專利名稱：一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及埋地管道施工的一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，屬于管道穿越施工技術領域。
目前埋地管道穿越施工技術領域的裝置較多，技術較為先進的如頂管拙進機，RB-5型大型、RB-3型中型定向鉆等。
頂管拙進機，大部分設備從日本引進的，穿越施工大部分是管中可以進人操作的較大管徑。拙進機靠液壓油缸向前頂進。鉆下來的巖土加水在機械頭中粉碎，用泵在穿越管道中設管道排出到地面。穿越管道與土壤之間注入泥漿潤滑，施工工期長、施工費用高。
微型頂管，距離在100M-200M之內，存在著工期長、費用高、距離短的問題。RB-5型大型和RB-3型中型定向鉆大部分是從美國引進的設備。它是用泥漿馬達作為鉆削動力。方向靠一根彎成1.5°固定彎的鉆桿在鉆頭后面來實現導向控制的。施工時先一根根接鉆桿鉆導向孔過河到對岸，在對岸接上括孔器，括孔時鉆機回拖鉆桿一根卸下來，從對岸在括孔器上一根根接鉆桿引過來。每次括孔4-6英寸。管徑較大時反復括幾次孔，括最后一次孔時確認無塌孔時才能回拖穿越管道過河，如在回拖中途出現塌孔，回拖不動造成卡鉆，只有將鉆桿和管道一起損失在河床土層中，風險較大，不能穿越含有部分河卵石和粗砂地層。因為括孔時泥漿沒有回反流速，括下來的河卵石和粗砂散落在孔中回拖管道時堆積造成卡鉆。“RB-5大型定向鉆，安最大鉆進長度可達1KM，埋沒管道最大的直徑可達φ1M。該設備非常寵大，自重達170T，轉移一耗資百萬元以上，占地面積大，因此它的應用范圍受到以上幾項指標的限制”。摘自《余彬泉、陳傳燦編著人民交通出版社發行的頂管施工技術》。
本發明的目的在于提供一種直接用全部貫通的穿越管道前端連接上一套鉆機自動導向跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河及地面障礙物的機械裝置，用來解決其它裝置穿越管道工期長、費用高、穿越距離短及定向鉆不能穿越含有河卵石、粗砂等地層的一系列問題。
本發明是這樣實現的由鉆進系統、導向系統、推進系統、夾緊系統、控制系統組成，在裝置上鉆進系統、導向系統、推進系統、夾緊系統、控制系統逐序連接。
本發明還采用如下技術方案鉆進系統和導向系統包括有擴孔鉸刀1、鉸刀支板2、泥漿噴嘴3、管外殼4、空心軸5、軸承6、密封板7、密封支板8、進泥漿倉9、進泥漿孔10、軸萬向節13、傳動軸14、油管16、萬向節17、螺栓窩18、導向節20、輸出軸萬向節21、軸支板19，在軸萬向節13與輸出軸萬向節21之間有傳動軸14，在鉸刀支板2上有擴孔鉸刀，軸5的端部有泥漿噴嘴3，管外殼4上有密封板7、密封支板8，軸5上有進泥漿孔10，進泥漿孔10與進泥漿倉9連通，萬向節17與油缸15連接，油缸15上有油管16，管外殼4上有螺栓窩18。
油缸15安裝在導向節20中且呈等行程十字排列。
軸5為空心。
推進系統包括密封板11、起落架22、減速機23、油浸式電機24、油管25、密封線座27、扶正板28、油缸29、全密封液壓站30，管外殼4上裝有起落架22，扶正板28與起落架22連接，管外殼4內有減速機23、油浸式電機24、油管25、密封線座27、油缸29、全密封液壓站30。
穿越管道39上有無磁管段33，無磁管段33內有無磁泥漿泵35，并裝有三維測斜儀34。
夾緊系統包括屏蔽電纜36、樁板40、斜支撐41、整體框架42、滾輪43、管夾44、膠墊45、螺栓46、抱箍47、液壓油缸48、支板49、小滾輪50、滑道51、減速機52、齒輪53、齒條54、油缸55、減速機56、齒輪58、軸59、耳板60、螺栓61、板式臺車62，在穿越管道39上有板式臺車62、管夾44，支板49通過螺栓46與管夾44連接，支架49上有抱箍47，抱箍47上有耳板60，耳板60上有軸59，抱箍47上有滑道51、油缸55，滑道51內有小滾輪50，支板49與液壓油缸48連接，減速機52上有齒輪53，齒輪53與齒條54嚙合，齒條54與減速機56上的齒輪58嚙合。
穿越管道39與管夾44之間有膠墊45。
整體框架42上有樁板40，樁板40與斜支撐41連接，樁板40上有滾輪43，滾輪43上有屏蔽電纜36。
本發明的優點在于直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，改變了用鉆桿鉆孔，反復括孔在回拖穿越管道的繁瑣傳統工藝，做到了自動導向跟蹤設計曲線鉆孔穿越管道一次完成。控向方法是這樣實現的用無磁管段中安裝的三維測斜儀監測到穿越管道運行的垂深角度、方向角度，自動轉角等信號數據，經屏壁電纜傳輸到電腦，電腦按輸入的設計曲線和原編制輸入的十三個方位的導向程序，指令安裝在管道中的全密封液壓站，經油管趨動裝在導向節中的四臺雙向式等行程十字排列油缸來實現導向跟蹤設計曲線運行的方法，形成一套完整的測控向系統。
本發明其特征在于穿越管道的推進法的改變和創新，在管道推進系統中，研究設計出來了，不損傷防腐層的液壓管道夾緊器主要由兩只同步液壓油缸、斜圓筒型抱箍、斜鐵支板、離合式半圓管夾、夾線膠墊、固定螺栓、小滾輪、滑道等組成。實現了隨意夾緊穿越管道的任何位置，進行推進的方法。
在實現直接推進穿越管道方法中，選用了同步組合二級立式行星擺線針減速機，采用每兩臺同步組合的方法，用齒輪沿齒條推進。在與RB型美國定向鉆采用液壓馬達，牽引力相等時其輸入功率低6倍。
配合液壓齒輪離合器，使推進減速機齒輪與齒條分離，用速退減速機使推進減速機整體退回原位，再從新夾緊穿穿越管道繼續推進的方法，保證了穿越管道正常鉆進尺速度。
液壓糾偏部分穿越管道在運行時出現旋轉偏差，起動液壓油缸隨時糾正。
可伸縮括孔扶正板，在向前鉆進中如遇有樁基礎等障礙物，用推進減速機反轉回拖穿越管道時，為減少阻力，趨動可伸縮括孔扶正板經起落架縮回貼緊穿越管道。
本發明其特征在于鉆進系統的結構，將鉆機動力的減速機和油浸式電機安裝在導向節后邊，用輸出軸萬向節和傳動軸連軸萬向節傳送鉆機動力，帶動鉆機空心軸和兩片鉆括孔鉸刀鉆削巖土。
實現本發明主要有泥漿系統、鉆進系統、管道推進系統、測控向系統、穿越管道發送系統、總控制系統。
下面將已有的RB-5大型和RB-3中型定向鉆與本發明的幾項指標進行一下比較一、引進一臺RB-5大型定向鉆需人民幣叁仟萬元。而組裝一套本發明的同樣功率的機械裝置需人民幣貳佰叁拾萬元。投資費用對比比例為1/13。
二、RB-5型定向鉆用液壓馬達牽引力為400T，所需功率為430KW，而本發明的機械裝置用二級減速機牽引力為400T，所需功率為70KW，輸入功率對比比例為6∶1。
三、RB-5型定向鉆搬遷一次費用高達百萬元以上。而本發明的機械裝置用RB-5型定向鉆的搬遷費即可完成一條管徑φ401mm，距離1km的管道穿越施工。
四、引進一臺RB-3型中型定向鉆需人民幣壹仟伍百萬元。而組裝一套本發明的同樣功率機械裝置需人民幣壹佰陸拾萬元。投資比例為9∶1。
五、RB-3型定向鉆用液壓馬達牽引力為150T，所需功率為230KW。而本發明的機械裝置用二級減速機牽引牽引力為150T，所需功率為35KW，輸入功率對比比例為6∶1。
六、RB-5型定向鉆RB-3型定向鉆穿越φ529管徑，距離1KM，需7-8晝夜連續鉆括孔作業才能完成。而本發明穿越φ529管徑，距離1KM，可在24小時內完成施工，對比比例為7∶1。
七、施工費用與中型定向定相比較可節省1/5。
經過已上七項指標，本發明與目前應處在世界先進地位的RB-5大型和RB-3中型定向鉆相比較，由于本發明改變了用鉆桿鉆孔，反復括孔在回拖穿越管道的繁瑣傳統工藝，進行直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置的創新和推進穿越管道方法等創新從實用價值和經濟效益等方面均占有很明顯的優勢和有益效果。


圖1、本發明的結構示意圖。
圖2、鉆機和導向結構剖視圖。
圖3、鉆機動力可伸縮鉆括孔扶正板動力油缸全密封液壓站等結構剖視圖。
圖4、無磁管段三維測斜儀與穿越管道對接剖視圖。
圖5、推進系統機具結構剖面圖。
結合附圖進一步說明主要由擴孔鉸刀1、鉸刀支板2、泥漿噴嘴3、管外殼4、空心軸5、軸承6、密封板7、密封支板8、進泥漿倉9、進泥漿孔10、密封板11、軸萬向節13、傳動軸14、油缸15、油管16、萬向節17、螺栓窩18、軸支板19、導向節20、輸出軸萬向節21、起落架22、減速機23、油浸式電機24、油管25、扶正板28、油缸29、全密封液壓站30無磁管段33、無磁泥漿管35、屏蔽電纜36、雙輪滾動支架38、穿越管道39、樁板40、斜支撐41、整體框架42、滾輪43、管夾44、膠墊45、螺栓46、抱箍47、液壓油缸48、支板49、小滾輪50、滑道51、減速機52、齒輪53、齒條54、油缸55、減速機56、齒輪58、軸59、耳板60、螺栓61、板式臺車62、環形孔63、、地面64、泥漿泵65、泥漿箱66、泥漿泵67、泥漿管68等組成。
一、按穿越設計標準，制定施工方案根據穿越設計曲線，結合場地的具體狀況，為作好施工前的各項準備工作、人員安排、機具布置與檢修，跟蹤設計曲線的方法，轉角等各種技術參數輸入進電腦等作出一個完整的施工方案。
二、各種施工機具、鉆機和穿越管道的組裝及聯合調試。
各種機具的檢修布置，穿越管道的防腐、焊接、質檢、試壓、通球合格后，將泥漿管供電、控向、屏壁信號等電纜36捆扎在一起用雙輪滾動支架38，穿入穿越管道39管內。穿越管道39經滾輪43穿過管道推進系統中的不損傷防腐層的液壓管道夾緊器，接好無磁泥漿管35，再與無磁管段33對接，經檢測孔37接通各種電纜36，接通各種管路進行聯合調試，確認無問題后起動泥漿系統。
三、泥漿系統首先起動設在穿越管道39中部的發電機75，配泥漿泵65，將配好的泥漿輸送到泥漿箱66，起動泥漿泵67，吸入泥漿箱66中的泥漿，輸送到高壓泥漿管68，接通泥漿管36、無磁泥漿管35、供泥漿管26，進泥漿膠管12，輸送到進泥漿倉9，由密封支板8密封。經進泥漿孔10，進入鉆機空心軸5，從泥漿噴嘴3噴出，幫助鉆括孔鉸刀1冷卻、潤滑、沖涮巖土，起到固孔防塌，潤滑穿越管道39，減少摩擦阻力，把鉆括孔鉸刀1切削下來的巖土地經穿越管道39、環型孔間63、帶到地面64等作用，防止泥漿進入鉆機軸承6，設密封板7密封。
四、鉆進系統泥漿系統正常，經發電機75送電到鉆進系統控制76，經供電電纜36、密封線座27、密封板11，起動油浸式電機24，轉動對輪32，帶動減速機23、輸出軸萬向節21、傳動軸14、連軸萬向節13、鉆機空心軸5、軸承6，靠管外殼4、鉸刀支板2的支持，在油缸15趨動導向節20，導向時正常轉動鉆括孔鉸刀1旋轉切削巖土。
五、管道推進系統推進系統主要由(一)不損傷防腐層的液壓管道夾緊器。(二)直接推進穿越管道的同步組合二級立式行星擺線針減速機。(三)液壓齒輪離合器。(四)速退減速機。(五)管道旋轉液壓糾偏。(六)可伸縮鉆括孔扶正板等6個部分組分。
鉆進系統運轉正常，發電機75送電到推進系統控制77，整體框架42、地錨樁板40、斜支撐41按設計角度安裝埋設牢固，起動主要由兩只同步液壓油缸48推斜鐵支板49，離合式半圓管夾44，夾線膠墊45，固定螺栓46，經小滾輪50沿滑道51下行，推進斜圓筒型抱箍47。(一)不損傷防防腐層的液壓管道夾緊器，夾緊穿越管道39，使夾線膠墊45與管外圓夾緊均布受力產生摩擦力。
起動(二)同步組合二級立式行星擺線針減速機52，轉動齒輪53，用螺栓61，固定，帶動板式臺車62，牽引耳板60、軸59，沿齒條54經滾輪43、滾輪73直接推動穿越管道39向前鉆進。推到齒條端點停下來。重新起動兩只同步液壓油缸48，牽引斜鐵支板49、離合式半圓管夾44、夾線膠墊45，固定螺栓46經小滾輪50沿滑道51上行，使夾線膠墊45脫離開穿越管道39。
起動(三)液壓齒輪離合器中的用離合器油缸55裝成的牽引齒輪53脫離開齒條54。
起動(四)速退減速機56轉動齒輪58沿齒條54帶動裝在板式臺車62上的減速機52，(一)不損傷防腐層的液壓管道夾緊器整體快速退回原位。重新夾緊穿越管道39沿滾輪73繼續向前推進的方法，保證了穿越管道39正常鉆進的速度。
(五)管道旋轉液壓糾偏，穿越管道在運行時出現旋轉偏差，起動液壓油缸57，隨時糾正穿越管道39的旋轉偏差。
(六)可伸縮鉆括孔扶正板28在向前鉆進中如遇有樁基礎等障礙物，用(一)不損傷防腐層的液壓管道夾緊器，夾緊穿越管道39，推進時齒輪53沿齒條54反轉，回拖穿越管道39時，為減少阻力，趨動油缸29，經起落架22，縮回可伸縮鉆括孔扶正板28，貼緊穿越管道39。
六、測控向系統江河及地面障礙物穿越管道施工前，由設計單位根據穿越距離，埋深、管道曲率半徑等各種參數。出圖制定出一條穿越設計曲線。本發明其技術特征在于直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置。測控向方法是這樣實現的。在鉆機后，穿越管道39前設一節無磁管段33，管中安裝有無磁泥漿管35，三維測斜儀34用來監測穿越管道39運行時的垂深角度、方向度及管道自動轉角等信號數據，經屏壁電纜36傳輸到電腦71，電腦71按輸入的設計曲線中穿越管道運行到每段長度距離時的設計轉角，方向角等參數和原編制輸入的十三個導向方位程序69。十三個方位的導向程序是這樣編制和實現的導向時，向上導向可以上左或上右，向下導向可以下左或下右，向左導向可以左下或左上，向右導向可以右下或右上。加一個中直方位共十三個。指令設有泥漿管通過冷卻設施的全密封液壓站30，經油管25、油管16，趨動裝在導向節20中的四臺雙向式等行程十字排列油缸15，靠軸萬向節17、軸支板19、管外殼4、外殼對接螺栓窩18、導向節20的支持來完成十三個導向方位的任何一個方位的導向任務，來實現直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河及地面障礙物的方法。為避免全密封液壓站30長時間運轉出故障，可進行間歇性運轉，用人工在總控制室外72內，監視三維測斜儀34的三維顯示屏幕70，進行手動調整控向。形成一套完整的測控向系統。
七、穿越管道的發送運行穿越管道的發送運行根據場地的條件制定、場地如充許挖蓄水溝74采用水溝漂管發送，經濟實用。如場地不充許挖蓄水溝74、采用滾輪發送管道。
八、總控制系統總控制室72、鉆進系統控制76、管道推進系統控制77、各種泵控制78、等組成。
權利要求
1.一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，其特征在于由鉆進系統、導向系統、推進系統、夾緊系統、控制系統組成，在裝置上鉆進系統、導向系統、推進系統、夾緊系統、控制系統逐序連接。
2.根據權利要求1所述的一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，其特征在于鉆進系統和導向系統包括有擴孔鉸刀(1)、鉸刀支板(2)、泥漿噴嘴(3)、管外殼(4)、空心軸(5)、軸承(6)、密封板(7)、密封支板(8)、進泥漿倉(9)、進泥漿孔(10)、軸萬向節(13)、傳動軸(14)、油管(16)、萬向節(17)、螺栓窩(18)、導向節(20)、輸出軸萬向節(21)、軸支板(19)，在軸萬向節(13)與輸出軸萬向節(21)之間有傳動軸(14)，在鉸刀支板(2)上有擴孔鉸刀(1)，軸(5)的端部有泥漿噴嘴(3)，管外殼(4)上有密封板(7)、密封支板(8)，軸(5)上有進泥漿孔(10)，進泥漿孔(10)與進泥漿倉(9)連通，萬向節(17)與油缸(15)連接，油缸(15)上有油管(16)，管外殼(4)上有螺栓窩(18)。
3根據權利要求2所述的一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，其特征在于油缸(15)安裝在導向節(20)中且呈等行程十字排列。
4.根據權利要求2所述的一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，其特征在于擴孔鉸刀(1)可以是一個以上。
5.根據權利要求1所述的一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，其特征在于推進系統包括密封板(11)、起落架(22)、減速機(23)、油浸式電機(24)、油管(25)、密封線座(27)、扶正板(28)、油缸(29)、全密封液壓站(30)，管外殼(4)上裝有起落架(22)，扶正板(28)與起落架(22)連接，管外殼(4)內有減速機(23)、油浸式電機(24)、油管(25)、密封線座(27)、油缸(29)、全密封液壓站(30)。
6.根據權利要求1所述的一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，其特征在于穿越管道(39)上有無磁管段(33)，無磁管段(33)內有無磁泥漿泵(35)，并裝有三維測斜儀(34)。
7.根據權利要求1所述的一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，其特征在于夾緊系統包括屏蔽電纜(36)、樁板(40)、斜支撐(41)、整體框架(42)、滾輪(43)、管夾(44)、膠墊(45)、螺栓(46)、抱箍(47)、液壓油缸(48)、支板(49)、小滾輪(50)、滑道(51)、減速機(52)、齒輪(53)、齒條(54)、油缸(55)、減速機(56)、齒輪(58)、軸(59)、耳板(60)、螺栓(61)、板式臺車(62)，在穿越管道(39)上有板式臺車(62)、管夾(44)，支板(49)通過螺栓(46)與管夾(44)連接，支架(49)上有抱箍(47)，抱箍(47)上有耳板(60)，耳板(60)上有軸(59)，抱箍(47)上有滑道(51)、油缸(55)，滑道(51)內有小滾輪(50)，支板(49)與液壓油缸(48)連接，減速機(52)上有齒輪(53)，齒輪(53)與齒條(54)嚙合，齒條(54)與減速機(56)上的齒輪(58)嚙合。
8.根據權利要求7所述的一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，其特征在于穿越管道(39)與管夾(44)之間有膠墊(45)。
9.根據權利要求7所述的一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置，其特征在于整體框架(42)上有樁板(40)，樁板(40)與斜支撐(41)連接，樁板(40)上有滾輪(43)，滾輪(43)上有屏蔽電纜(36)。
全文摘要
一種直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置,由鉆進系統、導向系統、推進系統、夾緊系統、控制系統組成,在裝置上鉆進系統、導向系統、推進系統、夾緊系統、控制系統逐序連接,:直接用貫通管道跟蹤設計曲線鉆孔穿越江河的裝置,改變了用鉆桿鉆孔,反復括孔在回拖穿越管道的繁瑣傳統工藝,做到了自動導向跟蹤設計曲線鉆孔穿越管道一次完成。
文檔編號F16L1/028GK1329222SQ01123979
公開日2002年1月2日 申請日期2001年8月10日 優先權日2001年8月10日
發明者馮樹剛, 馮巖 申請人:馮樹剛, 馮巖