装置的所述水平位移传感器均套设于所述水平位移基准钢绞线外部。
[0016]深埋雨水管形变的监测方法，步骤如下:
[0017]步骤一:安装所述深埋雨水管形变监测装置，并将所述水平位移传感器以及所述竖向位移传感器调试备用；
[0018]步骤二:设置一数据采集与监测系统，分别与所述水平位移传感器以及所述竖向位移传感器通过数据线连接；
[0019]步骤三:设置一数据中心服务器，用于监控过程值并与所述数据采集与监测系统通讯；分析和处理所述步骤二得到的监测数据，从而实现实时监测所述深埋雨水管的形变。
[0020]本发明的效果在于:
[0021]一、本发明的深埋雨水管形变监测装置，设置于相邻两个雨水井之间的深埋雨水管的内侧，包括由上至下依次连接的第一固定部、可调部以及第二固定部，一水平位移基准钢绞线的两端分别与相邻的两个雨水井井壁固定连接；第一固定部上安装有一水平位移传感器，第二固定部上安装有一竖向位移传感器；第一固定部上端与深埋雨水管内壁上表面紧撑连接，第一固定部下端与可调部的上端卡接；可调部的下端与第二固定部的上端上下伸缩活动连接，第二固定部的下端与雨水管内壁下表面紧撑连接。本发明通过在深埋雨水管内部设置监测装置，并通过可调部的顶升紧固机构将该监测装置牢固安装于该雨水管内，且二者形成刚性体同步变形。该深埋雨水管形变监测装置通过安装水平位移传感器，并在监测雨水管范围的两端部水平位移基准钢绞线，量测深埋雨水管相对于水平位移基准的相对水平位移；同时，在雨水管形变监测装置上安装竖向位移传感器，测量深埋雨水管的竖向变形。通过收集、分析该深埋雨水管水平方向以及竖向的变形，从而判断该雨水管的整体形变，从而实时修正，保证雨水管的正常运行。
[0022]二、本发明深埋雨水管形变的监测方法，首先，安装所述深埋雨水管形变监测装置，并将所述水平位移传感器以及所述竖向位移传感器调试备用；然后，设置一数据采集与监测系统，用于采集监测数据，所述数据采集与监测系统分别与该水平位移传感器以及竖向位移传感器通过数据线连接；最后，通过数据中心服务器分析和处理监测数据，实现实时监测深埋雨水管的形变。该方法操作简便，可实现在雨水管内部对新建地下工程穿越既有深埋雨水管网过程中深埋雨水管结构形变的直接、连续测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例一中深埋雨水管形变监测装置的结构示意图；
[0024]图2为本发明实施例一中深埋雨水管形变监测装置的剖视图；
[0025]图3为本发明实施例一中可调部的结构示意图；
[0026]图4为本发明实施例二中深埋雨水管形变监测装置组件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种深埋雨水管形变监测装置及监测方法作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
[0028]实施例一
[0029]以某段长度大约为20?30m的深埋雨水管的形变监测(该段深埋雨水管的两端均与雨水井连接)为例，结合图1至图4详细说明本实施例的深埋雨水管形变监测装置的结构。如图1、图2和图3所示，一种深埋雨水管形变监测装置，设置于深埋雨水管100的内侦牝包括由上至下依次连接的第一固定部1、可调部2以及第二固定部3，一水平位移基准钢绞线4的两端分别与相邻的两个雨水井井壁200固定连接；第一固定部I上安装有一水平位移传感器10，第二固定部3上安装有一竖向位移传感器30 ;第一固定部I上端与深埋雨水管内壁上表面101紧撑连接，第一固定部I下端与可调部2的上端卡接；可调部2的下端与第二固定部3的上端上下伸缩活动连接；第二固定部3的下端与雨水管内壁下表面102紧撑连接。
[0030]具体来说，本发明通过在深埋雨水管100内部设置监测装置，并通过调节可调部2的顶升紧固机构21将该监测装置牢固安装于该雨水管100内，且二者形成刚性体可实现同步变形。该深埋雨水管形变监测装置通过安装水平位移传感器10，并在监测雨水管范围的两端部(相邻的两个工作井井壁)安装、张拉、紧固纵向预应力钢绞线(水平位移基准钢绞线4)量测深埋雨水管100相对于水平位移基准的相对水平位移；同时，在雨水管形变监测装置上安装竖向位移传感器30，测量深埋雨水管100的竖向变形。通过直接、实时收集、分析该深埋雨水管100水平方向以及竖向的变形，从而判断该雨水管的100整体形变，从而实时修正，保证雨水管100的正常运行。这样，解决了因深埋雨水管100常年处于有水状态，测试人员无法频繁出入雨水管内部进行测试和数据采集的问题。
[0031]参考图4，与水平位移传感器10配合使用的水平位移基准钢绞线4固定连接于相邻的两个雨水井井壁200上，由于该段深埋雨水管100的长度为20m?30m，故该水平位移基准钢绞线4在深埋雨水管100内的有效长度也是20m?30m。为了保证水平位移基准的稳定性，设置穿心液压张紧机构40，适时进行张紧预应力补偿，从而将该水平位移基准钢绞线4紧固安装于相邻的两个雨水井井壁200上。
[0032]继续参考图1和图2，第一固定部I为四根立杆围合形成的一矩形框架，相邻的两根立杆之间分别通过一横杆固定连接，水平位移传感器10套设于水平位移基准钢绞线(图中未示出)外部。
[0033]与第一固定部I结构相近似，第二固定部3为四根立杆围合形成的一矩形框架，相邻的两根立杆之间分别通过一横杆固定连接，且与深埋雨水管100管口平行的一对横杆一31远离可调部2，与雨水管100管口垂直的一对横杆二 32靠近可调部2，横杆二 32上安装竖向位移传感器30。当然，为了进一步加强第二固定部3的整体稳定性，也可以在横杆一31的同一水平面且与横杆一 31相互垂直处，另外设置一组横杆，从而将四根立杆水平方向相互连接。
[0034]继续参考图3，特别地，可调部2为四根旋转立杆22围合形成的一矩形框架，每根旋转立杆22均设有一把手21，每根旋转立杆22分别与第二固定部3对应设置的四根立杆螺纹连接。考虑到人工搬运、水下安装的便捷性，旋转立杆22的长度范围为180mm?280mm，可调节范围为90mm?140mm。安装时，首先完成第一固定部1、可调部(此时保持最低高度)2以及第二固定部3的顺次拼接，保证安装节点的连接稳定性；然后人工转动把手21带动旋转立杆22转动，增加可调部2的高度，直至使得整个监测装置紧撑于雨水管100的内壁上，从而实现整个监测装置在雨水管100内的稳定安装。同理，通过人工调节降低可调部2的高度即可方便地实现该监测装置的拆卸或者更换，此处不再赘述。
[0035]考虑到雨水管100内壁为弧形结构，而雨水管形变监测装置是紧撑在雨水管内壁上形成牢固连接的，故第一固定部I上端还固定连接有一活络压板一 103，第二固定部3下端还连接有一活络压板二 104。第一固定部I与雨水管内壁上表面101之间还设有一止滑橡胶垫一(图中未示出)，第二固定部3与雨水管100内壁下表面102之间还设有一止滑橡胶垫二(图中未示出)。当然，考虑到连接的牢固性，活络压板一 103与第一固定部I之间以及活络压板二 104与第二固定部3之间分别是通过螺栓或者焊接连接的。当然，当连接方式为螺栓连接时，第一固定部I中立杆的上端和第二固定部2中立杆的下端分别加工成扁平状，从而方便与活络压板一 103或活络压板二 104固定连接。
[0036]继续参考图1，进一步地，考虑到深埋雨水管进行正常排水工作时，水平位移传感器10通常位于水面，而竖向位移传感器30有可能浸没在水里，为了减少流动水对竖向位移传感器30的影响，竖向位移传感器外侧还设有一保护罩33。
[0037]特别地，本实施例的深埋雨水管形变监测装置，由三个矩形框架竖向连接形成，能够保障深埋雨水管正常排水工作时(非汛期雨水管管内的水位通常约为雨水管直径的1/3?1/2高度)，在水流的冲刷作用下深埋雨水管形变监测装置保持整体的稳定性。由于本实施例中深埋雨水管100的内径为1800mm，在埋设完成承受覆土荷载后，竖向会产生扁曲变形，为保证监测装置的顺利安装，深埋雨水管形变监测装置的整体高度为1556mm?1600mm。当然，考虑到尽可能实现在水面安装、调试竖向位移传感器30，竖向位移传感器30安装于距离活络压板二 104栓接孔846mm的高度位置。
[0038]继续参考图4，一般来说，为了提高测量结果的准确性，深埋雨水管的长度范围内需要安装多个深埋雨水管形变监测装置，本发明的另一实施例中提供了深埋雨水管形变监测装置组件。该深埋雨水管形变监测装置组件包括至少两个深埋雨水管形变监测装置，相邻的两个深埋雨水管形变监测装置的水平间距为5m?10m，至少两个深埋雨水管形变监测装置的水平位移传感器均套设于水平位移基准钢绞线外部。
[0039]下面结合图1至图3，详细说明本发明深埋雨水管形变的监测方法。深埋雨水管形变监测方法，包括如下步骤:
[0040]步骤一:安装所述深埋雨水管形变监测装置，并将水平位移传感器10以及竖向位移传感器30调试备用；
[0041]步骤二:设置一数据采集与监测系统，用于采集监测数据，所述数据采集与监测系统分别与该水平位移传感器以及竖向位移传感器通过数据线连接；
[0042]步骤三:设置一数据中心服务器，用于监控过程值并与所述数据采集与监测系统通讯；分析和处理步骤二得到的监测数据，实时监测深埋雨水管的形变。
[0043]当深埋雨水管的监测范围较大，需要在深埋雨水管中安装有多个形变监测装置时，可以汇集各个形变监测装置中的水平位移传感器以及竖向位移传感器监测到的形变数据并进行分析计算，从而得出整个需要监测段的深埋雨水管的形变情况。
[0044]综上所述，本发明的深埋雨水管形变监测装置，设置于相邻两个雨水井之间的深埋雨水管的内侧，包括由上至下依次连接的第一固定部、可调部以及第二固定部，一水平位移基准钢绞线的两端分别与相邻的两个雨水井井壁固定连接；第一固定部上安装有一水平位移传感器，第二固定部上安装有一竖向位移传感器；第一固定部上端与深埋雨水管内壁上表面紧撑连接，第一固定部下端与可调部的上端卡接；可调部的下端与第二固定部的上端上下伸缩活动连接，第二固定部的下端与雨水管内壁下表面紧撑连接。本发明通过在深埋(深埋)雨水管内部设置监测装置，并通过可调部的顶升紧固机构将该监测装置牢固安装于该雨水管内，且二者形成刚性体同步变形。该深埋雨水管形变监测装置通过安装水平位移传感器，并在监测雨水管范围的两端部水平位移基准钢绞线，量测深埋雨水管相对于水平位移基准的相对水平位移；同时，在雨水管形变监测装置上安装竖向位移传感器，测量深埋雨水管的竖向变形。通过收集、分析该深埋雨水管水平方向以及竖向的变形，从而判断该雨水管的整体形变，从而实时修正，保证雨水管的正常运行。深埋雨水管形变的监测方法，首先，安装所述深埋雨水管形变监测装置，并将所述水平位移传感器以及所述竖向位移传感器调试备用；然后，设置一数据采集与监测系统，用于采集监测数据，所述数据采集与监测系统分别与该水平位移传感器以及竖向位移传感器通过数据线连接；最后，通过数据中心服务器分析和处理监测数据，实现实时监测深埋雨水管的形变。该方法操作简便，可实现在雨水管内部对新建地下工程穿越既有深埋雨水管网过程中深埋雨水管结构形变的直接、连续测量；同时，监测数据自动采集，并无线传输至数据中心服务器；克服了人工间接测量法测量数据量少、数据采集间隔时间长、测量数据受外部干扰大而准确性低的缺陷。
[0045]上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
【权利要求】
1.一种深埋雨水管形变监测装置，设置于相邻两个雨水井之间的所述深埋雨水管的内侦牝其特征在于，包括由上至下依次连接的第一固定部、可调部以及第二固定部，一水平位移基准钢绞线的两端分别与相邻的两个所述雨水井井壁固定连接；所述第一固定部上安装有一水平位移传感器，所述第二固定部上安装有一竖向位移传感器；所述第一固定部上端与所述深埋雨水管内壁上表面紧撑连接，所述第一固定部下端与所述可调部的上端卡接，所述可调部的下端与所述第二固定部的上端上下伸缩活动连接，所述第二固定部的下端与所述雨水管内壁下表面紧撑连接。
2.如权利要求1所述的深埋雨水管形变监测装置，其特征在于，所述第一固定部为四根立杆围合形成的一矩形框架，相邻的两根所述立杆之间分别通过一横杆固定连接，所述水平位移传感器套设于所述水平位移基准钢绞线外部。
3.如权利要求2所述的深埋雨水管形变监测装置，其特征在于，所述第二固定部为四根立杆围合形成的一矩形框架，相邻的两根所述立杆之间分别通过一横杆固定连接，且与所述雨水管管口平行的一对横杆一远离所述可调部，与所述雨水管管口垂直的一对横杆二靠近所述可调部，所述横杆二上安装所述竖向位移传感器。
4.如权利要求3所述的深埋雨水管形变监测装置，其特征在于，所述可调部为四根旋转立杆围合形成的一矩形框架，每根所述旋转立杆均设有一把手，每根所述旋转立杆分别与所述第二固定部对应设置的所述四根立杆螺纹连接。
5.如权利要求4所述的深埋雨水管形变监测装置，其特征在于，所述旋转立杆的长度范围为18Ctam?280mm，可调节范围为9Ctam?140mmo
6.如权利要求1或5所述的深埋雨水管形变监测装置，其特征在于，所述第一固定部上端还固定连接有一活络压板一，所述第二固定部下端还连接有一活络压板二。
7.如权利要求6所述的深埋雨水管形变监测装置，其特征在于，所述第一固定部与所述雨水管内壁上表面之间还设有一止滑橡胶垫一，所述第二固定部与所述雨水管内壁下表面之间还设有一止滑橡胶垫二。
8.如权利要求7所述的深埋雨水管形变监测装置，其特征在于，所述竖向位移传感器外侧还设有一保护罩。
9.一种深埋雨水管形变监测装置组件，其特征在于，包括至少两个如权利要求1至8任一项所述的深埋雨水管形变监测装置，相邻的两个所述深埋雨水管形变监测装置的水平间距为5m?10m，至少两个所述深埋雨水管形变监测装置的所述水平位移传感器均套设于所述水平位移基准钢绞线外部。
10.如权利要求1至8任一项所述的深埋雨水管形变的监测方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一:安装所述深埋雨水管形变监测装置，并将所述水平位移传感器以及所述竖向位移传感器调试备用； 步骤二:设置一数据采集与监测系统，分别与所述水平位移传感器以及所述竖向位移传感器通过数据线连接； 步骤三:设置一数据中心服务器，用于监控过程值并与所述数据采集与监测系统通讯；分析和处理所述步骤二得到的监测数据，从而实现实时监测所述深埋雨水管的形变。
【文档编号】G01B21/32GK104457682SQ201410635148
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】吴小建, 程子聪, 陈峰军, 沈雯 申请人:上海建工集团股份有限公司