地底直埋管道质量检验方法

技术领域

本发明涉及直埋管道领域，具体涉及一种直埋管道的质量检验方法。

背景技术

供热直埋管道是我国集中供热工程中最常采用的管道敷设方式。供热直埋管道的运行安全关乎城市工作、生活等方方面面。目前研究表明，供热直埋管道工作时承受到自重、管内流体压力、管外受到周围土壤静压力、机动车动土压力等复杂载荷作用，供热直埋管道的应力状态的确定是非常复杂的。因此，怎样研究检测供热直埋管道在复杂载荷作用条件下的力学性能是保证其安全运行的前提，也是设计、管理和评估管道寿命的重要依据。

CN201720070768.5公开了一种测定预制直埋保温管道切向剪切强度的试验装置，其包括套设在试样管道外侧的外抱瓦、分别设置在外抱瓦两端的夹固装置和扭力装置，外抱瓦两端侧壁上分别沿外抱瓦轴向开设有第一凹槽和第二凹槽；夹固装置包括夹固在试样管道保温层外侧的内抱瓦和设置在内抱瓦上的第一限位杆，第一限位杆一端固定在内抱瓦外侧壁上，另一端卡固在相应的第一凹槽内；扭力装置包括卡固在第二凹槽内的第二限位杆和设置在第二限位杆上的连接件，第二限位杆与外抱瓦轴向垂直设置，连接件另一端与扭矩扳手连接。该实用新型结构简单，操作便捷，检测成本低，便于现场和实验室使用。

CN201920608601.9还公开了一种测定预制直埋保温管道切向剪切强度的试验装置，包括安装板、底座和支撑侧板，所述底座顶部一端通过螺栓安装有安装板，所述底座顶部另一端通过固定槽安装有支撑侧板，所述支撑侧板顶部通过螺丝安装有机壳，所述机壳内底部一端通过安装座安装有伺服电机，所述安装板顶部一端焊接有滑轨，所述滑轨顶部设置有安装支架，所述伺服电机的输出轴贯穿机壳底端且连接有丝杆，所述丝杆外侧套设有丝块，所述丝块一端连接有固定片。该实用新型方便对保温管进行夹持，能方便检测拉力大小，还能方便记录实验数据，适合被广泛推广和使用。

但上述现有的供热直埋管道试验技术，均仅仅停留在直接检测管道未工作状态下聚氨酯保温层和钢管保护层外壳的剪切强度。仅仅属于保温层结构强度的检测，没有对供热直埋管道及其管件在工作状态下整体的力学性能进行测试，特别是介质管道及其管件承受流体内压力、热应力等作用下的一次应力破坏、二次应力破坏以及峰值应力的疲劳破坏。其检测研究方法也较为原始直接，无法获得管道真正工作状态下的性能要求，这种试验装置作为生产质量检测手段也显得相对简单，无法更好地保证直埋管道的质量要求。

故如何设置一种能够更好地对直埋管道工作状态下的性能进行检测的技术，成为本领域技术人员有待考虑解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够更好地对直埋管道工作状态下的性能进行检测的地底直埋管道质量检验方法；使其能够更加准确地反应管道工作状态下的使用寿命情况，以快速检测出管道性能质量是否合格。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种地底直埋管道质量检验方法，其特征在于，先获得管道在极限因素作用下管道受到的轴向力大小，检测时采用该轴向力对管道两端进行反复拉伸和压缩循环，记录直到管道产生疲劳现象时的循环次数，将循环次数和预设阈值对比，低于预设阈值则判断管道不合格，高于预设阈值则判断管道合格。

这样，本方法采用直接对管道施加轴向力变化的方式，替代管道工作受冷热水循环交替产生的内应力变化，方便在较短的试验时间内获得管道破坏的循环次数，能够更加快捷可靠地判断管道是否合格。

其中，所述管道在极限因素作用下管道受到的轴向力大小，可以通过理论计算获得，或者直接采用试验装置检测出该轴向力。

进一步地，检测时，先对管道进行工作状态模拟。这样可以更好地提高检测准确性。

进一步地，所述极限因素包括极限温差变化和极限水压作用。

这样，综合考虑了温差变化（主要是循环水水温变化）导致管道热胀冷缩在轴向上产生的力以及管道轴向受水压作用产生的力，能够使得检测结果更加精确可靠。

其中，所述疲劳现象可以为管道外表产生形变或者漏水。以此作为评估，可以检测判断管道使用寿命。

进一步地，检测时在管道竖直方向上施加力模拟其竖直方向所受载荷情况。这样，可以进一步深度模拟管道实际工作时竖直方向受力状况，提高试验结果准确度和可靠等。

进一步地，试验时对管道表面的温度、位移量和应变力进行检测，采集记录其数据变化情况。

这样可以更好地监测管道是否产生疲劳现象，并可以为进一步进行管道性能研究提供参数依据。

具体地说，本方法中是将管道按照施工要求模拟埋设在一个试验用容置体中，再将管道两端接入循环加热水管模拟其工作供水情况，对管道两端进行轴向约束监控并模拟其轴向受力情况，记录管道在不同参数因素下直至产生疲劳现象的循环次数，再判断是否合格。

具体检测过程采用以下的疲劳试验装置实现，所述试验装置包括一个模拟管槽，模拟管槽下部沿长度方向的两端各开设有一个用于供检测管道端部穿出的孔洞，还包括供水模拟系统，供水模拟系统包括循环水管和连接在循环水管上的循环泵与温控装置，循环水管的两端为用于和检测管道相接的管道连接端；还包括设置在模拟管槽两端孔洞外部的管道轴向约束加载装置，管道轴向约束加载装置能够对管道提供轴向约束加载。

这样，上述试验装置使用时，可以将检测管道安装到模拟管槽下部，使其两端从孔洞露出，然后模拟管槽内填充好回填砂将检测管道掩埋，再将循环水管的管道连接端和检测管道两端连接，将管道轴向约束加载装置安装到管道两端形成轴向约束，再利用循环泵为检测管道提供循环供水，利用温控装置控制水温，利用循环泵控制流量和水压，模拟管道实际工作情况。故本装置能够在模拟管道实际工作情况下进行疲劳试验检测，检验评估其真实的疲劳极限值和使用寿命，并判断产品是否合格。

进一步地，所述温控装置，包括一个加热管路和一个冷却管路，加热管路和冷却管路并联到循环水管中，加热管路上设置有控制用加热装置和阀门，冷却管路上设置有控制用冷却装置和阀门。

这样，试验或检测控制时，可以先打开加热管路开启加热装置，对检测管道提供热水，一次循环或者若干时间后，切换为冷却管路为检测管道提供冷水，模拟供热管道一次循环结束。这样反复交替供应冷热水，可更好地检测管道在冷热交替循环状态下的性能变化。

进一步地，供水模拟系统还包括一个模拟用冷却装置，模拟用冷却装置串联到循环水管内。

这样，模拟用冷却装置可以模拟用户用暖情况，将一次供热循环的热水降温后回到控制端，方便切换为冷却水供应。

进一步地，循环水管的管道连接端包括一个堵头，堵头为弹性材料的锥台形，其小直径端小于检测管道内径，大直径端大于管道内径，循环水管从堵头大直径端穿出到小直径端。

这样，能够方便快捷地实现循环水管和检测管道的连接，避免漏水，且采用封堵的方式连接，能够更好地避免和管道轴向约束加载装置产生干扰。

进一步地，所述管道轴向约束加载装置，包括一个载荷加载装置，载荷加载装置具有一个正对检测管道轴心方向的伸缩轴，伸缩轴前端具有一个用于和检测管道端部固定相接的连接头，连接头内设置有能够检测轴向载荷大小的测力传感器，测力传感器和控制中心连接。

这样，载荷加载装置不仅仅能够对检测管道提供轴向约束，模拟管道填埋使用时受轴向约束情况。同时还可以主动对检测管道轴向载荷进行加载，直接模拟检测管道受冷热变化时，因为热胀冷缩导致轴向载荷的变动情况。本方法中，正是基于此方式，使得可以在试验时采用主动对管道轴向载荷进行正向和反向的反复加载（即反复压缩和拉伸），来模拟管道受冷热水交换循环的情况。这样将冷热水一次循环替换为直接对管道施加轴向拉压一次循环，可以极大地缩短试验时间。

进一步地，所述连接头，包括一个位于前端用于和检测管道对接的法兰盘，法兰盘后端面上同轴向固定连接有一个对接筒，对接筒上开设有循环水管让位槽，对接筒后端固定有一块安装板，安装板上向后连接有一个呈L形的第一连接板，第一连接板和安装板之间形成一个检测腔，连接头还包括一个固定在伸缩轴上的第二连接板，第二连接板前端呈L形且插接入检测腔中，第二连接板位于检测腔中部分的前后两侧各设置有一个测力传感器。

这样，第二连接板前侧的测力传感器可以在伸缩轴伸出加载压力时，更加精确地检测监控该压力大小，第二连接板后侧的测力传感器可以在伸缩轴缩回施加拉力时，更加精确地检测监控该拉力的大小；故能够使得试验或检测过程中，对检测管道的压缩和拉伸的加载监控更加精确可靠。使用时，待循环水管安装到检测管道后，再将法兰盘和检测管道端部的法兰盘（如果检测管道为不具有法兰盘的管道，则先在管道端部焊接法兰盘）对接，并使得循环水管从对接筒上的循环水管让位槽中引出即可。故本连接头结构同时具有结构简单，传力稳定可靠，能够和循环水管配合使用不会产生干扰的优点。

进一步地，还包括数据采集系统，数据采集系统包括用于间隔地安装在检测管道表面的多组应变片、位移传感器和温度传感器，所述应变片、位移传感器和温度传感器与控制中心相连。

这样，可以在试验或检测过程中，监测和记录检测管道在试验或检测过程中的应变、位移和温度，其中应变和位移达到预设阈值时，可以判定为产生疲劳现象；或者可以用于监测应变和位移使其被控制在预设阈值进行试验。

进一步地，还包括竖直载荷模拟装置，竖直载荷模拟装置包括位于模拟管槽上端的盖板，盖板使用时盖设在回填砂上且四周保持和模拟管槽侧壁呈浮动状态，盖板上设置有可移动小车。

这样，可以定向模拟道路下方安装管道的实际工作情况，可移动小车的重量和移动速度，可以根据实际管道上所受的机动车辆的特点进行设置。这样获得的数据可更加真实的反应道路下方管道的性能。

综上所述，本发明能够更好地对直埋管道工作状态下的性能进行检测；使其能够更加准确地反应管道工作状态下的使用寿命情况，以更加快速准确地检测出管道性能质量是否合格。

附图说明

图1为本发明实施采用的试验装置使用时的结构示意图。

图2为图1中单独连接头的局部结构示意图。

图3为本发明实施时，采用带有角度的弯管试验的示意图。

图4为本发明实施时，采用带变径管件管道试验的示意图。

图5为本发明实施时，采用带有折角管件管道试验的示意图。

图6为本发明实施时，采用带有三通管件管道试验的示意图。

图7为本发明实施时，供水模拟系统采用另外一种结构的示意图。具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：参见图1-2所示（图中箭头表示流动方向），

一种地底直埋管道质量检验方法，本方法中，先获得管道在极限因素作用下管道受到的轴向力大小，检测时采用该轴向力对管道两端进行反复拉伸和压缩循环，记录直到管道产生疲劳现象时的循环次数，将循环次数和预设阈值对比，低于预设阈值则判断管道不合格，高于预设阈值则判断管道合格。

这样，本方法采用直接对管道施加轴向力变化的方式，替代管道工作受冷热水循环交替产生的内应力变化，方便在较短的试验时间内获得管道破坏的循环次数，能够更加快捷可靠地判断管道是否合格。实施时，预设阈值可以通过计算获得或者采用标准管道试验得到。

其中，所述管道在极限因素作用下管道受到的轴向力大小，可以通过理论计算获得，或者直接采用试验装置检测出该轴向力。

其中，检测时，先对管道进行工作状态模拟。这样可以更好地提高检测准确性。

其中，所述极限因素包括极限温差变化和极限水压作用。

这样，综合考虑了温差变化（主要是循环水水温变化）导致管道热胀冷缩在轴向上产生的力以及管道轴向受水压作用产生的力，能够使得检测结果更加精确可靠。

其中，所述疲劳现象可以为管道外表产生形变或者漏水。以此作为评估，可以试验判断管道使用寿命。

实施时，还可以在管道竖直方向上施加力模拟其竖直方向所受载荷情况。

这样，可以进一步深度模拟管道实际工作时竖直方向受力状况，提高试验结果准确度和可靠等。

检测时可以对管道表面的温度、位移量和应变力进行检测，采集记录其数据变化情况。

这样可以更好地监测管道是否产生疲劳现象，并可以为进一步进行管道性能研究提供参数依据。

具体地说，本方法中是将管道按照施工要求模拟埋设在一个试验用容置体中，再将管道两端接入循环加热水管模拟其工作供水情况，对管道两端进行轴向约束监控并模拟其轴向受力情况，记录管道在不同参数因素下直至产生疲劳现象的循环次数，再判断是否合格。

本方法实施时采用图1-2的的疲劳试验装置实现，所述试验装置包括一个模拟管槽1，模拟管槽1下部沿长度方向的两端各开设有一个用于供检测管道4端部穿出的孔洞2，还包括供水模拟系统，供水模拟系统包括循环水管3和连接在循环水管上的循环泵5与温控装置，循环水管3的两端为用于和检测管道4相接的管道连接端；还包括设置在模拟管槽两端孔洞外部的管道轴向约束加载装置，管道轴向约束加载装置能够对管道提供轴向约束加载。

这样，上述试验装置使用时，可以将检测管道安装到模拟管槽下部，使其两端从孔洞露出，然后模拟管槽内填充好回填砂将检测管道掩埋，再将循环水管的管道连接端和检测管道两端连接，将管道轴向约束加载装置安装到管道两端形成轴向约束，再利用循环泵为检测管道提供循环供水，利用温控装置控制水温，利用循环泵控制流量和水压，模拟管道实际工作情况。故本装置能够在模拟管道实际工作情况下进行疲劳试验检测，检验评估其真实的疲劳极限值和使用寿命，并判断产品是否合格。

其中，所述温控装置，包括一个加热管路和一个冷却管路，加热管路和冷却管路并联到循环水管中，加热管路上设置有控制用加热装置6和阀门，冷却管路上设置有控制用冷却装置7和阀门。

这样，试验或检测控制时，可以先打开加热管路开启加热装置，对检测管道提供热水，一次循环或者若干时间后，切换为冷却管路为检测管道提供冷水，模拟供热管道一次循环结束。这样反复交替供应冷热水，可更好地检测管道在冷热交替循环状态下的性能变化。其中加热装置可以采用电加热模块加热，方便控制。冷却装置可以采用（流动的 ）冷却水容器进行换热冷却。其各自自身结构可为常规技术，不在此详述。

其中，供水模拟系统还包括一个模拟用冷却装置8，模拟用冷却装置串联到循环水管内。

这样，模拟用冷却装置可以模拟用户用暖情况，将一次供热循环的热水降温后回到控制端，方便切换为冷却水供应。

具体实施时，供水模拟系统还可以采用图7所示的结构模式，即将加热管路、冷却管路和模拟用冷却装置各自并联一个阀门后串联到加热管路上。这样，可以方便根据需要切换控制加热管路、冷却管路和模拟用冷却装置工作。

其中，循环水管3的管道连接端包括一个堵头9，堵头为弹性材料的锥台形，其小直径端小于检测管道内径，大直径端大于管道内径，循环水管从堵头大直径端穿出到小直径端。

这样，能够方便快捷地实现循环水管和检测管道的连接，避免漏水，且采用封堵的方式连接，能够更好地避免和管道轴向约束加载装置产生干扰。

其中，所述管道轴向约束加载装置，包括一个载荷加载装置10，载荷加载装置10具有一个正对检测管道轴心方向的伸缩轴11，伸缩轴11前端具有一个用于和检测管道端部固定相接的连接头12，连接头12内设置有能够检测轴向载荷大小的测力传感器13，测力传感器13和控制中心14连接。

这样，载荷加载装置不仅仅能够对检测管道提供轴向约束，模拟管道填埋使用时受轴向约束情况。同时还可以主动对检测管道轴向载荷进行加载，直接模拟检测管道受冷热变化时，因为热胀冷缩导致轴向载荷的变动情况。本方法中，正是基于此方式，使得可以在试验时采用主动对管道轴向载荷进行正向和反向的反复加载（即反复压缩和拉伸），来模拟管道受冷热水交换循环的情况。这样将冷热水一次循环替换为直接对管道施加轴向拉压一次循环，可以极大地缩短试验时间。

其中载荷加载装置，可以是电动推杆，电缸，液压缸等动力装置，具体结构不在此详述。

其中，所述连接头，包括一个位于前端用于和检测管道对接的法兰盘15，法兰盘15后端面上同轴向固定连接有一个对接筒16，对接筒16上开设有循环水管让位槽，对接筒后端固定有一块安装板17，安装板17上向后连接有一个呈L形的第一连接板18，第一连接板18和安装板之间形成一个检测腔，连接头还包括一个固定在伸缩轴上的第二连接板19，第二连接板19前端呈L形且插接入检测腔中，第二连接板19位于检测腔中部分的前后两侧各设置有一个测力传感器13。

这样，第二连接板前侧的测力传感器可以在伸缩轴伸出加载压力时，更加精确地检测监控该压力大小，第二连接板后侧的测力传感器可以在伸缩轴缩回施加拉力时，更加精确地检测监控该拉力的大小；故能够使得试验或检测过程中，对检测管道的压缩和拉伸的加载监控更加精确可靠。使用时，待循环水管安装到检测管道后，再将法兰盘和检测管道端部的法兰盘（如果检测管道为不具有法兰盘的管道，则先在管道端部焊接法兰盘）对接，并使得循环水管从对接筒上的循环水管让位槽中引出即可。故本连接头结构同时具有结构简单，传力稳定可靠，能够和循环水管配合使用不会产生干扰的优点。

其中，还包括数据采集系统，数据采集系统包括用于间隔地安装在检测管道表面的多组应变片20、位移传感器21和温度传感器22，所述应变片、位移传感器和温度传感器与控制中心14相连。

这样，可以在试验或检测过程中，监测和记录检测管道在试验或检测过程中的应变、位移和温度，其中应变和位移达到预设阈值时，可以判定为产生疲劳现象。

其中，还包括竖直载荷模拟装置，竖直载荷模拟装置包括位于模拟管槽上端的盖板，盖板使用时盖设在回填砂上且四周保持和模拟管槽侧壁呈浮动状态，盖板上设置有可移动小车24。

这样，可以定向模拟道路下方安装管道的实际工作情况，可移动小车的重量和移动速度，可以根据实际管道上所受的机动车辆的特点进行设置。这样获得的数据可更加真实的反应道路下方管道的性能。

另外，参见图3～图6，本发明实施时还可以用于带有角度的弯管、带变径管件、带有折角管件、带有三通管件等管件或管道的试验检测，具体过程和上述一致，只需装置部分根据需要稍作调整即可，不在此累述。