专利名称：地下造管机的制作方法
技术领域：
一种用于地下管道施工的开孔造管机械。
在现有国内外各种管道施工中，均采用先开沟槽后埋管(钢管、铸铁管或水泥管等)的施工方法。不仅耗费大量的工时和材料，且成本高、周期长，还破坏了地面或路面，影响了地面上的道路交通和环境。在寒冷的地带(如我国北方)，由于冬季冻土层较深，这种施工方法还受到季节的限制，影响了管道施工工程的进度。
本发明的目的在于改变现有传统的地下管道施工方法，使其在不破坏地面、不埋设任何管材的情况下，在地下直接造出所需要的管道来。
本发明之地下造管机，完全改变常规的地下管道铺设方法，采用机械造管设备，自动在土层、沙层或岩石层中成孔，并应用现代泥土化学固化技术，使孔壁固化形成所需的管道，直接在地下造出管道来，而不需要花费大量的人力，物力开挖沟槽，埋设管材，也不需要破坏地表及其上面道路或设施，不受施工条件的限制，也不受管道埋深的限制，这几乎是地下管道施工的一次革命。
地下造管机由铰接于机体上的机头，步进器、造管机构、电源及控制信号传输系统和辅助系统所构成。机头装于机体的最前端，在动力机构的驱动下，在地下直接挤压或旋转挤压或切削成300mm以上的孔径。多组步进器具有在径向支撑油缸液力的驱动下，使其支撑板向径向方向伸展，将整个造管机支撑在孔壁面上，及由轴向驱动油缸驱动造管机向前成孔，并实现主进给和步进器步进的功能。它在程序控制下，由一组或多组步进器驱动支撑板支撑于已成孔的孔壁上，伸出支撑板外的多个支撑柱并插入泥土中，亦即将造管机的机体固定于管壁上。与此同时，轴向驱动油缸(主进给及步进油缸)高压油路接通，使装于油缸内并联接于机体轴杆上的活塞被驱动，这时连同于机体前部的机头处于挤孔进给的状态。当该组步进器的轴向驱动油缸的活塞走完一定的行程后，主进给高压油路回油反向接通，与此同时，径向支撑油缸也反向接通，快速复位拔出支撑板及支撑柱，当轴向驱动油缸的活塞继续保持行进的状态下，其外面的油缸连同步进器其他部分被反向液力向前驱动一个步进行程，之后径向支撑油缸驱动支撑板再次伸展，使其固定于孔壁上，紧接着轴向驱动油缸又开始处于主进给状态。就这样，多组步进器彼此交替作用，实现造管机挤孔(包括旋转挤压)及切削成孔的造管功能。
随着造管机在土层中向前行进逐渐成孔，装于机身尾部、具有将泥土固化材料与泥土搅拌作用的犁式喷头的造管机构相继在泥土中制成所需管径，具有足够强度、密闭性和表面光滑的管道。
犁式喷头的圆周面布有多把既具有犁土功能又有喷射液体材料功能的钉耙，随着造管机的向前行进，尖锐的钉耙深入孔壁层一定的深度，将泥土与液体材料搅拌(边行进边注入液体材料)，再经过压光头压光后，便迅速形成坚硬的管壁。
本发明所应用的液体材料是一种能迅速使孔壁层的泥土固化并相当坚硬的化学材料。南朝鲜特许权7328号(1988年)所提供的“KOO－END土壤改良安定急结剂”就是这类材料的一种。该类材料是一种能与土质急剧起化学反应的系列化工材料，根据土质、湿度、凝固时间要求等不同状况，使用不同的配方和配比，使其在不同液体材料之间，以及液体材料与泥土之间迅速发生化学变化，在孔壁上迅速固化，而主要由孔壁层的泥土自身为原料，形成所需厚度的管壁。
造管机体中的液压动力系统，向旋转动力机构，调整控制油缸，步进器轴向驱动油缸和径向油缸等装置，输出足够的液压动力。该系统由油箱、油泵、集成控制阀、油路系统及各执行机构构成。
对造管机机头行进偏差和整机在地下行进路线的修正，是由装于机头部位的传感器、机身中的机内控制中心及机外的计算机系统联合控制实现的。根据预先输入计算机的有关数据，传感器检测机头行进的坐标位置，是否偏离预定路线并发出检测信号。如果发生偏离，则由机内控制中心和计算机控制系统发出修正控制信号，控制机头调整某一个或几个调整控制油缸增减压力，修正机头行进的摆角。由于机头是通过万向传递机构联接于机身上的(相当于十字联接构造)，具有向任何方向转动一定角度的功能，因此机头行进的偏离角极易调整。直至符合预定路线各个坐标点要求。并不断将测得所行进的坐标点输入计算机系统，并控制打印机，描绘出实际的行进路线及诸个坐标数据。
除上述机构外，还设有其他辅助系统，如电源及控制信号传输系统，液体材料输送系统、切削下来的泥土砂石输送系统、地面计算站等。
采用该种造管机，可以施工引水管线、城市大口径给水排水管线，大口径煤气、石油液化气管线、天燃气管线、输油管线等各种管线。一次开工作业，就可以连续行进数十米、百米以至数千米。通过地面控制，还可以造成弯管，可以穿越河谷、路基、沼泽地等特殊条件下的施工。且工效快、周期短、成本低、具有极广阔的应用前景。
附
图1旋转挤压成孔式地下造管机外形图。
附图2旋转挤压成孔式地下造管机构造示意图。
附图3切削成孔式地下造管机外形图。
附
图1、2提供了一种旋转挤压成孔式地下造管机的实施例(例1)，该种地下造管机由机头(1)、步进器(2)、造管机构(3)、电源及控制信号传输系统(4)、机体(5)、万向传递机构(6)、旋转动力机构(7)、调整控制油缸(8)、传感器(9)、支撑板(10)、轴向驱动油缸(11)(主进给及步进油缸)、径向支撑油缸(12)、液压动力系统(13)、支撑柱(14)、犁式喷头(15)、机内控制中心(16)、压光头(17)所构成。机头(1)由旋转动力机构(7)所驱动，并在轴向驱动油缸(11)的进给作用下，以旋转运动方式将相对疏松的土质挤压到四周，而形成相对紧密的孔壁，再由尾部的犁式喷头(15)圆周面上的多把钉耙式喷管边搅拌泥土边注入KOO－END系列液体材料，并经过其压光头(17)压光后，经迅速发生化学反应形成所需要的管道层。其壁厚和固化强度及速度可以通过使用不同的钉耙齿高和注入液体材料型号的配方比来调整。
该实施例的造管机有三组步进器(2)，每组步进器均设有一个轴向驱动油缸(11)和12个径向支撑油缸(12)，具有在程序控制下实现机头(1)的轴向进给和将机身固定于孔壁上的功能。
该实施例的地下造管机液压动力系统(13)设于机体(5)的空腔内，前部设置油箱、油泵和集成控制阀组成的液压泵站(图中未示出)，通过油路将足够的动力输送给旋转动力机构(7)，调整控制油缸(8)、轴向驱动油缸(11)、径向支撑油缸(12)等各执行机构。
机头(1)行进成孔偏差和整机在地下行进方向的调整，是通过机械与控制系统共同实现的。机头(1)通过万向传递机构(6)与机体(5)相联接，且以轴线互相垂直，并以两个不同直径球面上的各两个接触面为支点，以固定于机体上的四个油缸为作用点，通过改变相应缸液力的大小亦即活塞杆行程的多少，调整机头(1)的进给轴线偏角，以纠正行进成孔走向的偏差。这种检测信号由传感器(9)发出，通过机内控制中心控制造管机行进并计算是否偏离预定路线。如发生偏离，连同机外的计算机控制系统会发出调整信号加以纠正，并不断记录下其行进的坐标点，并由计算机描绘出，打印机打印出行走路线。
除上述主要机构外，该造管机还配有必要的辅助系统，如电源及控制信号传输系统(4)，该系统不仅向各工作机构提供动力电源，也使传感器(9)与机内控制中心(16)及与机外计算机系统保持了信号传输；用于固化泥土的液体材料输送管道系统(图中未示出)和拖动机构，以向犁式喷头供给不同种型号、足够数量的液体材料KOO－END。当需加注催化剂时，此输送系统还要为其输送催化剂材料；用于服务造管机的地面计算机控制系统(站)及相应的配套设施等。
该种造管机适合管径较小的地下管道。
附图3切削成孔式地下造管机外形图，提供了另外一种实施例(例2)。
该实施例地下造管机与实施例(1)的主要构造原理和施工方法基本相同，亦由机头、步进器、造管机构和电源及控制信号传输系统和辅助系统所构成。与实施例1的差别主要在于机头(1a)的成孔方式采用切削，即将大部分泥土或岩石切削下来，再由步进器(2b)的支撑板支撑固定于孔壁的同时，使泥土予以适当的压缩后成孔，或将岩石切削下来后成孔。切削下来的泥土或岩石由通过机体中的风力输送管道系统，输送到管道外的地面上。
步进器(2b)在孔壁上的固定方式，与实施例1有所不同在头端的一组步进器(2b)圆周上伸出四个钻头，先在孔壁上钻好孔，以便其后面及后面两组步进器(2b)的支撑柱插入先前钻好的孔中，将机体牢牢固定于孔壁上，更适合于在岩石层中造管。
造管机构(3C)与实施例1不同之处在于液体材料不是通过钉耙式喷嘴喷出，亦即其上的喷管不具有搅拌泥土的作用，而是要视所形成管壁层厚的需要，从喷管中喷出适量的液体材料在孔壁面上，形成一定厚度层的管道即完成造管。
该实施例的造管机还设有将切削下来的多余物料输出管道外的排料输送系统(18)，采用风力输送原理，借助于地面上的气泵、在风力管道中产生负压，将多余的物料输送出来。其余的机构、成孔过程、造管原理及采用的液体材料与实施例1基本相同，适合于较大管径，特别是在岩石层中施工地下管道。
权利要求1.一种地下造管机，其特征在于由在土层中挤压行进或旋转挤压行进成孔的机头(1)、将机身支撑于已成孔孔壁。并使机头(1)向前进给的步进器(2)，用于在孔壁的泥土中加注液体材料而成管的造管机构(3)，液压动力系统(13)以及能控制造管走向的传感器(9)和机内控制中心(16)所构成。
2.根据权利要求1所述的地下造管机，其特征在于机头(1)与机体(5)的联接采用了万向传递机构(6)。
3.根据权利要求1和2所述的地下造管机，其特征在于在机体(5)上有两组或多组用来调整造管机机头(1)行进摆角，亦即能调整其成孔走向偏差的调整控制油缸(8)。
4.根据权利要求1所述的地下造管机，其特征在于由程序控制的步进器(2)至少为三组。
5.根据权利要求1和4所述的地下造管机，其特征在于每组步进器(2)上均有能驱动支撑板(10)及支撑柱(14)的多个径向支撑油缸(12)。
6.根据权利要求1和4所述的地下造管机，其特征在于每组步进器(2)上均有能使步进器(2)向前行进一定距离，并驱动机头(1)成孔进给的轴向驱动油缸(11)(主进给及步进油缸)。
7.根据权利要求1所述的地下造管机，其特征在于造管机构(3)由能喷出不同种液体材料的犁式喷头(15)和压光头(17)所构成。
8.根据权利要求1所述的地下造管机，其特征在于控制系统是由位于机体前部，能检测机头成孔偏差的传感器(9)和能够修正整机行进方向的控制中心(16)，以及电源及控制信号传输系统(4)所构成。
专利摘要一种用于地下管道施工的开孔造管机械。是在不破坏地面，不埋设任何管材的情况下，在土层、沙层或岩石层中自动成孔，并应用泥土固化技术，在孔壁注入能与泥土迅速起化学反应的液体材料，以泥土自身为主要原料，使孔壁固化成所需要的管道，在地下直接造出管道来。地下造管机由机头、步进器、造管机构、电源及控制信号传输系统和辅助系统所组成，适用于施工引水，大口径给排水、煤气、石油液化气、天然气、输油等各种管线。
文档编号B28B21/52GK2099013SQ91208238
公开日1992年3月18日 申请日期1991年5月15日 优先权日1991年5月15日
发明者杨野, 李红, 赵东, 包福祥, 刘志佳, 张绍严 申请人:杨野