管道施工线和坡度设置器的制作方法

本发明涉及设置地下管的线和坡度。更具体地，本发明涉及一种用于为与设计平面图匹配的地下管设置线和坡度的改进型系统和装置。

背景技术：

1、施工项目通常涉及四方：业主、承包商、工程师和第三方独立检查员。地下管道的施工必须符合工程师准备的设计平面图和规范。

2、通常，一旦地面被清理干净，承包商就会派遣他的测量员根据设计平面图对地面进行现场放样。承包商的测量员按照设计平面图中所示的指示(“偏移桩”)在地面上放置偏移管道的桩，然后承包商可以沿指定的管道对准正确挖掘现场。

3、重力管道安装的典型测量需要高精确度。例如，沿切线每25英尺和沿曲线每10英尺，流线站放样在±0.2英尺，对准在±0.1英尺，高度在±0.01英尺。

4、明沟施工是管道安装的常见做法，特别是在开阔、未开发的地区。在发达和/或发展中地区施工需要施工影响最小。为放置管道而挖的沟槽通常是管道外径的宽度加上管道每侧一英尺。因此，深且窄的沟槽是最合乎期望的。这种类型的施工使得实现准确的管道安装变得更加困难且耗时，因为承包商必须使用沟槽箱和/或其他支撑设备来保障深而窄的沟槽的安全施工(图1，101)。

5、由输送废水的混凝土和金属(特殊耐腐蚀不锈钢合金除外)制成的管道容易受到废水中携带的化粪池生物废物产生的硫化氢气体的腐蚀。因此，pvc和hdpe是管的优选材料，因为它们能够承受硫化氢气体的腐蚀。同样，涂有pvc衬里的混凝土管、涂有环氧树脂涂层的钢管衬里和粘土管也用于输送废水。pvc和hdpe是柔性管，如果安装不当会发生变形。尽管如此，低成本的pvc管在下水道管线安装中使用最广泛。

6、为了建造和安装管道，承包商的测量员首先在管道的偏移处放置地面，如设计平面图上所示，以便承包商使用反铲沿指定的管道对准进行挖掘并且同时移动沟槽箱(102)。受重量和沟槽的具体深度的限制，沟槽箱有几种尺寸。对于30英尺深的沟槽，三个沟槽箱必须竖直堆叠(103)。

7、挖掘、降低和堆放沟槽箱是并发操作。将沟槽挖至偏移桩设定的深度后，将管安装在设计高度处，并且放置一层垫层材料并且将其压实至管弹簧线高度(约为管直径的一半)。

8、在此过程中，承包商的测量员和第三方测量员应在铺设一层垫层材料后立即测量每个铺设的管内底，并且在压实的土壤层填充沟槽并且覆盖管道之前将其压实到管弹簧线高度。

9、如果不在安装每条新管(20英尺长)后立即检查线路和坡度，由于pvc等柔性管的性质，错误放置的管可能会导致成品线路呈上下和锯齿状。由于(1)pvc管在接头处的偏转(图2，201)和(2)pvc管柔性纵向偏转(图2，202)，即使是最有经验的安装人员也可能安装偏离设计平面图的管。例如，管接头是柔性的，最多可弯曲5°偏转。当两根管接合时，柔性会导致360°方向上的高达8％的梯度偏差。在20英尺长的新管安装中，1％的坡度偏差可能导致高达2.4英寸的高度偏差。

10、对安装的每条管执行验证测量对施工成本和进度有着重大影响。

11、施工成本的增加主要是因为需要现场测量人员测量每个管内底，以及承包商的管安装人员不得不暂停工作以允许测量员进行测量而造成的延误。这不仅会减慢安装速度，而且还需要承包商的调查人员始终在现场。大多数承包商无法用项目预算支付备用调查人员的费用。因此，承包商承担风险并且依靠管安装人员在有/没有激光指示器的情况下根据偏移桩在铺设管时付出更多的努力。这通常是在每根管铺设后不进行测量以确认管的对准、坡度和其他特性符合设计平面图的情况下完成的。

12、项目进度延长了第三方检查员的做法，即在测量员进行测量后或至少在管安装人员铺设管后，验证安装的每个管部分的竣工文件。使用第三方检查员可以缩短施工时间并且显著降低承包商的日常产量。

13、因此，通常不会对已安装的每根管进行管道的竣工检查，而通常仅在固定高度的检修孔处进行，这对中间管施工的影响甚微甚至没有影响。稍微向下或向上构造的下水道管线会削弱设计管道的流动特性。

14、当承包商怀疑发生此类损坏时，许多承包商很少拆除已安装的管道来以正确的坡度和角度重新安装管。相反，许多承包商经常调整待安装的剩余管的角度或坡度，使得该管在正确的高度和定位与下一个检修孔相连。这会导致管道的坡度不正确，管道的凸起或凹陷会积聚废物沉积物。在最好的情况下，这需要频繁且昂贵的清洁和维护，在最坏的情况下，它可能导致最终用户的后备服务和检修孔激增。

15、大多数管制造商建议承包商使用管接合工具(图1，104)来在工厂参考标记处接合管。

16、对于抬升和接合大直径管，承包商可以使用动力推管器(图1，105)。然而，为了节省金钱和时间，承包商可以简单地使用反铲(106)将管抬升并且放置在沟槽中，并且将管推入另一管以接合管，另一种做法可能会导致管安装失准。

17、如今，使用激光束(图3，301)设置管坡度已得到普及。激光束随着与目标距离的增加而发散。光束发散角被定义为光束直径如何随着与激光孔径的距离而增大的角度量度。光束发散角以毫弧度(mrad)或度(°)为单位进行测量。简而言之，它表示光束如何从源到目标增长，使用激光束进行精确坡度设置的做法在很大程度上取决于管安装人员的技能和勤奋度。尽管如此，随着新管远离源光束，管铺设的准确度会降低。

18、对安装的每根管的对准和坡度进行质量控制对于柔性材料(pvc)重力下水道至关重要。在检修孔之间向下向上失准构建的下水道管线会影响管道的流动。在最好的情况下，这需要频繁且昂贵的清洁和维护，在最坏的情况下，它可能导致最终用户的后备服务和检修孔激增。

技术实现思路

1、本发明体现在一种使业主和承包商能够满足设计平面图和规范的施工质量控制工具中。所述施工质量控制工具可以轻松测量管坡度而无需现场测量员，并且快速实时传输打印数据以供第三方检查员准备竣工平面图，从而为双方的预算节省时间和成本。最重要的是，所述施工质量控制工具确保管安全且准确地安装，以防止将来出现施工问题。

2、本发明的优选实施例包括两个装置：(1)管设置器和(2)远程处理和记录单元。所述管设置器安装在待安装的新管内。所述管设置器帮助管安装人员根据设计平面图可靠且准确地安装与线路和坡度(固定x、y、z)匹配的管。所述远程处理和记录单元使施工监理和第三方检查员能够实时监控管安装。

3、图17和图18示出了管设置装置18的两个示例性实施例。如图所示，优选的管设置装置18包括中心壳体66和中空管98。中空管98容纳用于监测正在安装的管的坡度、高度和定向的电子部件。通常，所述电子部件包括二维传感器、磁罗盘、单板计算机处理器、sd存储卡、wifi收发器和电池。此外，移动装置将无线连接到所述电子部件中的一个或多个，以便实时远程监控管安装。

4、优选的中心壳体66具有弯曲面92来贴靠管的内面94。当弯曲面92被压靠在管的内面上时，它将中空管98与管纵向对准。为了保持弯曲面92紧贴管的内面94，优选的是，将扭力弹簧68连接到中心壳体66。如图17所示，扭力弹簧58的目的是使中心壳体66抵靠顶面94(即，管拱腹)偏置。

5、对于较小的管，一个扭力弹簧68足够。单个扭力弹簧68可以连接在中心壳体与底腿70之间并且在插入至管中之前被预压缩。这样，当所述扭力弹簧在所述管内释放时，它使中心壳体66和底腿70抵靠管的内面94偏置。底腿70优选地具有与中心壳体66一样与内面94匹配的弯曲面92。

6、如下面更详细地讨论，可以使用多于一个扭力弹簧68来保持中心壳体66抵靠顶面94。例如，代替底腿70，可以使用左臂(72)和右臂(74)。如果使用左臂(72)和右臂(74)，则它们各自优选地具有与中心壳体66一样与内面94匹配的弯曲面92。还可使用可调支架来调节中心壳体66与底腿70之间的距离。

7、连接到中心壳体66的一对安装支架96用于保持中空管98的末端。每个支架包括可旋转轴承54。一对轴38将中空管98连接到可旋转轴承54，该等可旋转轴承54可旋转地将中空管98悬挂在一对安装支架96之间。通过将中空管98仅连接至可旋转轴承54，中空管98可沿其纵向轴线旋转。将配重34连接到中空管的底部使中空管98能够将其自身竖直居中。优选的是，将第二腔室102安装到中空管98并且将配重34定位在第二腔室102内。

8、本发明能够根据设计平面图进行管安装，并且防止意外的向下和/或倾斜对准。本发明将显示管已按照设计平面图铺设在地面上的实时数据传输给管安装人员、现场监理和检查员，并且记录下来用于竣工平面图打印图。挖掘和安装可以基于管设置器的读数进行调整。

9、本发明的一个目的是加强常规实践所要求的施工质量。

10、本发明的另一个目的是尽量减少施工延误。

11、本发明的另一个目的是减少施工和检查成本。

12、本发明的另一个目的是提高管安装的准确性和确定性。

13、本发明的另一个目的是减轻施工偏离合同的争议风险。

14、本发明的另一个目的是实时传输打印的竣工图。

15、本发明的另一个目的是一种用于管道安装的具有成本效益的质量控制工具，所述质量控制工具还可以实时传输竣工平面图的数据。