CN108845030A - 一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法，其技术原理和检测步骤如下：根据弹性波反射强度受界面两侧或上下的介质密度、弹性模量等因素影响的物理性质以及大口径管道基础结构特点，在大口径管道内，通过一个激发装置产生稳定且均匀的弹性波震源，激发的弹性波遇到管道外壁与管道基础或外周土体交界面后，产生反射，被管道内的接收装置接收，通过对接收到的响应波形进行一系列数学分析，从而推断出管道基础或外周土体的赋存状态，进一步计算机数值模拟获得的标定数据，进一步定量得推断出管道基础或外周土体的弹性力学性质。该检测系统和方法适用于绝大多数材质的管道(PPCP，混凝土管、钢管、玻璃钢夹砂管等)，具有定量化、无损伤、效率高、成本低、方便快捷等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法。大口径管道包括压力输水管、排水管等，可适用于混凝土管、钢管、PCCP管、玻璃钢夹砂管等多种材质。
背景技术
我国许多大中型城市都在建或已建许多大口径的压力输水管道，构筑了长距离调水管网，统计数据表明我国压力管道渗漏率较高，达到20％左右，而国外发达国家该项数据仅为5％～10％，因此，加强各压力输水管道的安全管理以及消除管道运营中的安全隐患是亟待解决的问题。
研究表明，部分大型压力输水管道失效与管道基础损坏或周边土体改变有关，如浸泡、脱空、酥松等。在影响区域内，水击或气阻导致管道内压力过高等影响因素，导致管道发生局部渗漏后，发展成为危害性集中渗漏。因此，通过有效的检测方法确认管道周边土体改变，尤其是基础的健康状态，并及时采取针对性的修补措施，可以在很大程度上减少压力输水管道的渗漏，减少公共危害事故的发生。
目前针对管道基础及外周介质的状态的无损检测方法主要有以下几种：雷达法、听漏法和瑞利面波法等等。目前世界范围内普遍采用的听漏仪，自身存在许多缺陷，如受管道埋深影响大，往往适用于埋深浅的管道；受背景噪音影响大，检测时间往往在深夜；受人为因素影响大，往往判断准确率不高。雷达法介质的工程力学参数之间关系不紧密，雷达波易受金属物质屏蔽干扰，发射波区分度差造成检测精确性不良等缺点。
而弹性波法开展检测则适应性比较强，适用于混凝土管、钢管、PCCP管、玻璃钢夹砂管等多种材质。进入管道内部，无需开挖管道，检测针对性强。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种检测效率高、成本低、快捷、方便的检测大口径压力输水管道周边介质状态的方法。
本发明的目的可以通过以下技术原理方案来实现：
一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法的技术原理如下：弹性波反射强度具有受界面两侧或上下的介质密度、弹性模量等因素影响的物理性质以及大口径管道基础结构特点。当在管道内壁激发一个稳定、均匀的弹性波震源时，激发的弹性波遇到管道外壁与管道基础或外周土体交界面后，产生反射，被管道内的接收装置接收。根据接收装置接收到的响应波形可推断出管道基础或外周土体的赋存状态，进一步计算机数值模拟获得的标定数据，进一步定量得推断出管道基础或外周土体的弹性力学性质。弹性波检测方法抗干扰能力强，适用于绝大多数材质的管道(PPCP，混凝土管、钢管、玻璃钢夹砂管等)。
其检测系统，包括以下几个装置与模块：
1、弹性波激发装置。激发装置为标准震源。由一个7.5g重小钢珠，连接普通圆柱螺旋弹簧组成，使用时，预压一定长度(根据管道壁厚、介质情况、能量大小等确定)后，弹射至检测测点，激发标准强度能量的弹性波。
2、响应波形接收装置。接收装置为普通的电磁性感应检波器，用于接收目标检测点处的响应波形数据。
3、数据分析及控制模块。由传统PC、激发器、数模转换装置和高通滤波器等组成。内置的“电-数”模数转换装置将电位信号转换位数字信号，随后将数字信号进行高通道滤波，滤波器频率由数值试验和实际试验确定。PC将滤波前和滤波后的信号储存并显示，同时对滤波后的信号进行数学分析，获得每个检测断面的反射波强度和响应波形的主频，最后根据预先在其中存储的数模标定结果，确定检测点处管道基础疏松状态或周边介质脱空状态。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明基于弹性波反射强度受界面两侧或上下介质物理力学参数影响的特点，为大口径管道基础及周边介质状态提供了有效的检测方法。检测目标为管道某个断面点，检测过程中对管道无任何损伤，检测快速，结果直观明了。
2)本发明检测系统和方法可定量化大口径管道基础的密实状态，以及周边介质的脱空状态，为工程补浆修复、运营和更换提供重要的参考依据。
3)本发明在大口径管道内进行检测，检测效率高，具有成本低，方便快捷的优点。
附图说明
图1为本发明技术背景管道周边介质脱空或基础疏松失效原因流程图。
图2为本发明应用于大口径管道内检测管道基础及周边介质状态检测系统的侧面示意图。
图3为本发明应用于大口径管道内检测管道基础及周边介质状态检测系统的外周土体示意图
图4为本发明应用于大口径管道内检测管道基础及周边介质状态检测系统的基础管道示意图
其中：1-激发装置、2-检波器、3-数据分析及控制模块、4-管壁、5-管道基础、6-基础疏松、7-外周土体、8-脱空缺陷、9-测线点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法。该方法基于弹性波反射强度受界面两侧或上下介质物理力学参数影响的特点，通过一个标准震源在管道内壁激发弹性波，弹性波传递过程中，经过管道外壁与周边介质的反射或多次反射，被检波器接收。通过对滤波后的信号进行数学分析，获得每个检测断面的反射波强度和响应波形的主频，根据预先在其中存储的数模标定结果，进而获得检测点处管道基础疏松状态或周边介质脱空状态。
结合附图3，检测应用过程中，主要包括以下步骤：
步骤1：根据管道设计和施工资料，以及周围场地地质资料，通过数值模拟的方式，建立目标管道的检测标定数据库。
步骤2：在管道内，将1激发装置在管道内壁激发具有标准能量强度的弹性波场。
步骤3：在3数据分析及控制模块的协调下，2检波器开始接收响应波形，并将波形信号传递至3数据分析及控制模块。2检波器布置时距离1激发装置为t，t应为2.5倍～3倍的管道壁厚。
步骤4：3数据分析及控制模块将2检波器传来的电信号，进行转换为数字信号，然后进行特殊设置的高通滤波，并将滤波前和滤波后的数字信号通过PC进行存储与显示。
步骤5：3数据分析及控制模块通过特殊的数学分析，获得每个检测点的响应波形的强度和主频，显示在人机交互画面中。最后根据预先在其中存储的数模标定结果，确定检测断点处管道基础疏松状态或周边介质脱空状态。
Claims (6)
1.一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据大口径管道设计和施工资料，以及周围场地地质资料，通过数值模拟的方式，建立反射波特征检测标定数据库；
步骤2：在大口径管道内，将响应波形接收装置、弹性波激发装置紧贴管道内壁，并将响应波形接收装置、弹性波激发装置与数据分析及控制模块相连；
步骤3：针对某一测线点，弹性波激发装置在管道内壁上激发弹性波，随后距离一定距离外的响应波形接收装置接收直达波、反射波等各种波形信号；
步骤4：根据步骤3中的波形信号，通过快速傅里叶分析和波形能量分析，获得检测测线点响应波形的主频和波形能量分布；同时，将中间结果和最终结果，显示在人机交互画面中；
步骤5：最后根据预先存储的数模标定结果，确定管道外周介质的状态和定量化的弹性力学参数。
2.根据权利要求1所述的一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法，其特征在于，所述步骤5的管道外周介质的状态和定量化的弹性力学参数是根据侧线点响应波形的主频和波形能量联合计算机数值模拟标定的结果；计算机数值模拟需根据管道设计、施工、地质等资料进行标定。
3.根据权利要求1所述的一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法，其特征在于，所述步骤2-3的弹性波激发装置为标准震源，所述标准震源包括7.5g重小钢珠，小钢珠与圆柱螺旋弹簧连接。
4.根据权利要求1所述的一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法，其特征在于，响应波形接收装置与侧线点连线应与管道流水方向平行，且两者距离应为2.5倍～3倍的管道壁厚。
5.根据权利要求1所述的一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法，其特征在于，检测最终图像分辨率为响应波形接收装置与侧线点间的距离值。
6.根据权利要求1、4或5所述的一种在大口径管道内检测管道周边介质状态的方法，其特征在于，所述响应波形接收装置为检波器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20181120 |