管道插入系统的制作方法

专利名称：管道插入系统的制作方法
管道插入系统
背景技术：
用于移动天然气、石油以及其他气体和流体的管道可以安装在隧道内，通过湿地、穿过海岸线、以及限制性接近的其他环境，以建造管道。根据位置的不同，这种管道可能需要在这种环境中贯穿延伸许多公里。例如，在大城市地下的隧道中的管道可具有8公里或更长的长度。为了在隧道内建造这种管道，可以用隧道掘进机(TBM)对隧道钻孔。一旦隧道被钻孔(或者正在对隧道钻孔时)，可以在隧道中安装一个或多个管道。典型地，安装在这种隧道中的管道由许多焊接在一起的管道段构成，以形成通常直线延伸的管道。遗憾地是，隧道内的环境条件通常妨碍安装管道的焊工和其他建筑工的生产力。与进入湿地和海岸线相关的环境条件也会妨碍与管道的安装相关的生产力。因此，需要改进现有的安装管道的系统。

发明内容
下文是这里更详细地描述的主题的简要总结。此总结并非旨在限制权利要求的范围。这里描述了与安装管道相关的各种技术。一个示例性系统可对应于管道插入系统。这种系统可包括插入装置，该插入装置包括框架、可与框架滑动接合的可移动夹紧装置、以及至少一个驱动器。该系统还可包括至少一个控制器，所述控制器包括一个或多个计算机、处理器、和/或可操作性地被构造为操作插入装置以移动管道并监测系统的操作的其他电子元件。所述至少一个控制器操作性地被构造为，使所述至少一个驱动器将可移动夹紧装置沿着框架在第一位置和第二位置之间移动。而且，所述至少一个控制器操作性地被构造为，使可移动夹紧装置在第一状态和第二状态之间转换。在第一状态，可移动夹紧装置用来夹紧(即，刚性地接合并抓住)由管道插入装置容纳的管道的至少一部分，并防止可移动夹紧装置与管道之间的相对运动。在第二状态，可移动夹紧装置用来释放管道的该至少一部分，并允许可移动夹紧装置与管道之间的相对运动。此所述系统还可包括多个壳体段。每个壳体段可由混凝土或其他材料构成，并可在其中包括至少一个孔以容纳管道的部分。该系统还可包括多个支撑框架。每个支撑框架包括穿过其中的通道，至少一个轴承安装于通道中，容纳管道的与该至少一个轴承操作性地滑动连接的部分。在此所述实施方式中，支撑框架分别定位在相邻壳体段的孔的端部之间，使得壳体段的孔与支撑框架的通道对准，以容纳贯穿一系列多对相邻壳体段和支撑框架的以大致直线延伸的管道。在该系统的操作过程中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，使可移动夹紧装置转换至第一状态，以夹紧管道的至少一部分，并使所述至少一个驱动器将可移动夹紧装置从第一位置移动至第二位置，以在至少一个壳体段的至少一个孔内和至少一个支撑框架的至少一个通道内移动管道的部分。而且，所述至少一个控制器操作性地被构造为，使可移动夹紧装置转换至第二状态，并使所述至少一个驱动器将可移动夹紧装置在相反的方向上从第二位置移动至第一位置，且不相对于壳体段和支撑框架移动管道。在此所述实施方式中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，以多个插入周期操作插入装置，以逐渐推动管道通过多个壳体段的孔。这种壳体段可具有一定的长度，以允许将足够数量的支撑框架放置在相邻壳体段的端部之间，以支持将管道通过壳体段的孔移动几公里的距离，而管道不会弯曲，并且在管道的外表面和壳体段的孔的内表面之间没有(或至少最小程度的)接触。当安装新的管道时，在一次或多次插入管道的部分之后(通过可移动夹紧装置一次或多次地从第一位置移动至第二位置)，可将一个或多个额外的管道段焊接至管道的在壳体段之外延伸的部分(即外端)。一旦已经以此方式加长管道，便可再次操作插入装置，以一次或多次地移动可移动夹紧装置，以将更多管道插入壳体段的孔中。此过程可根据需要重复多个插入周期，以在隧道中插入所需长度的管道。而且，应理解，在所述实施方式中，所述至少一个控制器可操作性地被构造为，操作插入装置以将管道从壳体段中移出。这可这样实现:通过可移动夹紧装置一次或多次地从第二位置移动至第一位置，以将管道从壳体段的孔中向外拉出。所移出的管道的一段或多段可以是管道的切断部分。一旦已经以此方式缩短管道，便可再次操作插入装置，以一次或多次地移动可移动夹紧装置，以将管道的额外部分从壳体段的孔中拉出。此过程可根据需要重复多个抽出周期，以移出并拆卸管道。在阅读并理解附图和描述后，将认识到其他方面。


图1是示例性管道插入系统的示意图。图2是插入装置的示例性实施方式的透视图。图3是插入装置的示例性可移动夹紧装置的透视图。图4是示例性可移动夹紧装置的前平面图。图5是壳体段和支撑框架的示例性布置的透视图。图6是安装在相邻壳体段的端部之间的示例性支撑框架的透视图。图7是没有管道和壳体段的示例性支撑框架的透视图。图8是安装在隧道中的示例性支撑框架的前平面图。图9是示出了用于操作管道插入装置以插入管道的示例性方法的流程图。图10是示出了用于操作管道插入装置以抽出管道的示例性方法的流程图。
具体实施例方式现在将参考附图描述与管道安装相关的各种技术，其中，相似的参考数字在文中代表相似的元件。另外，为了说明的目的，在这里示出并描述了示例性系统的几个功能框图；然而，应理解，被描述为由某些系统部件和装置执行的功能可以用多个部件和装置来执行。类似地，例如，部件/装置可被构造为执行被描述为由多个部件/装置执行的功能。参考图1，示出了示例性管道插入系统100，其便于在几公里的长度上移动管道。在一个示例性实施方式中，系统100包括插入装置102。如下面更详细地说明的，这里描述的插入装置用来将管道在通常的直线上移动至隧道或其他位置(例如湿地，海岸线)中和移动离开隧道或其他位置。例如，这种管道可对应于具有30英寸外径、0.500英寸壁厚的AP1-5L-X70钢管的管道。然而，应理解的是，在替代实施方式中，可以使用其他尺寸的管道。该示例性系统可包括至少一个控制器126，该控制器用来控制插入装置的一个或多个特征。这种控制器可对应于被操作性构造为使得插入装置的特征运行的一个或多个处理器和相关的电子元件。例如，该系统可包括在其中具有至少一个处理器160的计算机形式的控制器。计算机可包括软件166，该软件被操作性地构造为控制插入装置中的硬件(例如，电机、泵、阀等)。在另一实例中，控制器可包括处理器，例如，具有被构造为操作插入装置中的硬件的固件(firmware)的可编程逻辑控制器。在示例性实施方式中，控制器还可用来从安装至插入装置的硬件部件的传感器128 (例如变换器)接收信号。如下面更详细地说明的，控制器可响应于这种传感器信号，以控制插入装置中的硬件如何操作。控制器还可用来将与硬件操作相关的信息以及来自传感器的信号传送至一个或多个本地和/或远程输出装置162 (例如，显示屏、可视/可听报警器)，以使用户能够监测插入装置。此外，控制器可与一个或多个输入装置164 (例如，触摸屏、键盘、鼠标)操作连接，通过所述输入装置，用户可提供控制控制器如何操作插入装置的输入。在一个示例性实施方式中，插入装置102包括框架104。与框架以滑动接合方式安装的是可移动夹紧装置106。所述至少一个控制器被操作性地构造为(例如编程为)使得可移动夹紧装置在第一状态和第二状态之间转换，在第一状态中，可移动夹紧装置夹紧管道的一部分，并与其刚性接合，在第二状态中，可移动夹紧装置将管道的该部分从与可移动夹紧装置的刚性接合中释放。当可移动夹紧装置处于第一状态时，所施加的夹紧力用来防止管道相对于可移动夹紧装置的运动。而且，应理解，控制器可用来根据管道的直径、重量和当前长度、以及移动管道所需的力的大小而改变夹紧装置所施加的夹紧力的大小。因此，如这里所使用的，第一状态对应于可移动夹紧装置操作性地提供足够的夹紧力以使管道不会相对于夹紧装置滑动而能够移动管道的状态。在示例性实施方式中，可移动夹紧装置可包括多个液压缸，这些液压缸用来使得可移动夹紧装置的可移动部分190 (例如衬垫)移动，以刚性地夹紧管道。可通过所述控制器来控制用来操作液压缸的液压泵和阀。另外，所述插入装置可包括一个或多个驱动器114，例如液压电机。控制器可被操作性地构造为使得驱动器将可移动夹紧装置在框架上的第一位置108和第二位置110之间移动。如下面更详细地说明的，在示例性实施方式中，插入装置可包括齿条-小齿轮组件，其使得驱动器能够将该可移动夹紧装置沿着框架移动。然而，应理解，替代实施方式可采用其他类型的齿轮或其他能够相对于框架移动该可移动夹紧装置(以及夹在其中的管道)的机械组件。如图1所示，所描述的系统可用来在钻有孔的地下隧道130或其他管道应用场合中插入管道。可通过隧道掘进机来形成这种隧道。当形成隧道时或在形成隧道之后，可在隧道内安装多个管道壳体段122。每个这种壳体段可包括通过其中的至少一个孔124 (BP,空心通道)。然而，在一个典型实例中，壳体段可在其中包括三个或更多个孔。而且，应理解，如这里相对于壳体段使用的，术语“孔”并不要求该孔通过钻孔过程形成。相反，在这里，将孔定义为空心通道，该空心通道可利用制造壳体段时的任何适当的工艺产生，包括钻孔和/或经由模板、模具或其他铸造技术。在示例性实施方式中，壳体段可对应于预铸混凝土段，这些预铸混凝土段被运输至隧道中，并可以如下方式顺序安装，使得每个壳体段中的相应孔与每个相邻壳体段中的相应孔轴向地对准。在替代实施方式中，可通过在适当的模板中提供混凝土而在隧道内形成壳体段。另外，应理解，在一些实施方式中，所述孔可包括由建造壳体段的混凝土构成的内壁。然而，在替代实施方式中，壳体段的孔的壁可对应于由其他材料制成的嵌在壳体段的混凝土本体中的管道(例如钢管)。一旦将壳体段安装在隧道中，壳体段的孔便提供直线通道，可将直线延伸的管道插入该通道中。而且，在诸如隧道的环境中，所描述的壳体段可对应于地面段。例如，壳体段的上表面可以通常是平的，因此，可对应于地面段和包含于其中的管道上方的通过隧道的路面的一部分，该路面能够适应人和/或车辆的运动。然而，应理解，在替代实施方式中，管道壳体段可以不包括可用作用于车辆的路面的上表面。如图1所示，所描述的系统可进一步包括多个支撑框架116。每个支撑框架可包括通过其中的通道118，至少一个轴承120安装于该通道中，用于容纳管道的与所述至少一个轴承120操作性地滑动连接的部分。这些支撑框架可相应地定位在相邻壳体段的孔之间的隧道中，使得壳体段的孔和支撑框架的通道对准，以容纳通过其中的基本上直线延伸的管道。在此所述实施方式中，以完全或至少基本上支撑整段管道的方式定位支撑框架的轴承120，以防止(或至少最小化)管道的部分在壳体段的孔的内表面滑动。如图1所示，壳体段可制造(例如铸造)为包括底座170，支撑框架可安装在该底座上。这种底座170可相对于孔124提供足够的高度，并且，这种支撑框架可构造为具有适当的尺寸，使得支撑框架在底座上的放置可使支撑框架的通道118与这些段的孔124基本上对准(通过较小的位置调节)。在这点上，应理解，可使用适当的测量设备(例如激光)、垫片和其他对准工具及装置来将支撑框架的通道以按照与壳体段的孔需要的对准量精确地放置，使得在特定管道应用所需的公差内。而且，应理解，可适当地测量并对准壳体段，以将其相应的孔轴向对准地放置在隧道内。而且，应理解，这里描述的孔和通道的形状可以不是圆柱形的。因此，如这里所使用的，孔和通道的基本对准对应于足以提供通过所述的孔和通道的至少一个通路的对准，该通路能够在其中容纳基本上直圆柱形的管道。在所述系统的示例性实施方式中，插入装置102还定位并对准为，将管道的各部分适当地引导至壳体段和支撑框架的孔和通道中(和/或从其中引导出)。在一个示例性实施方式中，插入装置可包括对准装置172，该对准装置用来选择性地水平地和垂直地升高/降低所述框架的各部分，以将通过可移动夹紧装置106的开口与安装在隧道130中的壳体段122的孔124轴向地定位并对准。一旦适当地定位插入装置，便可将管道段安装在可移动夹紧装置中。然后，可操作控制器126，以使可移动夹紧装置转换至第一状态(其夹紧管道)，并使所述至少一个驱动器将可移动夹紧装置从第一位置108移动至第二位置110，以开始管道的各部分在壳体段的孔和支撑框架的通道内的移动过程。在可移动夹紧装置已经移动至第二位置之后，控制器用来使可移动夹紧装置转换至第二状态(其释放管道)，并使所述至少一个驱动器将可移动夹紧装置从第二位置移回至第一位置，而不使管道相对于壳体段和支撑框架移动(或至少基本上不移动)。如这里所使用的，经由可移动夹紧装置从第一位置移动至第二位置(在第一方向上)而将管道向前推动然后将可移动夹紧装置(而不是管道)移回至第一位置(在与第一方向相反的第二方向上)的过程，在这里叫做一个插入周期。在一个或多个插入周期之后，可将一个或多个额外的管道段180焊接在管道112的端部上，然后可再次操作插入装置(一个或多个插入周期)，以将加长的管道进一步移动至壳体段中。插入装置的周期性操作和额外的管道段的焊接可以继续，直到所需长度的管道已经移动通过所需数量的壳体段和支撑框架为止。如可理解的，可在相反的方向上执行此所述过程，以从壳体段中抽出管道。如这里所使用的，经由可移动夹紧装置(在第二方向上的第一夹紧状态中)从第二位置移动至第一位置然后将可移动夹紧装置(而不是管道)从第二释放状态中(在第一方向上)移回至第二位置而向外拉出管道的过程，在这里叫做一个抽出周期。在一个或多个抽出周期之后，可将一个或多个管道段180与管道112的端部断开，然后可再次操作插入装置(一个或多个抽出周期)，以将缩短的管道进一步从壳体段中移出。插入装置的周期性操作和管道段的断开可以继续，直到已经从壳体段和支撑框架中去除所需长度的管道为止。在一个示例性实施方式中，为了防止管道移动(当可移动夹紧装置处于第二释放状态中并在第一和第二位置之间移动时)，插入装置可包括另一固定夹紧装置150，以将管道保持在适当的位置，同时可移动夹紧装置返回至另一位置。控制器126可用来使固定夹紧装置150转换至第一状态(即夹紧状态)，以将管道刚性地保持在框架上的适当位置，同时可移动夹紧装置106返回至其适当的起始位置，以进行另一插入(或抽出)周期。而且，在可移动夹紧装置106移动管道之前(作为插入或抽出周期)，控制器126用来使固定夹紧装置150转换至第二状态(即释放状态)，以当用可移动夹紧装置推动(或拉动)管道时，允许管道相对于固定夹紧装置150移动。现在参考图2，示出了插入装置200的一个示例性实施方式的透视图。图2示出了之前描述的可包括在插入装置中的硬件部件的实例。这种硬件可包括可移动夹紧装置202，该可移动夹紧装置以与插入装置框架204可滑动连接的方式安装。这里，可移动夹紧装置可包括支架(carriage，滑架)206，该支架与集成在插入装置的框架204中的轨道208、210可滑动地接合(例如，经由多个辊子和/或轴承232)。为了相对于框架移动可移动夹紧装置202，支架206可包括几个电机212 (例如液压电机)的形式的驱动器。这些液压电机可定向为使安装在轨道208、210之间的齿条214附近的相应的小齿轮(图3中以312示出)旋转。之前描述的控制器可用来控制来自液压泵的液压，以选择性地通过液压电机使支架206沿着框架204移动。图2还示出了固定夹紧装置230的一个实例，该固定夹紧装置以与框架204刚性接合的方式安装。另外，图2示出了可用来选择性地定位并对准插入装置的对准装置的实例。这里，对准装置可包括液压台车216和218，以选择性地横向移动插入装置。而且，对准装置可包括液压千斤顶220、222，其包括垂直定向的液压缸224，以选择性地竖直移动插入
>j-U ρ α装直。当将插入装置200初始定位在混凝土垫或其他基础上时，可操作所述至少一个控制器，以通过台车216、218横向地移动插入装置，从而将可移动夹紧装置的开口与壳体段的孔水平地对准。然后，可操作所述至少一个控制器，以通过液压缸224选择性地并分别地升高或降低插入装置的每个液压千斤顶220、222的每侧，以将可移动夹紧装置202中的开口与壳体段的孔竖直地对准并定向。现在参考图3，示出了之前描述的可移动夹紧装置202的透视图300。图3示出了液压电机212，其可用来使相应的小齿轮312 (沿着图2所示的齿条214)旋转。而且，如在此实例中示出的，可移动夹紧装置202可包括多个可移动部分302，这些可移动部分围绕可移动夹紧装置中的容纳管道的开口 304的至少一部分定位。这些可移动部分302可对应于可更换的粘结摩擦瓦(在这里也叫做衬垫)。还如图3中示出的，所述可移动部分302通常可安装为向内移动，以接触管道的圆柱形表面的上半部(即上180度)。管道的下半部(即下180度)可通过可移动夹紧装置的固定部分308支撑。这些固定部分也可包括可更换的粘结摩擦瓦/衬垫。在此所述实施方式中，可移动部分302可通过相应的液压缸306移动。可通过控制器来选择性地操作这些液压缸306，以控制可移动部分302施加至管道的夹紧力的大小。液压缸306可用来使每个相应的可移动部分302朝着相应的固定部分308 (在管道的相对侧上)向内径向移动，以在可移动夹紧装置的之前描述的第一状态中夹紧管道。可移动部分302还可向外径向移动至可移动夹紧装置的之前描述的第二状态，以释放作用于管道上的夹紧力。另外，应理解，可移动夹紧装置可包括多组相应的可移动/固定部分，将这些组定位为在纵向方向上夹紧管道的不同部分。现在参考图4，示出了之前描述的可移动夹紧装置202的前平面图400，其中管道402的一部分被夹紧在可移动部分302和固定部分308 (S卩，瓦、衬垫)之间。图4还示出了可移动夹紧装置的支架206可以与插入装置的框架204以可滑动接合方式安装的一个实例。如之前描述的，所述管道插入系统可包括首尾相连地安装在隧道中的多个壳体段。图5示出了其中插入有三个管道510的壳体段502、504、506的一个实例布置500。图5还示出了安装在壳体段的端部之间的支撑框架522、524的实例。如此视图中所示，支撑框架可位于相邻壳体段中的开口或孔之间的间隙530、532中。为了使壳体段的上表面能够用作路面，可在这些间隙上放置钢板或其他平面元件540，以覆盖支撑框架。图6示出了支撑框架522的更大的透视图600，该支撑框架定位在相邻壳体段504,502的相对的端部604、606之间。如之前讨论的，壳体段可包括底座522，该底座用来用作支撑框架602的基础。图6还示出了支撑框架可建造为支撑以并排关系布置的多个管道(例如，三个或其他数量的管道)。

在示例性实施方式中，壳体段可对应于以首尾相连的关系安装在隧道中的单独浇筑的单元。然而，还应理解，可将一个或多个壳体段彼此形成一体，作为公共且连续的单元的一部分，而不是独立的部件。在这种情况中，术语壳体段使指整体单元的每个相应部分，该整体单元在其中包括一个或多个孔，相应的孔端被暴露为用于安装与其相邻的支撑框架。而且，在此所述实施方式中，用作支撑框架的基础的底座612可对应于连续单元的一部分，该连续单元整体地包括相邻的多对壳体段。现在参考图7，示出了没有管道和壳体段的支撑框架522的透视图700。这里，支撑框架示出为包括三个通道702、704、706，管道可插入这些通道中。在此实例中，每个通道包括八个轴承，其中四个轴承720定位成支撑管道的下部，并且其中四个轴承722定位成引导管道的上部。在此所述实施方式中，安装在每个通道中的轴承720、722对应于球传递型辊子。这种轴承可包括安装在壳体内的承载球体，该球由更小的滚珠轴承支撑。然而，应理解，在替代实施方式中，可使用其他类型和/或数量的轴承(例如，成型滚珠轴承)来支撑管道和/或引导管道通过支撑框架中的通道。图8示出了隧道800的横截面图，示出了支撑框架522可安装在壳体段504的端部606附近的壳体段底座522上的方式，三个管道810、812、814贯穿该壳体段并贯穿支撑框架的相应孔。如图8所示，每个通道中的轴承830可安装成使得与其相应的滚动元件(SP，球体的顶部)的最内延伸表面垂直的方向832定向为相对于旨在与支撑框架一起使用的管道810、812、814的相邻外表面(和/或中心纵向轴线)基本上是径向的。然而，应理解，具有相同或不同类型的轴承的替代实施方式可将轴承安装在不同的位置和/或方向上。通常，支撑框架被构造为防止管道与壳体段的孔的内表面接触。然而，重力和对准新管道段时的误差可能引起管道下垂或向上少量弯曲，刮擦壳体段的孔的内壁的部分。在示例性实施方式中，管道表面的最下面部分840和最上面部分842可能在这方面经历最大的磨损，这会在这些区域中产生不光滑表面。为了将磨损减到最小，管道的这种不光滑表面可能影响轴承，可将轴承安装在支撑框架的与这些预期磨损区域轴向偏离的位置中。因此，如图8所示，在示例性实施方式中，每个通道中的下轴承720可安装在管道的下半部的下方(以支撑性地容纳管道)，位于与管道外表面的最下面部分840偏离的位置。类似地，每个通道中的上轴承722可安装在管道的上半部的上方，位于与管道外表面的最上面部分842偏离的位置。然而，应理解，在替代实施方式中，根据所涉及的管道插入的特殊应用的承载特性，轴承可布置在围绕通道内部的其他位置中。另外，每个通道中的下轴承720和上轴承722可安装在这样的位置，使得并非通道中的所有轴承都能够同时与管道的表面接触。因此，当管道812与下轴承720接触时，在上轴承722和管道表面之间将存在间隙。类似地，如果管道包括在支撑框架的通道中向上弯曲以接触上轴承722的部分，那么在下轴承和管道表面之间将存在间隙。在示例性系统中，当管道加长时，插入装置推动管道通过壳体段的孔所需的力的大小将增加。为了将推动管道所需的力的大小的增加速度减到最小，与更靠近插入装置的位置相比，壳体段的长度以及由此支撑框架之间的距离可在更深入隧道的位置变得更短。例如，邻近插入装置在隧道入口附近的壳体段的长度可以是大约十米，而深入隧道四公里的壳体段的长度可以是大约八米，而深入隧道八公里的壳体段的长度可以是大约六米。因此，在此所述布置中，管道推入隧道中越远，(与后端相比)用来在管道前端处支撑设定长度管道的轴承的数量将增加。或者，在另一实施方式中，与前端相比，用来在管道后端处支撑设定长度管道的轴承的数量将增加。而且，在示例性实施方式中，对于所需管道的部分和/或所有长度，壳体段的长度可以基本上是均匀的。另外，为了将由于管道前部的下垂而使管道的前边缘不容纳于支撑框架或壳体段的可能性减到最小，管道的前端可包括圆形或锥形的帽部。这种帽部可帮助将管道的前边缘引导至支撑框架的通道中或通向壳体段的孔中。如之前讨论的，所描述的示例性管道插入系统可在插入装置上包括多个不同的传感器。这些传感器也可安装在一个或多个支撑框架附近。所描述的控制器可操作地被构造为利用这种传感器所获得的信息来调节控制器如何操作插入装置并向操作员(或其他人)提供与系统操作相关的信息。例如，可使可移动夹紧装置的每组可移动部分(例如瓦/衬垫)与用来通过相应的可移动部分测量放在管道的相邻表面上的压力大小的相应压力传感器相关联。这种压力传感器可对应于对于每个相应的液压缸(其用来移动管道表面附近的瓦/衬垫)分别安装在相应的液压回路中的变换器。而且，插入装置可包括运动传感器，该运动传感器用来检测可移动夹紧装置与管道之间的相对运动(即滑动)。另外，插入装置可包括推力传感器，该推力传感器用来测量当使管道与可移动夹紧装置一起移动时驱动器(例如液压电机)所承受的阻力的大小。这种推力传感器可对应于对于移动该可移动夹紧装置的一个或多个所述液压电机安装在液压回路中的变换器。另外，应理解，替代实施方式可包括其他类型的传感器(例如，机械的、光学的、电子的)，这些传感器执行这里描述的压力、力和运动或者系统的任何其他工作特性的相应测量。在一个示例性实施方式中，控制器可响应于滑动的检测而操作，以使可移动夹紧装置在管道周围提供更大的夹紧力，直到管道的滑动停止为止。可通过使一个或多个液压缸引导作用于管道表面的不同部分上的更大的压力，来实现这种额外的夹紧力。对于每个液压缸，控制器可监测由压力传感器检测到的最终压力，以通过确保对管道施加均匀大小的压力的方式来调节每个液压缸。另外，控制器可监测压力传感器，以确定所施加的夹紧力的大小保持低于预定最大阈值。控制器还可用来响应于运动传感器检测到的滑动和/或推力传感器检测到的驱动器移动管道所需的力的大小接近(或超过)预定最大阈值而使输出装置输出警报信号或消
肩、O这种警报信号可以表示管道正经历断断续续的阻力增加，以被推动通过孔。为了克服这种阻力，控制器可操作性地被构造为经由通过输入装置的输入而手动地指示，以使可移动夹紧装置施加一定大小的超过预定最大阈值的夹紧力。在其他情况中，控制器可操作性地被构造为经由通过输入装置的输入而手动地指示，以使插入装置操作，在相反的(向外的)方向上部分地拉动管道，然后再次开始向前推动管道，以试图移动管道使其通过导致阻力增大的位置。而且，在其他情况中，为了克服这种阻力，控制器可操作性地被构造为调节可移动夹紧装置相对于插入框架的运动速度。例如，对于一些情况，控制器可使驱动器更快地移动该可移动夹紧装置，以推动管道使其通过导致阻力的位置。在其他情况中，控制器可使驱动器更慢地移动该可移动夹紧装置，直到推力传感器检测到阻力已经减小为止。示例性实施方式还可包括其他类型的传感器或监测装置。例如，可使用监测可移动夹紧装置和/或固定夹紧装置的瓦/衬垫上的磨损量的传感器。而且，示例性实施方式可包括定位成监测系统的不同运行情况的多个摄像机。例如，该系统可包括定位成监测插入装置的摄像机、以及用来监测一个或多个框架支撑部的摄像机。可通过局部地位于系统附近(S卩，在操作室/拖车中)或远离系统的输出装置(例如，经由诸如因特网的网络与系统连接的工作站)来提供从摄像机、传感器收集的所有或部分信息以及与控制器和所述系统相关的操作数据。而且，可在一个或多个数据存储中收集这种信息，以用于分析系统的运行特性。如之前描述的，将额外的管道段焊接在管道的端部上，以在插入装置附近加长管道。在一个示例性实施方式中，可以用可移动支撑件支撑这种额外的管道段，该可移动支撑件具有允许新的管道段移动而适当地对准以进行焊接的辊子和/或提升机构。还可以在操作插入装置以使新增加的管道段移动到壳体段的孔中之前，测试这种额外的管道段。现在参考图9，示出并描述了一个与之前描述的示例性管道插入系统的操作相关联的示例性方法，以将管道插入隧道内的壳体段的孔中。虽然该方法被描述为一系列连续执行的动作，但是应理解，该方法不限于该顺序。例如，一些动作可以按照与这里描述的顺序不同的顺序出现。另外，一个动作可以与另一动作同时出现。此外，在一些情况中，并不是这里描述的方法的所有动作都需要执行。此外，可通过计算机可执行指令来进行这里描述的一些动作，所述计算机可执行指令可通过一个或多个处理器执行和/或将储存在非暂时的计算机可读介质或媒介上。所述计算机可执行指令可包括例行程序、子例行程序、程序、运行线程等。更进一步地，可将示例性方法的动作的结果储存在计算机可读介质中、显示在显示装置上等。如图9所示，方法900在902开始，并在904包括如下步骤:用包括在管道插入装置中的可移动夹紧装置夹紧管道的至少一部分。在步骤906，该方法包括:用至少一个驱动器将可移动夹紧装置沿着框架在第一方向上从第一位置移动至第二位置，这使得管道的部分在多个壳体段中的孔内移动，并在多个隔开的支撑框架中的通道内移动。在步骤908继续，该方法可包括如下步骤:释放通过可移动夹紧装置夹紧的管道的至少一部分。而且，在步骤910，该方法可包括如下步骤:用驱动器将可移动夹紧装置在与第一方向相反的第二方向上从第二位置移动至第一位置，且不相对于壳体段和支撑框架移动管道。在一个示例性实施方式中，另一固定夹紧装置可用来夹紧管道，并在可移动夹紧装置返回至第一位置时防止管道移动。步骤904至910相当于一个插入周期。在一个或多个重复的插入周期之后，该方法可包括步骤912:将至少一个管道段在管道的位于壳体段的孔之外的一端上焊接至管道。在以此方式加长管道之后，可将所述方法重复足够的次数，以将逐渐变长的管道插入壳体段中一定的距离，该距离是应用所需要的距离。在914，所述方法可结束。如之前讨论的，壳体段和支撑框架在其中可包括不止一个孔和通道，以用于插入额外的管道。在这种情况中，所述方法900可包括:用所述液压台车和千斤顶重新定位插入装置，以将插入装置与另一钻孔对准。然后，可执行之前描述的方法900，以将另一管道插入壳体段中的其他钻孔中。现在参考图10，示出并描述了与之前描述的示例性管道插入系统的的操作相关联的示例性方法，以将管道从隧道内的壳体段的孔中抽出。此方法1000在1002开始，并在1004包括如下步骤:用包括在管道插入装置中的可移动夹紧装置夹紧管道的至少一部分。在步骤1006，该方法包括:用驱动器将可移动夹紧装置沿着框架在第二方向上从第二位置移动至第一位置，这使得将管道的部分从多个壳体段中的至少一个的孔中抽出，并从多个隔开的支撑框架中的至少一个的通道中抽出。在步骤1008继续，该方法可包括如下步骤:释放通过可移动夹紧装置夹紧的管道的至少一部分。而且，在步骤1010，该方法可包括如下步骤:用驱动器将可移动夹紧装置在第一方向上从第一位置移动至第二位置，且不相对于壳体段和支撑框架移动管道。在一个示例性实施方式中，固定夹紧装置可用来夹紧管道，并在可移动夹紧装置返回至第一位置时防止管道移动。步骤1004至1010相当于一个抽出周期。在一个或多个重复的抽出周期之后，该方法可包括步骤1012:在管道的已经拉出壳体段的孔之外的一端上从管道切割至少一个管道段。在以此方式缩短管道之后，可将所述方法重复足够的次数，以将逐渐变短的管道从壳体段中抽出一定的距离，该距离是应用所需要的距离。在1014，所述方法可结束。在壳体段和支撑框架在其中包括不止一个孔和通道的实施方式中，所述方法1000可包括:用所述液压台车和千斤顶重新定位插入装置，以将插入装置与另一钻孔对准。然后，可执行之前描述的方法1000，以将另一管道从壳体段中的其他钻孔中抽出。已经针对通过安装在钻有孔的隧道中的壳体段中的孔插入或抽出管道的过程描述了方法900和1000。然而，应理解，所有或部分所述方法和插入系统可适于在其他环境中使用，例如在接近管道的湿地和海岸线中。在这种情况中，可以使用插入装置从其他类型的管道壳体段的钻孔中插入或抽出管道，这些壳体段可对应于具有可用作路面的上表面的地面段。应理解，壳体段的元件可包括其他类型的在其中具有一个或多个孔的结构，并且，其可用来将之前描述的支撑框架放置在贯穿壳体段的孔的相对端上。如这里使用的，所述至少一个处理器112可包括在计算装置中(例如，计算机或专用控制器)，该计算装置执行作为软件或固件而储存在存储器中的指令。该指令可以是，例如，用于使所述系统的装置进行操作的指令，或用于执行一个或多个上述方法的指令。处理器可通过系统总线或其他类型的存储控制器/总线来访问存储器。另外，虽然示出为一个系统，但是应理解，计算装置可以是分布式系统。因此，例如，处理器和几个装置可通过网络连接进行通信，并且，可共同执行被描述为由所述系统执行的任务。应指出，为了说明的目的已经提供了几个实例。这些实例不应解释为限制此处所附的权利要求。另外，可认识到，可对这里提供的实例进行变化，但仍落在权利要求的范围内。
权利要求
1.一种管道插入系统(100)，包括: 至少一个控制器(126); 插入装置(102)，用来容纳管道(112)的一部分，其中，所述插入装置包括: 插入装置框架(104); 可移动夹紧装置(106)，与所述插入装置框架可滑动地接合，其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，使所述可移动夹紧装置在第一状态和第二状态之间转换，其中，在所述第一状态，所述可移动夹紧装置用来夹紧所述管道的至少一部分，并防止所述可移动夹紧装置和所述管道之间的相对运动，其中，在所述第二状态，所述可移动夹紧装置用来释放所述管道的所述至少一部分，并允许所述可移动夹紧装置和所述管道之间的相对运动； 至少一个驱动器(114 )，其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，使所述至少一个驱动器将所述可移动夹紧装置沿着所述插入装置框架在第一位置(108)和第二位置(110)之间移动；以及 多个壳体段(122)，其中，每个壳体段在其中包括至少一个孔(124)，用于容纳所述管道的部分； 多个支撑框架(116)，其中，每个支撑框架在其中包括通道(118)，在所述通道中安装有至少一个轴承，用于容纳所述管道的与所述至少一个轴承(120)操作性地滑动连接的部分，其中，所述支撑框架分别定位在相邻壳体段的孔之间，使得所述壳体段的孔与所述支撑框架的通道对准，以在其中容纳以大致直线延伸的管道；并且 其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，使所述可移动夹紧装置转换至所述第一状态，并使所述至少一个驱动器将所述可移动夹紧装置从所述第一位置移动至所述第二位置，以在所述壳体段和支撑框架内移动所述管道的部分，其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，使所述可移动夹紧装置转换至所述第二状态，并使所述至少一个驱动器将所述可移动夹紧装置从所述第二位置移动至所述第一位置，且不相对于所述壳体段和支撑框架移动所述管道。
2.根据权利要求1所述的管道插入系统，其中，每个支撑框架包括安装在每个支撑框架的通道中的多个球传递型滚珠轴承，其中，用于每个支撑框架的所述多个球传递型滚珠轴承中的至少两个定位在所述支撑框架的相应通道中，以支撑性地容纳在所述支撑框架的通道中延伸的所述管道的底部的部分，其中，用于每个支撑框架的所述多个球传递型滚珠轴承中的至少两个定位在所述支撑框架的相应通道中，以面向在所述支撑框架的通道中延伸的所述管道的顶部。
3.根据权利要求1所述的管道插入系统，其中，与相对更靠近所述插入装置定位的更近壳体段相比，定位得距所述插入装置相对更远的更远壳体段包括比所述更近壳体段相对更短的最大长度。
4.根据权利要求1所述的管道插入系统，其中，所述壳体段包括基本上平的上表面，所述上表面至少形成隧道中的路面的部分。
5.根据权利要求4所述的管道插入系统，其中，位于两个支撑框架之间的至少一个壳体段具有在至少两个支撑框架之间延伸的孔，所述孔至少是10米长，其中，每个壳体段由混凝土制成。
6.根据权利要求1所述的管道插入系统，其中，所述插入装置框架包括至少一个齿条，其中，所述可移动夹紧装置包括与所述齿条操作性地接合的至少一个小齿轮，其中，所述至少一个驱动器相当于液压电机，所述液压电机用来使所述至少一个小齿轮旋转，以使所述可移动夹紧装置相对于所述框架在所述第一位置和第二位置之间移动。
7.根据权利要求6所述的管道插入系统，其中，所述插入装置框架包括至少一个轨道，其中，所述可移动夹紧装置包括支架，所述支架用来相对于所述至少一个轨道在所述第一位置和第二位置之间滑动。
8.根据权利要求1所述的管道插入系统，其中，所述插入装置框架包括至少一个固定夹紧装置，其中，所述可移动夹紧装置用来相对于所述插入装置框架和所述固定夹紧装置两者移动； 其中，所述固定夹紧装置用来在其中容纳所述管道的至少一部分，其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，使所述固定夹紧装置在所述第一状态和所述第二状态之间转换，其中，在所述第一状态，所述固定夹紧装置用来夹紧所述管道的至少另一部分，并防止所述固定夹紧装置与所述管道之间的相对运动，其中，在所述第二状态，所述固定夹紧装置用来释放所述管道的所述至少另一部分，并允许所述固定夹紧装置与所述管道之间的相对运动； 其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为: 使所述固定夹紧装置转换至所述第一状态； 使所述可移动夹紧装置转换至所述第二状态；并且 使所述至少一个驱动器将所述可移动夹紧装置在所述第一位置和第二位置之间移动，而所述固定夹紧装置防止所述管道相对于所述插入装置框架移动； 其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为: 使所述固定夹紧装置转换至所述`第二状态； 使所述可移动夹紧装置转换至所述第一状态；并且 使所述至少一个驱动器将所述可移动夹紧装置在所述位置第一和第二位置之间移动，而所述另一夹紧允许所述管道相对于所述插入装置框架移动。
9.根据权利要求1所述的管道插入系统，其中，所述可移动夹紧装置包括至少一个固定部分和至少一个可移动部分，其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，使所述至少一个可移动部分在第一位置和第二位置之间相对于所述至少一个固定部分移动，其中，处于所述第一位置中的所述至少一个可移动部分在所述至少一个固定部分和所述至少一个可移动部分之间刚性地夹紧所述管道，其中，与所述至少一个可移动部分处于所述第一位置时的情况相比，处于所述第二位置中的所述至少一个可移动部分离所述至少一个固定部分相对更远，其中，所述可移动夹紧装置的第一状态包括处于所述第一位置中的所述至少一个可移动部分，其中，所述可移动夹紧装置的第二状态包括处于所述第二位置中的所述至少一个可移动部分。
10.根据权利要求9所述的管道插入系统，其中，所述可移动夹紧装置包括至少三个可移动部分，所述至少三个可移动部分定位为，相对于所述管道的纵向轴线在三个不同的相应径向方向上移动，其中，所述可移动部分包括用来接触所述管道的外表面的衬垫，其中，所述可移动夹紧装置包括液压缸，所述液压缸用来使所述可移动部分的衬垫在所述第一状态和第二状态之间选择性地移动。
11.根据权利要求9所述的管道插入系统，进一步包括: 至少一个第一传感器，其操作性地被构造为由所述至少一个控制器使用，以在所述控制器使所述至少一个驱动器将所述可移动夹紧装置相对于所述插入装置框架移动时确定所述管道是否相对于所述可移动夹紧装置移动， 其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，响应于所述第一传感器检测到的所述可移动夹紧装置与所述管道之间的相对运动，使所述可移动夹紧装置的所述至少一个可移动部分通过所述可移动部分提供增大的施加至所述管道的力。
12.根据权利要求10所述的管道插入系统，进一步包括: 至少一个第二传感器，其操作性地被构造为，监测由所述可移动夹紧装置的所述至少一个可移动部分施加至所述管道的压力的大小， 其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，响应于所述第一传感器，防止所述可移动夹紧装置的所述至少一个可移动部分在所述管道上提供大小超过预定阈值的压力。
13.根据权利要求1所述的管道插入系统，进一步包括: 至少一个第一传感器，其操作性地被构造为，当由所述至少一个驱动器导致所述可移动夹紧装置运动时，监测由所述可移动夹紧装置在所述至少一个方向上施加至所述管道的力的大小， 其中，所述至少一个控制器操作性地被构造为，响应于所述至少一个第一传感器，使所述至少一个驱动器调节所述可移动夹紧装置相对于所述框架的运动速度。
14.一种移动管道的方法， 包括: a)用包括在管道插入装置中的可移动夹紧装置夹紧管道的至少一部分，其中，所述管道插入装置包括插入装置框架、与所述插入装置框架可滑动地接合的所述可移动夹紧装置、以及至少一个驱动器，其中，所述可移动夹紧装置用来沿着所述插入装置框架在第一位置和第二位置之间移动，其中，所述可移动夹紧装置操作性地被构造为在第一状态和第二状态之间转换，其中，在所述第一状态，所述可移动夹紧装置用来夹紧所述管道的所述至少一部分，并防止所述可移动夹紧装置与所述管道之间的在至少一个方向上的相对运动，其中，在所述第二状态，所述可移动夹紧装置用来释放所述管道的所述至少一部分，并允许所述可移动夹紧装置与所述管道之间的相对运动；以及 b)用所述至少一个驱动器使所述可移动夹紧装置沿着所述插入装置框架在第一方向上从所述第一位置移动至所述第二位置，这使得所述管道的部分在多个壳体段中的至少一个中的至少一个孔内移动以及在多个隔开的支撑框架中的至少一个中的至少一个通道内移动，其中，每个支撑框架的每个通道包括安装于其中的至少一个轴承，用于容纳所述管道的与所述至少一个轴承操作性地滑动连接的部分，其中，所述支撑框架分别定位在相邻壳体段的孔之间，使得所述壳体段的孔和所述支撑框架的通道对准，以在其中容纳以大致直线延伸的管道。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括: c)释放所述管道的通过所述可移动夹紧装置夹紧的所述至少一部分； d)用所述驱动器使所述可移动夹紧装置在与所述第一方向相反的第二方向上从所述第二位置移动至所述第一位置，且不相对于所述壳体段和所述支撑框架移动所述管道。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，至少一个控制器操作性地被构造为，使所述可移动夹紧装置和所述至少一个驱动器执行步骤(a)至(d)。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括: e)在(a)之前，在所述管道与所述插入装置操作性地支撑连接的同时，并在所述管道贯穿至少一个壳体段和至少一个支撑框架延伸的同时，将至少一个管道段焊接至所述管道， 其中，在(b)中，当所述可移动夹紧装置从所述第一位置移动至所述第二位置时，在所述可移动夹紧装置在(d)中返回至所述第一位置之后所述管道段的部分移动至能够与所述可移动夹紧装置直接接合的位置。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括执行步骤(a)至(e)足够的次数，包括:在(e)中将足够数量的其他管道段焊接至所述管道，以使所述至少一个管道段以大致直线移动通过多个壳体段和多个支撑框架至少一公里的距离。
19.根据权利要求15所述的管道插入系统，其中，所述框架包括至少一个固定夹紧装置，其中，所述可移动夹紧装置用来相对于所述框架和所述固定夹紧装置两者移动，其中，所述固定夹紧装置用来 在其中容纳所述管道的至少一部分，其中，所述固定夹紧装置操作性地被构造为在所述第一状态和所述第二状态之间转换，其中，在所述第一状态，所述固定夹紧装置与所述管道刚性地接合，所述刚性地接合防止所述固定夹紧装置与所述管道之间的在至少一个方向上的相对运动，其中，在所述第二状态，所述固定夹紧装置用来允许所述固定夹紧装置和所述管道之间的在所述至少一个方向上的相对运动，进一步包括: e)在(a)之前，操作所述固定夹紧装置以转换至所述第二状态，其中，在(a)中，所述可移动夹紧装置转换至所述第一状态，其中，在(b)中，所述可移动夹紧装置在第一方向上从所述第一位置移动至所述第二位置，而所述固定夹紧装置允许所述管道相对于所述插入装置框架移动， f)在(d)之前，操作所述固定夹紧装置以转换至所述第一状态，以与所述管道的至少一部分刚性地接合，其中，在(C)中，所述可移动夹紧装置转换至所述第二状态，其中，在(d)中，所述可移动夹紧装置在所述第二方向上从所述第二位置移动至所述第一位置，而所述固定夹紧装置防止所述管道相对于所述插入装置框架移动。
20.至少一种非暂时的计算机可读介质，包括用来使至少一个控制器与管道插入装置操作性地连接以执行方法的可执行指令，包括: a)通过所述至少一个控制器的操作，使包括在所述管道插入装置中的可移动夹紧装置夹紧管道的至少一部分，其中，所述管道插入装置包括插入装置框架、与所述插入装置框架可滑动地接合的所述可移动夹紧装置、以及至少一个驱动器，其中，所述可移动夹紧装置用来沿着所述插入装置框架在第一位置和第二位置之间移动，其中，所述可移动夹紧装置操作性地被构造为在第一状态和第二状态之间转换，其中，在所述第一状态，所述可移动夹紧装置用来夹紧所述管道的所述至少一部分，并防止所述可移动夹紧装置与所述管道之间的相对运动，其中，在所述第二状态，所述可移动夹紧装置用来释放所述管道的所述至少一部分，并允许所述可移动夹紧装置与所述管道之间的相对运动；以及 b)通过所述至少一个控制器的操作，使所述至少一个驱动器将所述可移动夹紧装置沿着所述框架在第一方向上从所述第一位置移动至所述第二位置，这使得所述管道的部分在多个壳体段中的至少一个中的至少一个孔内移动以及在多个隔开的支撑框架中的至少一个中的至少一个通道内移动，其中，每个支撑框架的每个通道包括安装于其中的至少一个轴承，用于容纳所述管道的与所述至少一个轴承操作性地滑动连接的部分，其中，所述支撑框架分别定位在相邻壳体段的孔之间，使得所述壳体段的孔与所述支撑框架的通道对准，以在其中容纳以大致直线延伸的管道； c)通过所述至少一个控制器的操作，使所述可移动夹紧装置释放所述管道的所述至少一部分；以及 d)通过所述至少一个控制器的操作，使所述至少一个驱动器将所述可移动夹紧装置在与所述第一方向相反的第二方向上从所述第二位置移动至所述第一位置，且不相对于所述壳体段和所述支撑框架移动所述管道`。
全文摘要
管道插入系统(100)，可包括位于隧道之外的插入装置(102)，该插入装置包括插入装置框架(104)和与插入装置框架可滑动地接合的可移动夹紧装置(106)。驱动器可使与管道接合的可移动夹紧装置沿着框架在第一位置(108)和第二位置(110)之间移动。在隧道内，该系统还可包括远离插入装置且远离彼此的多个支撑框架(118)，当用插入装置推动(或拉动)管道通过安装于隧道中的多个壳体段(122)的孔时，所述支撑框架将管道支撑在轴承上。控制器(126)用来响应于测量管道滑动、推力和夹紧压力的变换器而控制驱动器和可移动夹紧装置。
文档编号B23P19/02GK103118832SQ201180036699
公开日2013年5月22日 申请日期2011年5月27日 优先权日2010年5月28日
发明者E·雷·法利, 本杰明·巴克 申请人:布拉斯方德美国公司