砂浆内衬壁厚设计方法、管道修复方法及装置与流程

1.本发明涉及非开挖管道更新与修复领域，具体涉及一种适用于管道喷涂修复的砂浆内衬壁厚设计方法、管道修复方法及装置。


背景技术：

2.砂浆喷涂法是一种常用的非开挖管道修复技术，由于其具有灵活性强、不受管道结构形状和规格限制等优势，逐步应用于排水管道、箱涵和检查井的修复。该方法可通过人工喷涂、离心喷涂或者高压气体旋喷等方式，将水泥砂浆喷涂到既有管道内壁，进而形成砂浆内衬。采用砂浆喷涂法对既有管道进行修复时，壁厚设计是内衬结构设计的关键。
3.相关技术以铁摩辛柯自由环屈曲模型为理论基础对砂浆内衬壁厚进行预测。但该模型仅适用于柔性内衬（包括cipp、pe等内衬管），难以适用于砂浆等脆性材料所形成的内衬，进而亟需一种适用于砂浆喷涂修复的内衬壁厚设计方法。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术难以适用于砂浆喷涂修复的缺陷，从而提供一种砂浆内衬壁厚设计方法、管道修复方法及装置。
5.根据第一方面，本发明提供一种砂浆内衬壁厚设计方法，方法包括：基于既有管道的缺陷数据，确定既有管道当前状态下的第一等效弹性模量和达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量。基于既有管道单位长度上的管顶线荷载和第二等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量。依据第一等效弹性模量、第二等效弹性模量以及管顶线荷载，确定既有管道在当前状态下达到该管顶竖向变形量时所需施加的等效附加荷载。基于等效附加荷载以及砂浆内衬壁厚假设值，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后的应力状态参数。比较应力状态参数和标准强度参数，依据比较结果判断是否以砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬目标壁厚值。
6.该设计方法采用等效附加荷载表征既有管道变形抵抗能力随管龄增加而持续退化这一客观事实，以砂浆内衬在附加荷载作用下的开裂破坏作为内衬壁厚设计依据，并以砂浆内衬-既有管道界面滑移失效作为内衬壁厚校核依据，进而保障修复后的既有管道能够有效抵抗外部荷载，降低既有管道被二次破坏的风险。
7.根据第二方面，本发明还提供一种管道修复方法，方法包括：获取对既有管道进行砂浆喷涂修复时的砂浆内衬目标壁厚值，其中，砂浆内衬目标壁厚值采用第一方面及其可选实施方式中任一项的砂浆内衬壁厚设计方法进行确定。依据砂浆内衬目标壁厚值对既有管道进行砂浆喷涂修复。
8.在该方法中，依据砂浆内衬目标壁厚值对既有管道进行砂浆喷涂修复，能够在确保修复后的管道结构强度满足要求的前提下，有效减少砂浆内衬壁厚，进而降低工程材料成本。
9.根据第三方面，本发明还提供一种砂浆内衬壁厚设计装置，装置包括：
第一确定单元，用于基于既有管道的缺陷数据，确定既有管道当前状态下的状态下第一等效弹性模量和达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量；第二确定单元，用于基于既有管道单位长度上的管顶线荷载和第二等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量；第三确定单元，用于依据第一等效弹性模量、第二等效弹性模量以及管顶线荷载，确定既有管道在当前状态下达到管顶竖向变形量时所需施加的等效附加荷载；第四确定单元，用于基于等效附加荷载以及砂浆内衬壁厚的砂浆内衬壁厚假设值，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后的应力状态参数；判断单元，用于比较应力状态参数和标准强度参数，依据比较结果判断是否以砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬目标壁厚值。
10.根据第四方面，本发明还提供一种管道修复装置，装置包括：获取单元，用于获取对既有管道进行砂浆喷涂修复时的砂浆内衬目标壁厚值，其中，砂浆内衬目标壁厚值采用第一方面及其可选实施方式中任一项的砂浆内衬壁厚设计方法进行确定；修复单元，用于依据砂浆内衬目标壁厚值对既有管道进行砂浆喷涂修复。
11.根据第五方面，本发明实施方式还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器和处理器间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行第一方面及其可选实施方式中任一项的砂浆内衬壁厚设计方法或者第二方面的管道修复方法。
12.根据第六方面，本发明实施方式还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行第一方面及其可选实施方式中任一项的砂浆内衬壁厚设计方法或者第二方面的管道修复方法。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以依据这些附图获得其他的附图。
14.图1是根据一示例性实施例提出的一种砂浆内衬壁厚设计方法的流程图。
15.图2是根据一示例性实施例提出的一种管道截面示意图。
16.图3是根据一示例性实施例提出的另一种砂浆内衬壁厚设计方法的流程图。
17.图4是根据一示例性实施例提出的又一种砂浆内衬壁厚设计方法的流程图。
18.图5是根据一示例性实施例提出的又一种砂浆内衬壁厚设计方法的流程图。
19.图6是根据一示例性实施例提出的一种管道修复方法的流程图。
20.图7是根据一示例性实施例提出的一种砂浆内衬壁厚设计装置的结构框图。
21.图8是根据一示例性实施例提出的一种管道修复装置的结构框图。
22.图9是根据一示例性实施例提出的一种计算机设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.相关技术以铁摩辛柯自由环屈曲模型为理论基础对砂浆内衬壁厚进行设计。但该模型仅适用于柔性内衬，难以适用于砂浆等脆性材料所形成的内衬。此外，相关技术在设计内衬壁厚时，未能考虑由于既有管道的抗弯刚度随管龄增加而退化所导致的二次受力的影响以及砂浆内衬与既有管道间的界面滑移失效，与砂浆内衬的实际受载情况和失效破坏模式不符，从而影响对既有管道进行修复的有效性。
25.为解决上述问题，本发明实施例中提供一种砂浆内衬壁厚设计方法，用于计算机设备中，需要说明的是，其执行主体可以是砂浆内衬壁厚设计装置，该装置可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式实现成为计算机设备的部分或者全部，其中，该计算机设备可以是终端或客户端或服务器，服务器可以是一台服务器，也可以为由多台服务器组成的服务器集群，本技术实施例中的终端可以是智能手机、个人电脑、平板电脑、可穿戴设备以及智能机器人等其他智能硬件设备。下述方法实施例中，均以执行主体是计算机设备为例来进行说明。
26.本实施例中的计算机设备应用于对既有管道进行砂浆喷涂修复时的内衬壁厚设计的应用场景。依据本发明提供的砂浆内衬壁厚设计方法，能够依据既有管道的缺陷数据，分别确定既有管道当前状态下的等效弹性模量及其达到修复后设计使用年限时的等效弹性模量。基于既有管道单位长度上的管顶线荷载和第二等效弹性模量，预测既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量，进而预测既有管道达到管顶竖向变形量时所需施加的等效附加荷载。为提高砂浆内衬壁厚的合理性，避免对既有管道进行无效修复，则依据砂浆内衬壁厚假设值，确定既有管道依据该砂浆内衬壁厚假设值进行管道修复后的应力状态参数。依据应力状态参数与标准强度参数间的比较结果，验证该砂浆内衬壁厚假设值的合理性，进而保障既有管道修复后能够有效抵抗外部荷载，降低既有管道被二次破坏的风险。
27.为便于区分，以下将既有管道当前状态下的等效弹性模量采用第一等效弹性模量进行表述，将既有管道达到修复后设计使用年限时的等效弹性模量采用第二等效弹性模量进行表述。
28.图1是根据一示例性实施例提出的一种砂浆内衬壁厚设计方法的流程图。如图1所示，砂浆内衬壁厚设计方法包括如下步骤s101至步骤s105。
29.在步骤s101中，基于既有管道的缺陷数据，确定既有管道当前状态下的第一等效弹性模量和达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量。
30.在本发明实施例中，通过既有管道的缺陷数据，能够确定既有管道当前状态下的使用情况，进而结合既有管道的使用年限，便可以确定既有管道当前状态下的第一等效弹性模量，并预测达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量。
31.在步骤s102中，基于既有管道单位长度上的管顶线荷载和第二等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量。
32.在本发明实施例中，通过既有管道单位长度上的管顶线荷载，能够确定既有管道
当前状态下在单位长度上的受力情况，进而确定既有管道在服役过程中管道结构的形变情况。由于管道结构的形变情况与使用年限有关。因此，为确定既有管道达到修复后设计使用年限时管道结构的变化，则基于既有管道单位长度上的管顶线荷载和第二等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量。
33.在一实际场景中，管顶竖向变形量可以通过如下公式进行确定：，其中，d表示既有管道的管道外径；表示第二等效弹性模量，表示既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效截面惯性矩。
34.其中，第二等效弹性模量与既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效截面惯性矩之积，为既有管道达到修复后设计使用年限时的等效抗弯刚度。
35.在一示例中，既有管道单位长度上的管顶线荷载可以基于《给水排水工程管道结构设计规范》进行计算，在本公开中不进行赘述。
36.在步骤s103中，依据第一等效弹性模量、第二等效弹性模量以及管顶线荷载，确定既有管道在当前状态下达到管顶竖向变形量时所需施加的等效附加荷载。
37.在一示例中，若既有管道在服役过程中等效截面惯性矩未发生改变，则等效附加荷载可以通过下述公式进行确定：，其中，为等效附加荷载，为第一等效弹性模量，为第二等效弹性模量，为管顶线荷载。
38.在一示例中，若既有管道在服役过程中等效截面惯性矩会随着使用年限的增加而发生改变，则可以结合既有管道当前状态下的第一等效截面惯性矩和第一等效弹性模量，确定既有管道当前状态下的第一等效抗弯刚度。结合既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效截面惯性矩和第二等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效抗弯刚度。进而采用如下公式确定等效附加荷载：，其中，为等效附加荷载，为第一等效弹性模量，为第一等效截面惯性矩，为第二等效弹性模量，为第二等效截面惯性矩，为管顶线荷载。
39.在步骤s104中，基于等效附加荷载以及砂浆内衬壁厚假设值，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后的应力状态参数。
40.在本发明实施例中，砂浆内衬壁厚假设值可以理解为是预估计采用脆性修复材料对既有管道进行砂浆喷涂修复的喷涂厚度。
41.在步骤s105中，比较应力状态参数和标准强度参数，依据比较结果判断是否以砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬目标壁厚值。
42.在本发明实施例中，标准强度参数可以理解为依据砂浆内衬壁厚假设值对既有管道进行修复后，既有管道最大可承受的应力状态参数。当应力状态参数超过标准强度参数时，则会导致既有管道的管道结构发生破坏，进而影响既有管道的结构稳定性。
43.因此，为确定砂浆内衬壁厚假设值是否合理，将应力状态参数与标准强度参数进行比较，进而依据比较结果判断是否以砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬目标壁厚值。其中，砂浆内衬目标壁厚值可以理解为是最终对既有管道进行砂浆喷涂修复时所采用的砂浆内衬壁厚。
44.在一实施例中，如果比较结果为应力状态参数与标准强度参数相一致，则表明采用该砂浆内衬壁厚假设值对既有管道进行修复时，修复后的既有管道具有足够的结构强度以抵抗外部荷载。因此，可以采用该砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬壁厚目标值。
45.砂浆内衬壁厚假设值如果比较结果为应力状态参数与标准强度参数不一致，则表明采用该砂浆内衬壁厚假设值对既有管道进行修复时，修复后的既有管道不具有足够的结构强度以抵抗外部荷载。因此，为保障修复后既有管道的结构稳定性，则重新确定砂浆内衬壁厚假设值，以基于重新确定的砂浆内衬壁厚假设值重新确定应力状态参数。
46.通过上述实施例，采用等效附加荷载表征既有管道变形抵抗能力随管龄增加而持续退化这一客观事实，以砂浆内衬在附加荷载作用下的开裂破坏作为内衬壁厚设计依据，并以砂浆内衬-既有管道界面滑移失效作为内衬壁厚校核依据，进而保障修复后的既有管道能够有效抵抗外部荷载，降低既有管道被二次破坏的风险。
47.以下实施例将说明确定应力状态参数的具体过程。
48.在本发明实施例中，可以基于等效附加荷载，确定在等效附加荷载作用下，修复后既有管道的管顶截面内力，进而基于砂浆内衬壁厚假设值以及管顶截面内力，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后的应力状态参数。
49.其中，管顶截面内力可以包括管顶截面弯矩和管顶截面剪力，管顶截面弯矩可以通过下述公式进行确定：，其中，m表示管顶截面弯矩，表示等效附加荷载，d表示既有管道的管道外径。
50.管顶截面剪力可以通过下述公式进行确定：，其中，为管顶截面剪力，为等效附加荷载，d为既有管道的管道外径。
51.依据砂浆内衬壁厚假设值对修复后既有管道的应力状态参数包括：管顶内壁张拉应力、既有管道与砂浆内衬间的界面张拉应力以及既有管道与砂浆内衬间的界面剪切应力。其中，管顶内壁张拉应力用于表征修复后既有管道的截面应力状态，界面张拉应力和界面剪切应力用于表征既有管道与砂浆内衬间的界面应力状态。
52.其中，依据砂浆内衬壁厚假设值对既有管道进行修复后，管顶内壁张拉应力通过下述公式进行确定：，，，，，其中，为管顶内壁张拉应力，r为修复后既有管道等效中性轴的半径；y'为修复后既有管道等效中性轴与砂浆内衬内壁间的距离；为第一等效弹性模量；为砂浆内衬的弹性模量；为既有管道当前状态下的第一平均残余壁厚；为砂浆内衬壁厚假设值；为既有管道在单位长度内的截面面积；为单位长度砂浆内衬的截面面积。其中，既有管道的属性数据包括：修复后既有管道等效中性轴的半径、修复后既有管道等效中性轴与砂浆内衬内壁间的距离以及既有管道在单位长度内的截面面积。
53.依据砂浆内衬壁厚假设值对既有管道进行修复后，既有管道与砂浆内衬间的界面张拉应力通过下述公式进行确定：，，其中，为既有管道与砂浆内衬间的界面张拉应力，其余参数的相关含义同上，在此不再进行赘述。
54.依据砂浆内衬壁厚假设值对既有管道进行修复后，既有管道与砂浆内衬间的界面剪切应力通过下述公式进行确定：，，其中，为既有管道与砂浆内衬间的界面剪切应力，其余参数的相关含义同上，在此不再进行赘述。
55.在一实施场景中，修复后的既有管道截面示意图可以如图2所示。图2是根据一示
例性实施例提出的一种管道截面示意图。结合如图2，上述应力状态参数中所涉及的、r、和，采用如下公式进行确定：，，，，其中，b表示单位长度，其余参数表示内容与上文相同，在此不再进行赘述。
56.在一实施例中，比较结果为应力状态参数与标准强度参数相一致包括：管顶内壁张拉应力等于砂浆内衬的抗拉强度、既有管道与砂浆内衬间的界面张拉应力小于或者等于既有管道与砂浆内衬间的界面张拉强度，且既有管道与砂浆内衬间的界面剪切应力小于或者等于既有管道与砂浆内衬间的界面剪切强度。其中，抗拉强度为张拉应力对应的标准强度参数；界面张拉强度为界面张拉应力对应的标准强度参数；以及界面剪切强度为界面剪切应力对应的标准强度参数。
57.在一示例中，可以基于最大拉应力理论，确定抗拉强度。抗拉强度为：，其中，为综合安全系数，；为修复材料的抗拉强度。基于砂浆内衬-既有管道协调变形判断准则，分别确定界面张拉强度为，界面剪切强度为。其中，为既有管道与砂浆内衬间的界面张拉强度，为既有管道与砂浆内衬间的界面剪切强度。在一实施场景中，脆性修复材料主要为砂浆，因此，、和可以基于《水工混凝土试验规程》中的混凝土劈裂抗拉强度试验、混凝土黏结强度试验以及混凝土抗剪强度试验测定获取。
58.在一实施场景中，若、且，则确定比较结果为应力状态参数与标准强度参数相一致。
59.在另一实施例中，比较结果为应力状态参数与标准强度参数不一致包括：管顶内壁张拉应力不等于砂浆内衬的抗拉强度；界面张拉应力大于既有管道与砂浆内衬间的界面张拉强度；或界面剪切应力大于既有管道与砂浆内衬间的界面剪切强度。即，张拉应力、界面张拉应力或者界面剪切应力中存在至少一个与对应的标准强度参数不同，则确定应力状态参数与标准强度参数不一致。
60.图3是根据一示例性实施例提出的另一种砂浆内衬壁厚设计方法的流程图。如图3所示，砂浆内衬壁厚设计方法包括如下步骤。
61.在步骤s301中，对既有管道进行缺陷检测，以获取指定缺陷类型的缺陷数据。
62.在本发明实施例中，通过水力或机械等方式对既有管道的内壁进行预处理，进而依据缺陷类型，采用潜望镜检测（qv）、闭路电视检测（cctv）、声呐检测或三位激光扫描检测等手段对既有管道进行缺陷检测，识别缺陷类型并统计各缺陷的量化参数，以获取既有管道的缺陷数据。其中，指定缺陷类型可以包括腐蚀缺陷、还可以包括裂纹缺陷，也可以包括
腐蚀缺陷和裂纹缺陷。依据缺陷类型对既有管道进行针对性的缺陷检测，以便后续确定砂浆内衬目标壁厚值时能够进行针对性分析。在一示例中，若是同时获取腐蚀缺陷和裂纹缺陷的缺陷数据时，则在确定等效附加荷载时也分开进行确定。即，分别基于腐蚀缺陷的缺陷数据确定腐蚀缺陷对应的等效附加荷载，基于裂纹缺陷的缺陷数据确定裂纹缺陷对应的等效附加荷载。
63.在步骤s302中，基于既有管道的缺陷数据，确定既有管道当前状态下的第一等效弹性模量和达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量。
64.在步骤s303中，基于既有管道单位长度上的管顶线荷载和第二等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量。
65.在步骤s304中，依据第一等效弹性模量、第二等效弹性模量以及管顶线荷载，确定既有管道在当前状态下达到管顶竖向变形量时所需施加的等效附加荷载。
66.在步骤s305中，基于等效附加荷载以及砂浆内衬壁厚假设值，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后的应力状态参数。
67.在步骤s306中，比较应力状态参数和标准强度参数，依据比较结果判断是否以砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬目标壁厚值。
68.在一实施例中，若指定类型缺陷为腐蚀缺陷，则缺陷数据包括腐蚀缺陷数量、每一个腐蚀缺陷的缺陷面积以及每一个腐蚀缺陷的缺陷深度，进而第一等效弹性模量和第二等效弹性模量可以采用下述方式进行确定：基于既有管道的属性数据、腐蚀缺陷数量、每一个腐蚀缺陷的缺陷面积以及每一个腐蚀缺陷的缺陷深度，确定既有管道当前状态下的第一平均体积损失率。依据第一平均体积损失率，得到既有管道当前状态下的第一等效弹性模量。依据第一平均体积损失率、既有管道当前状态下的第一管龄以及既有管道达到修复后设计使用年限时的第二管龄，得到既有管道达到修复后设计使用年限时的第二平均体积损失率。依据第二平均体积损失率，得到既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量。
69.具体的，通过既有管道的缺陷数据，分别确定既有管道内的腐蚀缺陷数量n、每一个腐蚀缺陷的缺陷面积s以及每一个腐蚀缺陷的缺陷深度h。通过下述公式对各缺陷进行统计，确定第一平均体积损失率：，其中，d为既有管道的管道外径；为既有管道的初始壁厚；l为既有管道的检测管段长度；n为既有管道的检测管段内的腐蚀缺陷数量；为各腐蚀缺陷的缺陷面积；为各腐蚀缺陷的缺陷深度。
70.采用下述公式依据第一平均体积损失率，得到既有管道当前状态下的第一等效弹性模量：
，其中，为既有管道的管材的初始泊松比；为管材的初始剪切模量；为管材的初始体积模量。
71.依据第一平均体积损失率，既有管道当前状态下的第一管龄和既有管道达到修复后设计使用年限时的第二管龄，采用下述公式得到既有管道达到修复后设计使用年限时的第二平均体积损失率：，其中，为既有管道当前状态下的第一管龄，为既有管道达到修复后设计使用年限时的第二管龄。
72.依据第二平均体积损失率，采用下述公式得到既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量：，其中，各参数定义同上，在此不再进行赘述。
73.在另一实施例中，针对腐蚀缺陷，既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量采用下述方式进行确定：依据第一平均体积损失率和既有管道的初始壁厚，得到既有管道当前状态下的第一平均残余壁厚，其中，。
74.依据第一平均残余壁厚，采用下述公式确定既有管道当前状态下的第一等效截面惯性矩：，，其中，各参数定义同上，在此不再进行赘述。
75.依据第二平均体积损失率和既有管道的初始壁厚，得到既有管道当前状态下的第二平均残余壁厚。其中，。
76.依据第二平均残余壁厚，采用如下公式确定既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效截面惯性矩。
77.，。
78.依据第二等效弹性模量、第二等效截面惯性矩和管顶线荷载，采用下述公式确定既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量：。
79.在一实施场景中，针对腐蚀缺陷进行砂浆内衬壁厚设计的过程可以如图4所示。图4是根据一示例性实施例提出的又一种砂浆内衬壁厚设计方法的流程图。
80.在步骤s401中，对既有管道进行缺陷检测，识别既有管道的腐蚀缺陷，得到既有管道的缺陷数据。
81.在步骤s402中，基于既有管道的缺陷数据、当前状态下的第一管龄以及既有管道达到修复后设计使用年限时的第二管龄，分别确定既有管道当前状态下的第一剩余等效抗弯刚度，以及达到修复后设计使用年限时的第二剩余等效抗弯刚度。
82.在本发明实施例中，依据既有管道的缺陷数据，分别确定既有管道内腐蚀缺陷的腐蚀缺陷数量n、每一个腐蚀缺陷的缺陷面积s以及每一个腐蚀缺陷的缺陷深度h。进而通过下述公式对各缺陷进行统计，确定第一平均体积损失率以及第一平均残余壁厚：，，其中，d为既有管道的管道外径；为既有管道的初始壁厚；l为既有管道的检测管段长度；n为既有管道的检测管段内的腐蚀缺陷数量；为各腐蚀缺陷的缺陷面积；为各腐蚀缺陷的缺陷深度。
83.依据第一平均体积损失率，既有管道当前状态下的第一管龄和既有管道达到修复后设计使用年限时的第二管龄，采用下述公式得到既有管道达到修复后设计使用年限时的第二平均体积损失率以及第二平均残余壁厚：，，其中，为既有管道当前状态下的第一管龄，为既有管道达到修复后设计使用年限时的第二管龄。
84.采用下述公式分别计算既有管道当前状态下的第一等效弹性模量和达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量：，
其中，为既有管道的管材的初始泊松比；为管材的初始剪切模量；为管材的初始体积模量；对应既有管道的当前状态下状态，对应既有管道达到修复后设计使用年限时的状态。
85.采用下述公式分别计算既有管道当前状态下的第一等效截面惯性矩和达到修复后设计使用年限时的第二等效截面惯性矩：，。
86.既有管道当前状态下的第一剩余等效抗弯刚度为，既有管道达到修复后设计使用年限时的第二剩余等效抗弯刚度为。
87.在步骤s403中，基于既有管道单位长度上的管顶线荷载和第二剩余等效抗弯刚度，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的既有管道的管顶竖向变形量。
88.在本发明实施例中，采用下述公式确定既有管道达到修复后设计使用年限时的既有管道的管顶竖向变形量：，其中，为管顶线荷载。
89.在步骤s404中，依据第一剩余等效抗弯刚度、第二剩余等效抗弯刚度以及管顶线荷载，确定既有管道达到管顶竖向变形量所需施加的等效附加荷载。
90.在本发明实施例中，采用下述公式确定既有管道达到管顶竖向变形量所需施加的等效附加荷载：。
91.在步骤s405中，基于等效附加荷载以及砂浆内衬壁厚假设值，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复的应力状态参数。
92.在本发明实施例中，可以通过等效附加荷载，能够确定既有管道修复后的管顶截面内力，进而基于砂浆内衬壁厚假设值和管顶截面内力，可以确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复的应力状态参数。
93.其中，管顶截面内力可以包括管顶截面弯矩和管顶截面剪力，弯矩可以通过下述公式进行确定：，
管顶截面剪力可以通过下述公式进行确定：，其中，表示等效附加荷载，d表示既有管道的管道外径。
94.既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后的应力状态参数包括：管顶内壁张拉应力、既有管道与砂浆内衬间的界面张拉应力以及既有管道与砂浆内衬间的界面剪切应力。
95.其中，管顶内壁张拉应力、既有管道与砂浆内衬间的界面张拉应力以及既有管道与砂浆内衬间的界面剪切应力分别通过下述公式进行确定：，，，，，，，，，其中，r为既有管道修复后等效中性轴的半径；y'为既有管道修复后等效中性轴与砂浆内衬内壁的距离；为第一等效弹性模量；为砂浆内衬的弹性模量；为既有管道当前状态下的第一平均残余壁厚；为既有管道在单位长度内的截面面积；为单位长度砂浆内衬的截面面积。
96.在一例中，上述公式中的、r、和，可以采用如下公式进行确定：
，，，，其中，b表示单位长度。
97.在步骤s406中，比较应力状态参数和标准强度参数，依据比较结果判断是否以砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬目标壁厚值。
98.在本发明实施例中，抗拉强度为张拉应力对应的标准强度参数；界面张拉强度为界面张拉应力对应的标准强度参数；以及界面剪切强度为界面剪切应力对应的标准强度参数。其中，为综合安全系数，，为既有管道与砂浆内衬间的界面张拉强度，为既有管道与砂浆内衬间的界面剪切强度。抗拉强度可以基于最大拉应力理论进行确定，界面张拉强度和界面剪切强度可以基于砂浆内衬-既有管道协调变形判断准则进行确定，若、且，则确定比较结果为应力状态参数与标准强度参数相一致，进而将砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬目标壁厚值。
99.若张拉应力、界面张拉应力或者界面剪切应力中存在至少一个与对应的标准强度参数不同，则确定应力状态参数与标准强度参数不一致，进而重新确定砂浆内衬壁厚假设值，以基于重新确定的砂浆内衬壁厚假设值重新确定应力状态参数。
100.在一实施例中，若指定缺陷类型为裂纹缺陷，则缺陷数据包括裂纹长度、裂纹深度以及开裂角度，进而第一等效弹性模量和第二等效弹性模量可以采用下述方式进行确定：基于裂纹长度、裂纹深度以及开裂角度，能够确定既有管道内裂纹缺陷的轴向裂纹因子以及环向裂纹因子。基于轴向裂纹因子、环向裂纹因子和既有管道的初始劈裂抗拉强度数据，可以确定既有管道的当前状态下劈裂抗拉强度数据。依据当前状态下劈裂抗拉强度数据，确定既有管道当前状态下的第一等效弹性模量。基于既有管道的第一管龄、第二管龄以及第一等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量。其中，，，，,
，，，为轴向裂纹长度；为环向裂纹的开裂角度；为轴线裂纹缺陷的深度；为环向裂纹缺陷的深度。
101.在一实施场景中，针对裂纹缺陷进行砂浆内衬壁厚设计的过程可以如图5所示。图5是根据一示例性实施例提出的又一种砂浆内衬壁厚设计方法的流程图。
102.在步骤s501中，对既有管道进行缺陷检测，识别既有管道的裂纹缺陷，得到既有管道的缺陷数据。
103.在步骤s502中，基于既有管道的缺陷数据、当前状态下的第一管龄以及既有管道达到修复后设计使用年限时的第二管龄，分别确定既有管道当前状态下的第一等效弹性模量和达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量。
104.在本发明实施例中，依据缺陷数据，分别确定既有管道的裂纹长度、裂纹深度以及开裂角度，进而确定纹缺陷的轴向裂纹因子以及环向裂纹因子。基于轴向裂纹因子、环向裂纹因子和既有管道的初始劈裂抗拉强度数据，确定既有管道的当前状态下劈裂抗拉强度数据。依据当前状态下劈裂抗拉强度数据，确定既有管道当前状态下的第一等效弹性模量。基于既有管道的第一管龄、第二管龄以及第一等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量。其中，，，，,，，，为轴向裂纹长度；为环向裂纹的开裂角度；为轴线裂纹缺陷的深度；为环向裂纹缺陷的深度。
105.在步骤s503中，基于既有管道单位长度上的管顶线荷载和第二等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量。
106.在本发明实施例中，采用下述公式确定既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量：
，，。
107.其中，为既有管道的初始截面惯性矩。
108.在一示例中，针对裂纹缺陷进行砂浆喷涂修复时，默认既有管道的截面惯性矩不随时间而变化。
109.在步骤s504中，依据第一等效弹性模量、第二等效弹性模量以及管顶线荷载，确定既有管道达到管顶竖向变形量所需施加的等效附加荷载。
110.在本发明实施例中，采用如下公式确定等效附加荷载：，其中，为等效附加荷载，为第一等效弹性模量，为第一等效截面惯性矩，为第二等效弹性模量，为第二等效截面惯性矩，为管顶线荷载。
111.在步骤s505中，基于等效附加荷载以及砂浆内衬壁厚假设值，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后的应力状态参数。该步骤的具体实施方式与步骤s405相同，在此不在进行赘述。
112.在步骤s506中，比较应力状态参数和标准强度参数，依据比较结果判断是否以砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬目标壁厚值。该步骤的具体实施方式与步骤s406相同，在此不在进行赘述。
113.基于相同发明构思，本发明还提供一种管道修复方法。
114.图6是根据一示例性实施例提出的一种管道修复方法的流程图。如图6所示，管道修复方法包括如下步骤s601至步骤s602。
115.在步骤s601中，获取对既有管道进行砂浆喷涂修复时的砂浆内衬目标壁厚值。
116.在本发明实施例中，砂浆内衬目标壁厚值采用本发明提供的任意一种砂浆内衬壁厚设计方法进行确定。
117.在步骤s602中，依据砂浆内衬目标壁厚值对既有管道的内衬进行砂浆喷涂修复。
118.通过上述实施例，依据砂浆内衬目标壁厚值对既有管道进行砂浆喷涂修复，使得到的砂浆内衬目标壁厚值更符合工程实际情况，能够在确保修复后的管道结构强度满足要求的前提下，有效减少内衬壁厚，进而降低工程材料成本。
119.基于相同发明构思，本发明还提供一种砂浆内衬壁厚设计装置。
120.图7是根据一示例性实施例提出的一种砂浆内衬壁厚设计装置的结构框图。如图7所示，砂浆内衬壁厚设计装置包括第一确定单元701、第二确定单元702、第三确定单元703、第四确定单元704和判断单元705。
121.第一确定单元701，用于基于既有管道的缺陷数据，确定既有管道当前状态下的第一等效弹性模量和达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量；第二确定单元702，用于基于既有管道单位长度上的管顶线荷载和第二等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量；
第三确定单元703，用于依据第一等效弹性模量、第二等效弹性模量以及管顶线荷载，确定既有管道在当前状态下达到管顶竖向变形量时所需施加的等效附加荷载；第四确定单元704，用于基于等效附加荷载以及砂浆内衬壁厚假设值，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后的应力状态参数；判断单元705，用于比较应力状态参数和标准强度参数，依据比较结果判断是否以砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬目标壁厚值。
122.在一实施例中，判断单元705包括：第一判断单元，用于如果比较结果为应力状态参数与标准强度参数相一致，则确定以砂浆内衬壁厚假设值作为砂浆内衬目标壁厚值。第二判断单元，用于如果比较结果为应力状态参数与标准强度参数不一致，则重新确定砂浆内衬壁厚假设值，以基于重新确定的砂浆内衬壁厚假设值重新确定应力状态参数。
123.在另一实施例中，第四确定单元704包括：管顶截面内力确定单元，用于基于等效附加荷载，确定在等效附加荷载作用下，既有管道修复后的管顶截面内力。应力状态参数确定单元，用于基于砂浆内衬壁厚假设值和管顶截面内力，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后的应力状态参数。
124.在又一实施例中，管顶截面内力包括管顶截面弯矩和管顶截面剪力。应力状态参数确定单元包括：第一应力状态参数确定子单元，用于基于砂浆内衬壁厚假设值、管顶截面弯矩和既有管道的属性数据，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后砂浆内衬的管顶内壁张拉应力。第二应力状态参数确定子单元，用于基于砂浆内衬壁厚假设值、管顶截面弯矩和既有管道的属性数据，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后既有管道与砂浆内衬间的界面张拉应力。第三应力状态参数确定子单元，用于基于砂浆内衬壁厚假设值、管顶截面剪力和既有管道的属性数据，确定既有管道依据砂浆内衬壁厚假设值修复后既有管道与砂浆内衬间的界面剪切应力。其中，管顶内壁张拉应力、界面张拉应力和界面剪切应力均属于应力状态参数。
125.在又一实施例中，应力状态参数与标准强度参数相一致包括：管顶内壁张拉应力等于砂浆内衬的抗拉强度、既有管道与砂浆内衬间的界面张拉应力小于或者等于既有管道与砂浆内衬间的界面张拉强度，且既有管道与砂浆内衬间的界面剪切应力小于或者等于既有管道与砂浆内衬间的界面剪切强度。其中，抗拉强度为张拉应力对应的标准强度参数；界面张拉强度为界面张拉应力对应的标准强度参数；以及界面剪切强度为界面剪切应力对应的标准强度参数。
126.在又一实施例中，应力状态参数与标准强度参数不一致包括：管顶内壁张拉应力不等于砂浆内衬的抗拉强度。界面张拉应力大于既有管道与砂浆内衬间的界面张拉强度。或界面剪切应力大于既有管道与砂浆内衬间的界面剪切强度。
127.在又一实施例中，装置还包括：检测单元，用于对既有管道进行缺陷检测，以获取指定缺陷类型的缺陷数据。其中，缺陷类型包括腐蚀缺陷和/或裂纹缺陷。
128.在又一实施例中，若指定类型缺陷为腐蚀缺陷，则缺陷数据包括腐蚀缺陷数量、每一个腐蚀缺陷的缺陷面积以及每一个腐蚀缺陷的缺陷深度；第一确定单元701包括：第一损失率确定单元，用于基于既有管道的属性数据、腐蚀缺陷数量、每一个腐蚀缺陷的缺陷面积以及每一个腐蚀缺陷的缺陷深度，确定既有管道当前状态下的第一平均体积损失率。第一弹性模量确定单元，用于依据第一平均体积损失率，得到既有管道当前状态下的第一等效
弹性模量。第二损失率确定单元，用于依据第一平均体积损失率、既有管道当前状态下的第一管龄和既有管道达到修复后设计使用年限时的第二管龄，得到既有管道达到修复后设计使用年限时的第二平均体积损失率。第二弹性模量确定单元，用于依据第二平均体积损失率，得到既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量。
129.在又一实施例中，第二确定单元702包括：第一残余壁厚确定单元，用于根据第一平均体积损失率和既有管道的初始壁厚，得到既有管道当前状态下的第一平均残余壁厚。第一截面惯性矩确定单元，用于依据第一平均残余壁厚，确定既有管道当前状态下的第一等效截面惯性矩。第二残余壁厚确定单元，用于依据第二平均体积损失率和既有管道的初始壁厚，得到既有管道当前状态下的第二平均残余壁厚。第二截面惯性矩确定单元，用于依据第二平均残余壁厚，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效截面惯性矩。第二确定子单元，用于依据第二等效弹性模量、第二等效截面惯性矩和管顶线荷载，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的管顶竖向变形量。
130.在又一实施例中，若指定缺陷类型为裂纹缺陷，则缺陷数据包括裂纹长度、裂纹深度以及开裂角度。第一确定单元701包括：劈裂抗拉强度数据确定单元，用于基于裂纹长度、裂纹深度、开裂角度以及既有管道的初始劈裂抗拉强度数据，确定既有管道当前状态下的劈裂抗拉强度。第三弹性模量确定单元，用于依据既有管道当前状态下劈裂抗拉强度数据，确定既有管道当前状态下的第一等效弹性模量。第四弹性模量确定单元，用于基于既有管道的第一管龄、第二管龄以及第一等效弹性模量，确定既有管道达到修复后设计使用年限时的第二等效弹性模量。
131.上述砂浆内衬壁厚设计装置的具体限定以及有益效果可以参见上文中对于砂浆内衬壁厚设计方法的限定，在此不再赘述。上述各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
132.图8是根据一示例性实施例提出的一种管道修复装置的结构框图。如图8所示，管道修复装置包括获取单元801和修复单元802。
133.获取单元801，用于获取对既有管道进行砂浆喷涂修复时的砂浆内衬目标壁厚值，其中，砂浆内衬目标壁厚值采用本发明提供的任意一种砂浆内衬壁厚设计方法进行确定；修复单元802，用于依据砂浆内衬目标壁厚值对既有管道的内衬进行砂浆喷涂修复。
134.上述管道修复装置的具体限定以及有益效果可以参见上文中对于管道修复方法的限定，在此不再赘述。上述各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
135.图9是根据一示例性实施例提出的一种计算机设备的硬件结构示意图。如图9所示，该设备包括一个或多个处理器910以及存储器920，存储器920包括持久内存、易失内存和硬盘，图9中以一个处理器910为例。该设备还可以包括：输入装置930和输出装置940。
136.处理器910、存储器920、输入装置930和输出装置940可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。
137.处理器910可以为中央处理器（central processing unit，cpu）。处理器910还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（digital signal processor，dsp）、专用集成电路（application specific integrated circuit，asic）、现场可编程门阵列（field-programmable gate array，fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
138.存储器920作为一种非暂态计算机可读存储介质，包括持久内存、易失内存和硬盘，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本技术实施例中的业务管理方法对应的程序指令/模块。处理器910通过运行存储在存储器920中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述任意一种砂浆内衬壁厚设计方法或者管道修复方法。
139.存储器920可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储依据、需要使用的数据等。此外，存储器920可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器920可选包括相对于处理器910远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至数据处理装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
140.输入装置930可接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置940可包括显示屏等显示设备。
141.一个或者多个模块存储在存储器920中，当被一个或者多个处理器910执行时，执行如图1-图6所示的方法。
142.上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，具体可参见如图1-图6所示的实施例中的相关描述。
143.本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的认证方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（read-only memory，rom）、随机存储记忆体（random access memory，ram）、快闪存储器（flash memory）、硬盘（hard disk drive，缩写：hdd）或固态硬盘（solid-state drive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
144.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。