專利名稱：一種地下壓力管線試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地下工程、管道工程及市政工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種地下壓力管線力學(xué)特性試驗(yàn)裝置，該裝置用于地下壓力管線在地層豎向變位作用下的安全性檢驗(yàn)。
背景技術(shù)：
地下管線常被譽(yù)為生命線，突顯了其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民群眾生活中的重要作用。 在我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加速的背景下，地下管線已成為地鐵等大型地下工程建設(shè)中工程事故的主角，嚴(yán)重影響人民群眾的生產(chǎn)和生活，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因城市地下管線事故造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)450億元；此外，大型油氣管線(比如西氣東輸、中俄輸油管線等工程) 在穿越地面沉降區(qū)發(fā)育區(qū)域時(shí)，隨著地面沉降的不斷累積，油氣管線安全性受到嚴(yán)重威脅， 如何評(píng)價(jià)地面沉降發(fā)育區(qū)大型油氣管線的長(zhǎng)期服役性能已成為大型油氣管線建設(shè)中的一個(gè)重要課題。綜上所述，開展地層豎向變位作用下地下壓力管線安全特性研究勢(shì)在必行。但是，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于地層豎向變位作用下地下壓力管線的研究?jī)H限于基于彈性理論和沉降發(fā)育模型相結(jié)合的理論計(jì)算，且理論模型假設(shè)條件與工程實(shí)際嚴(yán)重不符(例如，忽略管道剛度，認(rèn)為管道與周圍土體協(xié)調(diào)變形)，缺乏行之有效的試驗(yàn)手段來(lái)驗(yàn)證和改進(jìn)已有理論成果，或者為地下壓力管線在地層豎向變位作用下的研究提供新的思路。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供一種可以真實(shí)直觀地反映地層豎向變位作用下的地下壓力管線安全特性的地下壓力管線試驗(yàn)裝置。技術(shù)方案本發(fā)明的地下壓力管線試驗(yàn)裝置，裝置的平臺(tái)上設(shè)置有框架，所述框架包括相對(duì)設(shè)置的左立板和右立板，連接所述兩塊立板頂端的水平板；
所述水平板下側(cè)中心位置設(shè)置有氣缸，所述氣缸通過(guò)設(shè)置有調(diào)壓閥的輸氣管與高壓氣源相連接，氣缸中的活塞桿穿過(guò)氣缸下端，所述活塞桿的下端連接有反力加載板；
左立板、右立板上各設(shè)置有一個(gè)管道固定裝置，兩個(gè)管道固定裝置相對(duì)應(yīng)，其中一個(gè)管道固定裝置上設(shè)置有進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔通過(guò)設(shè)置有調(diào)壓閥的輸氣管與高壓氣源相連接；
在水平板下方的平臺(tái)上設(shè)置有一排左右排列的千斤頂，所述千斤頂至少為四個(gè)，沿氣缸的垂直軸線左右對(duì)稱排列。本發(fā)明中，管道固定裝置為一端封閉的管套，所述管套周向上均勻設(shè)置有2飛個(gè)帶有刻度標(biāo)示的管道固定螺栓。本發(fā)明中，反力加載板的上側(cè)與活塞桿的下端連接，下側(cè)為與試驗(yàn)管道外壁匹配的凹面。
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可以按功能和結(jié)構(gòu)分為三個(gè)部分地層變位模擬系統(tǒng)、管線壓力加載系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)。(1)地層變位模擬系統(tǒng)。地層變位模擬系統(tǒng)主要由多個(gè)(最少4個(gè))不同位置的千斤頂組成，通過(guò)設(shè)置千斤頂行進(jìn)的速度和行程來(lái)模擬不同的地層豎向變位模式。試驗(yàn)前必須對(duì)每個(gè)千斤頂?shù)淖冃瘟扛鶕?jù)預(yù)設(shè)的地層變位模式進(jìn)行精確的計(jì)算，以保證對(duì)地層變位狀態(tài)模擬的準(zhǔn)確性。(2)管線壓力加載系統(tǒng)。地下管線的填埋深度不同，其所受的地應(yīng)力便不同，即使在相同地層變位模式下管線力學(xué)特性變化規(guī)律也必然不同，因此模擬地下管線的不同填埋深度十分重要。本發(fā)明利用反力加載框架結(jié)合氣壓加載裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)管線不同填埋深度的模擬；管道固定端焊接在反力加載框架上，通過(guò)管道固定端上的螺絲固定測(cè)試管道，測(cè)試管道直徑的可調(diào)節(jié)范圍為lOOmnTllOOmm，這個(gè)范圍基本涵蓋了市政工程中地下管線和大型油氣管線的直徑。供氣裝置采用高壓氣源，通過(guò)調(diào)壓閥控制供氣壓力向加載裝置供氣，加載裝置作用壓力到待測(cè)管線上，模擬管線填埋深度。供氣裝置還向待測(cè)管線內(nèi)提供壓力，將試驗(yàn)管道兩側(cè)封閉，通過(guò)輸氣管將氣壓施加到管道中以模擬管線內(nèi)壓力?？紤]到試驗(yàn)安全問(wèn)題，本試驗(yàn)裝置的最大供氣壓力為2MPa。。(3)測(cè)試系統(tǒng)包括安裝在待測(cè)管線上的多種測(cè)量?jī)x器，測(cè)試項(xiàng)目包括管道的應(yīng)變 (橫向與縱向)、管道的位移以及管道直徑的變化，相應(yīng)的測(cè)試儀器分別為橫向與縱向應(yīng)變計(jì)、百分表以及軸向引伸計(jì)。將各個(gè)測(cè)試儀器與計(jì)算機(jī)相連，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)不間斷采集。
有益效果本發(fā)明突破了目前地層變位模式下地下管線安全特性研究中以理論模型研究為主，但理論模型假設(shè)條件與工程嚴(yán)重不符的困局，開發(fā)了一種可以模擬不同地層變位模式、不同管線埋藏深度、不同管線直徑、不同管材等各種工況的地下壓力管線試驗(yàn)裝置， 從模型試驗(yàn)的角度分析地下管線的在地層變位模式下的應(yīng)力及變形發(fā)展規(guī)律，填補(bǔ)了地下壓力管線在地層變位作用下安全特性試驗(yàn)裝置方面的空白。本發(fā)明通過(guò)不同分布位置千斤頂，調(diào)整千斤頂?shù)淖冃瘟縼?lái)實(shí)現(xiàn)不同的地層豎向變位模式，同時(shí)觀測(cè)地下壓力管線的變形與內(nèi)力的變化，達(dá)到判別地下管線安全特性的目的。 本發(fā)明中的試驗(yàn)管道固定裝置不僅可以有效的固定管道模擬管道在與泵站連接時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，而且可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲調(diào)整尺寸適應(yīng)不同的試驗(yàn)管道直徑，保證本試驗(yàn)設(shè)備擁有較強(qiáng)的兼容性。本發(fā)明試驗(yàn)裝置可真實(shí)直觀地反映地層變位對(duì)地下壓力管線性能的影響，為研究地下壓力管線的安全特性、提出切實(shí)可行的地下管線加固措施創(chuàng)造了有利條件，為理論研究及工程應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)與支撐。


圖1為本發(fā)明試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明試驗(yàn)裝置的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為管道固定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中有左立板1、右立板2、平臺(tái)3、水平板4、氣缸5、活塞桿6、反力加載板7、管道固定裝置8、千斤頂9、高壓氣源10、輸氣管11、調(diào)壓閥12、進(jìn)氣孔13、管道固定螺栓14、試驗(yàn)管道15、縱向應(yīng)變計(jì)16、橫向應(yīng)變計(jì)17、百分表18、軸向引伸計(jì)19、千斤頂固定槽20。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的地下壓力管線試驗(yàn)裝置，裝置的平臺(tái)3上設(shè)置有框架，框架包括相對(duì)設(shè)置的左立板1和右立板2，連接所述兩塊立板頂端的水平板4 ；水平板4下側(cè)中心位置設(shè)置有氣缸5，所述氣缸5通過(guò)設(shè)置有調(diào)壓閥12的輸氣管11與高壓氣源10相連接，氣缸5中的活塞桿6穿過(guò)氣缸5下端，所述活塞桿6的下端連接有反力加載板7 ；反力加載板7的上側(cè)與活塞桿6的下端連接，下側(cè)為與試驗(yàn)管道15外壁匹配的凹面。左立板1、右立板2上各設(shè)置有一個(gè)管道固定裝置8，管道固定裝置8為一端封閉的管套，管套周向上均勻設(shè)置有2飛個(gè)帶有刻度標(biāo)示的管道固定螺栓14，兩個(gè)管道固定裝置8相對(duì)應(yīng)，其中一個(gè)管道固定裝置8上設(shè)置有進(jìn)氣孔13，所述進(jìn)氣孔13通過(guò)設(shè)置有調(diào)壓閥12的輸氣管11與高壓氣源10相連接；在水平板4下方的平臺(tái)3上設(shè)置有一排左右排列的千斤頂9，千斤頂9至少為四個(gè)，沿氣缸5的垂直軸線左右對(duì)稱排列，千斤頂9安裝在平臺(tái) 3上設(shè)置的千斤頂固定槽20里。本發(fā)明的具體工作方式和過(guò)程如下 1.試驗(yàn)管道安裝及測(cè)試設(shè)備布置
首先在試驗(yàn)管道15外側(cè)等間距布置縱向應(yīng)變計(jì)16和橫向應(yīng)變計(jì)17 縱向應(yīng)變計(jì)16布置的間隔為0. Γ0. 5D (D為管道直徑，間隔根據(jù)管道直徑的尺寸確定);橫向應(yīng)變計(jì)17的布置間隔是直徑小于500mm時(shí)每60° —個(gè)，大于500mm時(shí)每45° —個(gè)。而后將試驗(yàn)管道15固定在管道固定裝置8上，擰緊管道固定螺絲14固定試驗(yàn)管道15。在試驗(yàn)管道15中點(diǎn)布置軸向引伸計(jì)19，并在管道的不同位置放置百分表18若干只。最后將所有測(cè)試設(shè)備的數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連。2.安裝千斤頂
將千斤頂9放入千斤頂固定槽20中，并提升千斤頂9與試驗(yàn)管道15接觸。3.開動(dòng)高壓氣源10，分別向氣缸5及試驗(yàn)管道15供氣
啟動(dòng)高壓氣源10，按照與埋藏深度等效荷載調(diào)節(jié)調(diào)壓閥12，向氣缸5供氣；推動(dòng)活塞6 向試驗(yàn)管道15施壓，與此同時(shí)打開試驗(yàn)管道的進(jìn)氣孔13根據(jù)試驗(yàn)預(yù)案中的預(yù)定內(nèi)壓力向試驗(yàn)管道15輸送氣壓；
4.啟動(dòng)千斤頂9下降，并同時(shí)開啟觀測(cè)設(shè)備，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)
根據(jù)試驗(yàn)方案中的地層變位模式設(shè)置不同位置處千斤頂9的下降量，同時(shí)控制其下降速度避免造成試驗(yàn)管道局部應(yīng)力集中；打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄各個(gè)觀測(cè)設(shè)備的讀數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種地下壓力管線試驗(yàn)裝置，其特征在于，該裝置的平臺(tái)(3)上設(shè)置有框架，所述框架包括相對(duì)設(shè)置的左立板(1)和右立板(2)，連接所述兩塊立板頂端的水平板(4)；所述水平板(4)下側(cè)中心位置設(shè)置有氣缸(5)，所述氣缸(5)通過(guò)設(shè)置有調(diào)壓閥(12)的輸氣管(11)與高壓氣源(10)相連接，氣缸(5)中的活塞桿(6)穿過(guò)氣缸(5)下端，所述活塞桿(6)的下端連接有反力加載板(7)；左立板(1)、右立板(2)上各設(shè)置有一個(gè)管道固定裝置(8)，兩個(gè)管道固定裝置(8)相對(duì)應(yīng)，其中一個(gè)管道固定裝置(8)上設(shè)置有進(jìn)氣孔(13)，所述進(jìn)氣孔(13)通過(guò)設(shè)置有調(diào)壓閥 (12)的輸氣管(11)與高壓氣源(10)相連接；在水平板(4 )下方的平臺(tái)(3 )上設(shè)置有一排左右排列的千斤頂(9 )，所述千斤頂(9 )至少為四個(gè)，沿氣缸(5)的垂直軸線左右對(duì)稱排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下壓力管線試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的管道固定裝置 (8)為一端封閉的管套，所述管套周向上均勻設(shè)置有2飛個(gè)帶有刻度標(biāo)示的管道固定螺栓 (14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下壓力管線試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的反力加載板(7) 的上側(cè)與活塞桿(6)的下端連接，下側(cè)為與試驗(yàn)管道(15)外壁匹配的凹面。
全文摘要
一種地下壓力管線試驗(yàn)裝置，包括平臺(tái)，平臺(tái)上設(shè)置有框架，框架包括相對(duì)設(shè)置的左立板和右立板，連接兩塊立板頂端的水平板；水平板下側(cè)中心位置設(shè)置有氣缸，氣缸通過(guò)設(shè)置有調(diào)壓閥的輸氣管與高壓氣源相連接，氣缸中的活塞桿穿過(guò)氣缸下端并與反力加載板連接；左立板、右立板上各設(shè)置有一個(gè)管道固定裝置，兩個(gè)管道固定裝置相對(duì)應(yīng)，其中一個(gè)管道固定裝置上設(shè)置有進(jìn)氣孔，進(jìn)氣孔通過(guò)設(shè)置有調(diào)壓閥的輸氣管與高壓氣源相連接；在水平板下方的平臺(tái)上設(shè)置有一排左右排列的千斤頂，千斤頂至少為四個(gè)，沿氣缸的垂直軸線左右對(duì)稱排列。本發(fā)明裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)地層變位不同模式的模擬，并基于地下壓力管線測(cè)試系統(tǒng)對(duì)地下管線安全特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。
文檔編號(hào)G01M99/00GK102401749SQ201110360629
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者呂偉華, 尤佺, 張亞軍, 朱逢斌, 王正興, 王非, 繆林昌, 黎春林 申請(qǐng)人:東南大學(xué)