一种PCCP管道周边土体密实度的检测装置以及检测方法与流程

本发明涉及水网工程建设与安全领域，更具体地说，本发明涉及一种pccp管道周边土体密实度的检测装置以及检测方法。

背景技术：

1、我国地理气候条件特殊，降雨的时空分布极不均匀，由此带来水旱灾害多发频发重发，自古以来是中国的基本水情。预应力钢筒混凝土管(pccp)是重大水网工程常采用的输水结构型式，pccp管道工程建设质量满足规范和设计的前提下，其运行期关注重点是渗漏缺陷，由于管道基础变形使得管道周边土体密实性变化从而引起管道受力不均匀、变形不协调，使得两节管道连接处拉开、橡胶止水条失效，导致渗漏。其成因主要集中在两个方面：一是管道沿线的地基不均匀沉降带来的管节相对允许转角超规范允许值；二是管线结构上部荷载超限导致管线周边土体密实性发生变化。

2、因此，亟需及时准确掌握长距离pccp管道工程沿线关键部位的管道周边土体密实程度，以防止管道不均匀受力而导致异常变形、发生渗漏，影响供水安全，工程运行期pccp管道深埋于地下，采用开挖方式检测管道周边土体密实性，耗时长、成本大；现场取样方法破坏管道周边原位土体，室内试验结果与真实环境误差较大，且管道周边土体突然卸载可能影响管道结构受力状态。若采用传统垂直钻探取样方法，难以钻探至管道环向下方180°区域的土体，无法获取这一最重要区域的土体密实性。同时国内外针对在役管道周边原状土体密实程度尚缺少无损、定量的检测方法。

技术实现思路

1、1、本发明要解决的技术问题

2、本发明的实施例提供一种，以解决上述背景技术中提出的问题：

3、发明基于人工造斜工艺和钻孔自弯曲特性的自主定向钻探技术，钻探至管道周边任意位置并获取原状土体，解决“测不到”的难题；

4、其次，建立基于弹性波层析成像技术的管道周边土体密实程度检测技术与定量评价方法，解决样土密实度“测不准”的难题。

5、2、技术方案

6、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种pccp管道周边土体密实度的检测装置以及检测方法，包括如下步骤

7、(1)pccp管道采集土体的区域划定；

8、(2)pccp管道周边土体的全面采样；

9、(3)土体样品的现场率定处理；

10、(4)土体样本的弹性波层析成像处理；

11、(5)利用率定曲线公式计算pccp管道周边土体的密实度数值。

12、优选的，所述pccp管道采集土体的区域划定具体作业流程为：测量放线给出管道纵向轴线位置，在距离轴线一倍管道直径的位置进行标记，作为后续土体采集的钻取点。

13、优选的，所述pccp管道周边土体的全面采样的具体作业流程：

14、(a)固定定向钻机系统，安装直径d/n的定向钻杆，从起点开展垂直钻进、造孔，直至管道埋深z位置；

15、(b)在造出的位置孔内放入人工造斜钻杆，二者通过弹簧锁扣装置连接，可在钻杆尾部控制弹簧，使之锁扣或分离；

16、(c)利用定向钻机将第一节人工造斜钻头压入土体，人工造斜钻头挤压使得原状土进入直钻杆中，启动弹簧，使中空状的直钻杆与人工造斜钻头分离，取出直钻杆和内部原状土体；

17、(d)安装第二节人工造斜钻头，伸入孔内，利用弹簧锁扣与第一节人工造斜钻头连接，再启动定向钻机将第二节人工造斜钻头压入土体中；

18、(e)重复c步骤，直至压入n节人工造斜钻头后，达到管道下方°的区域。

19、优选的，所述人工造斜钻杆分为直径d/2n的中空状的直钻杠和前端半径为d/4n、弧度为90°的人工造斜钻头，二者通过弹簧锁扣装置连接，可在直钻杆尾部控制弹簧，使之锁扣或分离，钻杆前端具有可控制的磁性的开关，开关设置在钻杆的末端，开关打开时在钻杆前端与第一节人工造斜钻头产生磁性、连接紧固；开关关闭时，第一节人工造斜钻头磁性消失，直钻杆可抽出土体，在地面上重新安装第二节人工造斜钻头再钻入土体，使得第二节人工造斜钻头与第一节人工造斜钻头弹簧连接，最后达到逐节连接的效果。

20、优选的，所述人工造斜钻头上下端分别为母头端和公头端，其中第一节人工造斜钻头的母头端与定向钻杆的前端产生磁性，使得两者连接牢固，人工造斜钻头公头端则与下一个人工斜钻头的母头端通过弹簧插接连接在一起。

21、优选的，所述土体样品的现场率定处理包括将样本土放入到现场的率定系统，率定系统包括放置原土样的土样槽、偏心振捣器以及测试槽，先将原土样加入到土样槽内，启动偏心振捣器将原土样进行夯实处理，夯实后的土样加入到测试槽内，并采用灌砂法检测土样的相对密实度。

22、优选的，所述土体样本的弹性波层析成像处理的具体流程：按照权利要求的步骤，造出管道周边的第二个孔，第二个孔位于第一个孔沿着管道径向端一到两米的位置，第一个孔和第二个孔分别作为实测的激发孔和接收孔，利用弹性波层析成像系统开展测试，纵波(横波)波速测值结果与率定曲线比较，利用差分法定量计算该部位或区域的相对密实程度。

23、优选的，所述弹性波层析成像系统包括弹性波层析成像机主体、发射器、接收器以及连接导线。

24、3、有益效果

25、(1)通过定向钻机系统配合通过弹簧连接的多个人工造斜钻杆，能够采样完全覆盖管道外圆面周边的定向区域，而且最后的钻取点与理论的位置的水平以及垂直方向的误差控制在十厘米以内，偏差小，从而提高土壤采集样本的位置的精度，使得最后的结果更能准确反映出管道周边特定区域的真实情况，后期的检测结果更加符合实际情况。

26、(2)土地的相对密实性的检测中采用偏心振捣器对原土样进行夯实处理，等分为多个试验样品，并对多个样品采用灌沙式方法进行相对密实度的检测，最后采用有效平均值的方式得到相对密实度。

27、(3)弹性波层析成像的发射器和接收器配合第一个钻孔以及第二个钻孔，根据同槽深位置的声波回波数值，得出土体密实度与波速的对应数据，重复操作直至达到设计相对密实度后停止率定操作，绘制出不同相对密实度与纵波(横波)波速的标准率定曲线，最后得出的土地相对密实性的实测值与真实值的误差在百分之五以内。

技术特征：

1.一种pccp管道周边土体密实度的检测装置，其特征在于：包括定向钻机系统、现场率定系统和弹性波层析成像系统；

2.根据权利要求1所述的一种pccp管道周边土体密实度的检测装置，其特征在于：所述定向钻机系统包括定向钻机、直钻杆(1)、人工造斜钻头(2)，所述直钻杆(1)和人工造斜钻头(2)均为空心结构，所述人工造斜钻头(2)设置多个，多个人工造斜钻头(2)拼接后其轴线与待检测的pccp管道四分之一弧线平行。所述直钻杆(1)上端外侧安装有开关(3)，所述直钻杆(1)下端外侧安装有电磁铁，所述开关(3)用于控制电磁铁通电，所述人工造斜钻头(2)内侧上端设有弹簧，所述弹簧一端与人工造斜钻头(2)内侧连接，且弹簧另一端与直钻杆(1)下端或人工造斜钻头(2)下端相抵；所述人工造斜钻头(2)采用铁质材料制备；

3.根据权利要求1所述的一种pccp管道周边土体密实度的检测装置，其特征在于：所述土体样品的现场率定处理包括将样本土放入到现场的率定系统(4)，率定系统(4)包括放置原土样的土样槽(41)、偏心振捣器(42)以及测试槽(43)，先将原土样加入到土样槽(41)内，启动偏心振捣器(42)将原土样进行夯实处理，夯实后的土样加入到测试槽(43)内，并采用灌砂法检测土样的相对密实度。

4.根据权利要求1所述的一种pccp管道周边土体密实度的检测方法，其特征在于：所述弹性波层析成像系统(5)包括弹性波层析成像机主体(51)、发射器(52)、接收器(53)以及连接导线(54)；

5.一种采用权利要求1-4任一所述的装置进行pccp管道周边土体密实度的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种pccp管道周边土体密实度的检测方法，其特征在于：所述划定pccp管道采集土体的区域划定具体作业流程为管道采集土体的区域具体步骤包括：

7.根据权利要求2所述的一种pccp管道周边土体密实度的检测方法，其特征在于：所述对pccp管道周边土体的全面采样具体步骤包括的具体作业流程：

技术总结
本发明公开了一种PCCP管道周边土体密实度的检测装置以及检测方法，属于重大水网工程建设与安全领域。一种PCCP管道周边土体密实度的检测装置以及检测方法，包括如下步骤，PCCP管道采集土体的区域划定、PCCP管道周边土体的全面采样、土体样品的现场率定处理、土体样本的弹性波层析成像处理以及利用率定曲线公式计算PCCP管道周边土体的密实度数值，PCCP管道采集土体的区域划定具体作业流程为：测量放线给出管道纵向轴线位置，在距离轴线一倍管道直径的位置进行标记，作为后续土体采集的钻取点。现有的管道土体密实度检测中无法将管道周边特定区域的土壤样本在保证体量的前提下进行全方位的采集，同时后期对于原土采用直接测量密实度，测量精度差。

技术研发人员：陆俊,明攀,王长星,伊明昆,范向前,喻江,刘妙燕,赵国富,宋佳
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11