一种检测城市排水管周围土体脱空的方法
【专利摘要】本发明公开了一种检测城市排水管周围土体脱空的方法,步骤为:由爬行器搭载电磁波收发天线进入排水管内部，爬行器底部安装有与行走驱动系统相连的行走车胎以使爬行器能够在排水管内移动，在爬行器顶部安装有通过升降系统能够与排水管内壁贴紧设置的接触轮胎以使电磁波收发天线紧贴排水管的内壁；主控系统向爬行器的行走驱动系统发出行进状态控制信号，同时向所述的电磁波收发天线发出输出电磁波信号的指令；电磁波收发天线根据主控系统发出的发射信号的指令，向排水管周围的土体发出电磁波；主控系统对电磁波收发天线输出的反射回波信号分析计算，判断是否有明显的界面反射信号。本方法使得检测信号能够达到很高的信噪比。
【专利说明】
一种检测城市排水管周围土体脱空的方法
技术领域
[0001]本发明涉及市政基础设施的无损检测领域，特别是涉及一种市政排水管周围土体脱空情况的检测方法。
【背景技术】
[0002]随着城市化进程的快速推进，各大城市市政管网的规模不断扩大。然而，从排水管网的建设和运行结果来看，除了建国初期开始建设的、已使用长达半个世纪以上的管道出现损坏外，一些新建设管道也由于种种原因过早的出现了结构性和功能性的损坏现象。由于市政排水管破损渗漏，导致管道周围土体被掏空进而在管道周围形成土质疏松或脱空，这种情况会进一步加剧管道的破损，最终会导致管道塌陷甚至道路塌陷等严重事故，威胁到人民的生命财产安全和城市的正常运行。
[0003]近年来针对城市排水管的检测技术有了长足的进步，从以前的人工下井观察，发展到了可视化、智能化的进步。目前检测排水管健康状况的技术主要有:针对管道内部结构健康状况的管道机器人视频摄录检测CCTV、声呐检测、管道潜望镜检测等。这些检测都是通过检测设备在管道内部移动，利用内窥摄录、声波来对管道的破损情况进行检测。无法对管道外部周围土体的密实情况进行检测，即无法发现管道周围土体的脱空情况。
[0004]目前适用于浅部地基脱空的主流检测方法是探地雷达法，探地雷达通过在地面发射和接收电磁波，而电磁波在遇到不同电磁介质会发生反射，探地雷达就是通过接收反射电磁波来检测地基的脱空情况。但是这种检测方法针对管道周围土体脱空的检测具有诸多缺点与局限:
[0005]缺陷1:受到管道本身反射波的影响
[0006]由于排水管材质主要以混凝土为主，与周围土体的介电常数存在明显差异，所以当探地雷达发射的电磁波遇到管道时，会发生明显的反射波，这种反射波会与土体脱空产生的反射波相互干扰，影响对脱空的探测。
[0007]缺陷2:探测深度与探测精度的不足
[0008]根据探地雷达的基本原理，探测“精度”与探测“深度”是一对矛盾综合体，探测深度大时需要利用频率较低的雷达天线，但是低频率电磁波的分辨率较低，即探测精度较低。另外，在高地下水位地区探地雷达发出的电磁波会迅速衰减，因此，很多情况下，探地雷达无法测试到埋深相对较深的管道周围土体的脱空情况。
[0009]缺陷3:受到上覆土层及构筑物的干扰
[0010]市政管道大多埋设于城市道路系统和硬路面下方，往往与其他管线交织在一起，加之上覆土层及道路结构层的材质的电磁特性并不十分均匀，导致对管道周围土体脱空的探测更加困难。
[0011]由于我国市政排水管网大多建设于改革开放初期，许多管道存在耐久性的问题出现破损，破损的管道会导致渗流进而产生土体脱空。近年来由于排水管破损而引发的城市道路塌陷事故常有发生。因此发明一种能够直接查明市政排水管周围土体脱空情况的检测系统成为一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种保证了检测精度与准确性的检测城市排水管周围土体脱空的方法。
[0013]本发明的一种检测城市排水管周围土体脱空的方法，它包括以下步骤:
[0014]步骤一、由一个可在市政排水管内部行走的爬行器搭载空气耦合的电磁波收发天线，爬行器由检查井进入排水管内部，所述的爬行器底部安装有与行走驱动系统相连的行走车胎以使爬行器能够在排水管内移动，在所述爬行器顶部安装有通过升降系统能够与排水管内壁贴紧设置的接触轮胎以使电磁波收发天线紧贴排水管的内壁；
[0015]步骤二、主控系统向爬行器的行走驱动系统发出行进状态控制信号以控制爬行器的前后行走并且向爬行器的升降系统发出升降控制信号使得接触轮胎贴紧排水管的内壁设置，同时主控系统向所述的电磁波收发天线发出输出电磁波信号的指令；电磁波收发天线根据主控系统发出的发射信号的指令，向排水管周围的土体发出电磁波，发射的电磁波透过排水管管壁到达管道周围的土体，产生反射回波，回波通过电磁波收发天线接收，电磁波收发天线然后将反射回波信号通过信号线缆传回主控系统;所述的主控系统接收所述的电磁波收发天线输出的反射回波信号并记录和存储；
[0016]步骤三、主控系统对电磁波收发天线输出的反射回波信号分析计算，判断是否有明显的界面反射信号，如果有则管道周围土体有脱空存在。
[0017]本发明方法与现有技术相比，本发明通过从排水管内部利用电磁波对管道周围土体脱空情况进行检测，探测距离大大缩短，使得利用较高频率天线进行精细探查成为可能， 克服了常规探地雷达在检测城市排水管周围土体脱空时深度与精度的局限，由于测试设备与脱空土体仅隔一层管壁，排除了其他市政管道及道路覆盖层的干扰，使得检测信号能够达到很高的信噪比。最后，利用一个具有特定频段的电磁接收天线来从地面识别管内检测装置的准确位置，使得从地面对管周脱空的精确定位成为可能。【附图说明】
[0018]图1是本发明的一种检测城市排水管周围土体脱空的方法的运行流程控制图；
[0019]图2是本发明方法图1是采用本发明的一种检测城市排水管周围土体脱空的方法采用的检测系统的示意图；
[0020]图3是图2所示的检测系统中的爬行器的主视图；
[0021]图4是图3所示的爬行器的侧视图；
[0022]图5是图3所示的爬行器的局部放大示意图。【具体实施方式】[〇〇23]下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明。
[0024]如附图所示的本发明的一种检测城市排水管周围土体脱空的方法，它包括以下步骤:
[0025]步骤一、由一个可在市政排水管内部行走的爬行器1搭载空气耦合的电磁波收发天线2，爬行器I由检查井3进入排水管内部，所述的爬行器底部安装有与行走驱动系统相连的行走车胎以使爬行器能够在排水管内移动，在所述爬行器I顶部安装有通过升降系统能够与排水管内壁贴紧设置的接触轮胎以使电磁波收发天线紧贴排水管的内壁4。
[0026]步骤二、主控系统6向爬行器I的行走驱动系统发出行进状态控制信号以控制爬行器的前后行走并且向爬行器I的升降系统发出升降控制信号使得接触轮胎贴紧排水管的内壁设置，同时主控系统向所述的电磁波收发天线2发出输出电磁波信号的指令;电磁波收发天线根据主控系统发出的发射信号的指令，向排水管周围的土体发出电磁波，发射的电磁波透过排水管管壁到达管道周围的土体7，产生反射回波，回波通过电磁波收发天线接收，电磁波收发天线然后将反射回波信号通过信号线缆传回主控系统;所述的主控系统接收所述的电磁波收发天线输出的反射回波信号并记录和存储；
[0027]步骤三、主控系统对电磁波收发天线输出的反射回波信号分析计算，判断是否有明显的界面反射信号，如果有则管道周围土体8有脱空存在。
[0028]优选的，如果判断出管道周围土体有脱空存在，需要在地面对地下土体脱空位置进行准确标定时，通过主控系统6向爬行器I的行走驱动系统发出停止行走控制信号使得爬行器I停止在管道周围土体有脱空位置，同时安装有信号接收天线的小车在地面9来回行走，所述的信号接收天线的频段信号与电磁波收发天线的发射电磁波频段相同，排水管内的电磁波收发天线发射电磁波频段与地面小车上的接收天线的频段信号一致是为了排除周围环境的电磁干扰，当信号接收天线能够接收到电磁波收发天线发出的信号强度最大时，地面9上小车14的位置所对的位置为地下土体脱空位置。
[0029]作为本发明的一种实施方式，所述的爬行器I包括车体10，所述的行走驱动系统包括安装在所述的车体10内的一台电动机11，所述的电动机11的控制器与主控系统6相连，用于接收主控系统6发出的行进状态控制信号，所述的电动机通过第一线缆5与电源相接，为整个小车提供动力。四个可以滚动的行走轮胎12转动连接在所述的车体10下部，四个所述的行走轮胎通过传动系统13与电动机11相连，小车的行进由电动机11通过传动系统13驱动行走轮胎12的转动来实现。传动系统13可以采用现有结构，在所述的车体10上方通过升降系统连接有天线罩15，在天线罩15的顶部转动连接有四个接触轮胎16，这四个接触轮胎16不提供动力，其作用是使电磁波天线能够与管道4顶部保持相对稳定的姿态。所述的升降系统能够抬升或降低天线罩15相对车体10的高度，以适应不同管径的管道的检测要求。所述的空气耦合的电磁波收发天线2安装在所述的天线罩15内，所述的电磁波收发天线2通过第二线缆17经车体与第一线缆5连接，所述的第一线缆5与主控系统6相连，所述的空气耦合的电磁波收发天线2通过第二线缆17和第一线缆5获得收发电磁波所需的电能以及完成电磁波信号的传输。所述的升降系统包括一端与车体10铰接相连的第一杆件，所述的第一杆件的另一端与第二杆件18的一端铰接相连，所述的第二杆件的另一端与天线罩15铰接相连，一个第三杆件的一端与第二杆件的中部铰接相连并且另一端与天线罩15铰接相连，在第一杆件上固定有第一液压缸20-1，所述的第一液压缸的伸缩杆19-1与第二杆固定相连，在所述的第二杆件上固定有第二液压缸20-2，所述的第二液压缸的伸缩杆19-2与第三杆固定相连。所述的第一液压缸20-1和第二液压缸20-2的控制系统通过第一线缆5与主控系统6相连，用于接收主控系统6发出的升降控制信号以使得接触轮胎贴紧排水管的内壁设置。图中22所示为铰链。
【主权项】
1.一种检测城市排水管周围土体脱空的方法，其特征在于它包括以下步骤: 步骤一、由一个可在市政排水管内部行走的爬行器搭载空气耦合的电磁波收发天线，爬行器由检查井进入排水管内部，所述的爬行器底部安装有与行走驱动系统相连的行走车胎以使爬行器能够在排水管内移动，在所述爬行器顶部安装有通过升降系统能够与排水管内壁贴紧设置的接触轮胎以使电磁波收发天线紧贴排水管的内壁； 步骤二、主控系统向爬行器的行走驱动系统发出行进状态控制信号以控制爬行器的前后行走并且向爬行器的升降系统发出升降控制信号使得接触轮胎贴紧排水管的内壁，同时主控系统向所述的电磁波收发天线发出输出电磁波信号的指令;电磁波收发天线根据主控系统发出的发射信号的指令，向排水管周围的土体发出电磁波，发射的电磁波透过排水管管壁到达管道周围的土体，产生反射回波，回波通过电磁波收发天线接收，电磁波收发天线然后将反射回波信号通过信号线缆传回主控系统;所述的主控系统接收所述的电磁波收发天线输出的反射回波信号并记录和存储； 步骤三、主控系统对电磁波收发天线输出的反射回波信号分析计算，判断是否有明显的界面反射信号，如果有则管道周围土体有脱空存在。2.根据权利要求1所述的检测城市排水管周围土体脱空的方法，其特征在于:如果判断出管道周围土体有脱空存在，需要在地面对地下土体脱空位置进行准确标定时，通过主控系统向爬行器I的行走驱动系统发出停止行走控制信号使得爬行器停止在管道周围土体有脱空位置，同时安装有信号接收天线的小车在地面来回行走，所述的信号接收天线的频段信号与电磁波收发天线的发射电磁波频段相同，排水管内的电磁波收发天线发射电磁波频段与地面小车上的接收天线的频段信号一致是为了排除周围环境的电磁干扰，当信号接收天线能够接收到电磁波收发天线发出的信号强度最大时，地面上小车的位置所对的位置为地下土体脱空位置。
【文档编号】E03F7/12GK106049657SQ201610626552
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月29日
【发明人】吕耀志, 赵乐军, 张启斌, 张建根, 徐鹏逍
【申请人】天津市市政工程设计研究院