硬土、岩石非开挖铺管钻进施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及非开挖铺管钻进的施工方法，特别涉及一种黄板岩，红板岩，砂岩，强风化等地域硬土、岩石非开挖铺管钻进施工方法。
【背景技术】
[0002]非开挖硬土、岩石技术应用于地下管线的铺设，现都是采用泥浆马达岩石钻进工艺在硬岩中变角钻进，但这种工艺有很大的缺陷；泥浆马达受高速高压带砂泥浆的作用，损耗相当大。
[0003]对于非开挖铺管钻进机而言，采用泥浆马达也好，双钻杆驱动也好，都是利用导向仪器引导控制变向方向后，朝着预定方向(和原方向有1.5度一2度的夹角)切割，从而实现变向。我们使用镶嵌硬质合金刀头的钻头在IV、I象限做切削运动，切削后向IV、I象限切削区顶进，就可以实现向上的变角。传统的控制方式(向上变角)；1)正转切削顺序Fl-180° F2，停止切削(空转)转过F2 -270° F1。我们可以在转过F2 -270° Fl的过程中，我们可以停止液压顶推油缸(或推进液压马达)的供油而轻松实现这个动作。这种控制方法的优点是连续一个方向旋转，是一个好的方案，但由于IV、I象限的切削作用，镶嵌硬质合金刀头的钻头板在IV、I象限不断的向前顶推，而IIJII象限由于顶推力的卸载而没有改变，在岩石较硬时势必造成钻杆的不断伸缩状态，若岩石较软时造连带切削造成变向误差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是提供一种可以在硬土层、岩石层中实现导向变向，在导向变向过程中，由于硬土层较硬，导向斜掌要在导向方向上多次的切削才能破碎硬土，所以要是圆周的某一角度上多次切削，而又不破坏非导向方面上岩土层，以达到沿导向轨迹钻进的硬土、岩石非开挖铺管钻进施工方法。
[0005]本发明的解决方案是这样的:
一种硬土、岩石非开挖铺管钻进施工方法，包括步骤:
(1)、设置切削区域步骤:在切削区中设置:起点Fl和终点F2，终点F2位于起点Fl顺时针方向，起点Fl与终点F2之间的区域设置为切削区域；
(2)、设置钻杆顶进时间步骤:设置钻杆顶进时间为Tl，钻杆后退时间为T2，其中Tl>
T2 ；
(3)、钻进步骤:正向推进，钻杆顶进时间为Tl，后自起点Fl向终点F2顺时针进行正向切削，并保持正向推进；到达F2点后反向后推后，钻杆后退时间为T2，自终点F2向起点Fl逆时针反向回转。更具体的技术方案还包括:还包括感应器设置步骤，在切削区域起点设置起点感应器K1，在切削区域终点设置终点压器K2，用于测量钻头转动位置。
[0006]进一步的:在钻杆顶进时间Tl后，钻杆自起点感应器Kl开始为正向推进，正向切肖|J，钻杆切削到终点感应器K2，终点感应器K2发出信号，控制钻杆反向后推，在钻杆后退时间T2后，反向回转，钻杆切削到起点感应器KI，起点感应器KI发出信号，控制钻杆再次正向推进，正向切削；重复上述过程，进行钻进施工。
[0007]进一步的:所述的起点感应器K1、终点感应器K2为活动可调结构，用于调节角度测量。
[0008]本发明的优点是由于采用某一角度上多次切削，而又不破坏非导向方面上岩土层，以达到沿导向轨迹钻进的目的，施工简单，施工成本低，可以实现在启动程序号无人操作的智能化控制，就国内大部分地层而言，应该说应用范围很广。特别是黄板岩，红板岩，砂岩，强风化等地域，应用广泛。
【附图说明】
[0009]图1是本发明切削区域的设定示意图。
[0010]图2是钻杆顶进时间Tl与钻杆后退时间T2的关系不意图。
[0011]图3是钻杆钻进的一个周期施工方法示意图。
[0012]图4是本发明采用的一种角度感应装置安装于钻机的结构示意图。
[0013]图5是图4所示角度感应装置取消钻机部件后的相对结构示意图。
[0014]图6是是图5的A-A剖视图。
[0015]图7是固定盘2的结构示意图。
[0016]图8是图7的B-B剖视图。
[0017]图9是本发明采用的一种液压系统原理图。
[0018]附图中，1、动力头，2、固定盘，3、第一转动盘，4、感应片，5、第二感应器，6、端盖，7、固定螺栓，8、固定盘螺栓，9、第一感应器支架，10、第二转动盘调节槽，11、第二转动盘，12、第一感应器，13、感应片支架，14、感应片支架定位螺栓。
【具体实施方式】
[0019]本实施例是以原有非开挖铺管钻进机的操作为例进行说明，本发明的施工方法中，增加如下步骤:
(1)、设置切削区域步骤:在切削区中设置:起点Fl和终点F2，终点F2位于起点Fl顺时针方向，起点Fl与终点F2之间的区域设置为切削区域，如图1所示；
(2)、设置钻杆顶进时间步骤:设置钻杆顶进时间为Tl，钻杆后退时间为T2，其中Tl>T2，如图2所示；
(3)、钻进步骤:钻杆正向推进时间为Tl后，自起点Fl向终点F2顺时针进行正向切削；反向后推，钻杆后退时间为T2，再自终点F2向起点Fl逆时针反向回转，一个循环周期的操作如图3所示。
[0020]为实现启动程序无人操作的智能化控制，在切削区域起点设置起点感应器K1，在切削区域终点设置终点压器K2，用于测量钻头转动位置。
[0021 ] 钻杆正向推进，顶进时间Tl后，自起点感应器Kl开始正向切削，到终点感应器K2，终点感应器K2发出信号，控制钻杆反向后推，钻杆后退时间T2时，反向回转，在钻杆回转到起点感应器K1，起点感应器Kl发出信号，控制钻杆再次正向推进，正向切削；重复上述过程，进行钻进施工，利用起点感应器Kl和终点感应器K2，配合自动控制器如PLC控制器。
[0022]其中，起点感应器Kl和终点感应器K2为活动可调结构，可任意调节测量的角度。
[0023]本发明的施工方法在具体施工时的例子为:施工需要向上变角，使用镶嵌硬质合金刀头的钻头在IV、I象限做切削运动，正转切削270° -0° -90°，反转(停止切削)90° -0° -270°。这样的方式可以避免反转导致钻杆松扣导致动力传动链的中断。其工作效率高于传统的施工方法。
[0024]本发明采用的角度感应装置如图4、5所示，包括固定组件和转动组件，所述固定组件包括固定盘2、第一转动盘3、第二转动盘11，其中第一转动盘3、第二转动盘11的位置由固定螺栓进行定位，如图5、6所示，第一转动盘3由固定螺栓7扭紧固定位置，第二转动盘11由固定盘螺栓8与第二转动盘调节槽10进行扭紧固定位置；在第一转动盘3上固定有第一感应器12，在第二转动盘11上固定有第二感应器5，所述固定盘2固定于钻机动力头端盖6 ;所述转动组件具的感应片支架13和安装于感应片支架的感应片4，所述感应片支架13固定于动力头I的转动轴上，使感应片4转动到第一感应器或者第二感应器的位置时，处于第一、第二感应器的感应区域内，其中第一感应器12为图1中的起点感应器K1，第二感应器5为图1中的终点感应器K2。
[0025]如图5所示，所述第二转动盘11的周向设置有转动盘调节槽10，所述第一转动盘3设置有固定盘螺栓8，如图4、5所示，固定盘螺栓8卡在转动盘调节槽10处，当固定盘螺栓8扭紧时，将第一转动盘3与第二转动盘11压紧从而固定第二转动盘11的位置。
[0026]本发明的液压控制系统如图9所不在原钻机液压系统中，有手动控制推拉阀P5和手动控制旋转阀P6，本发明增加有推拉控制阀Pl和旋转控制阀P2，所述的推拉控制阀Pl并联于手动推拉控制阀P5，所述的旋转控制阀P2并联于手动旋转控制阀P6 ;其中推拉控制阀Pl和旋转控制阀P2是第一、第二感应器发出的信号控制。
[0027]以图9所示系统为例，本发明的工作原理为:
启动程序，⑴PLC给推拉控制阀Pl的al端供电，⑵推拉控制阀Pl电磁阀启动，al端液压油口接通P3液压阀al2，⑶推进马达Ml正向推动顶进时间Tl。完成上面后，⑷PLC给旋转控制阀P2的a2端供电，(5) a2端液压油口接通P4液压阀a22，(6)旋转马达M2正转切削在第一感应器12、第二感应器5之间顺时针正切削，同时al端液压油口接通让Ml保持顶进力；(7)正转切削到第二感应器5感应点，第二感应器5得电启动，⑶给PLC输入一高电位信号，(9) PLC输出信号到推拉控制阀Pl电磁阀b2端液压油口接通P3液压阀b22，(10)推进马达Ml反向推动钻杆后退时间T2。(11) PLC启动旋转控制阀P2的b2端供电，(12) b2端液压油口接通P4液压阀b22，旋转马达M2反转到第一感应器12，(13)第一感应器12得电，启动PLC，循环到步骤⑴直到完成在这一角度上的导向。(14)停止切削。
[0028]在实际使用时，通过固定螺栓7、固定盘螺栓7可调节第一转动盘3、第二转盘11的位置，就可以调节第一感应器12、第二感应器5的位置，实现角度的调节。
【主权项】
1.一种硬土、岩石非开挖铺管钻进施工方法，其特征在于:包括步骤: (1)、设置切削区域步骤:在切削区中设置:起点Fl和终点F2，终点F2位于起点Fl顺时针方向，起点Fl与终点F2之间的区域设置为切削区域； (2)、设置钻杆顶进时间步骤:设置钻杆顶进时间为Tl，钻杆后退时间为T2，其中T1>T2 ； (3)、钻进步骤:正向推进，钻杆顶进时间为Tl，后自起点Fl向终点F2顺时针进行正向切削时，保持正向推进；到终点F2后反向后推，钻杆后退时间为T2， 再自终点F2向起点Fl逆时针反向回转到起点Fl。
2.根据权利要求1所述的硬土、岩石非开挖铺管钻进施工方法，其特征在于:还包括感应器设置步骤，在切削区域起点设置起点感应器K1，在切削区域终点设置终点压器K2，用于测量钻头转动位置。
3.根据权利要求2所述的硬土、岩石非开挖铺管钻进施工方法，其特征在于:开始为正向推进，钻杆顶进时间Tl，后钻杆自起点感应器Kl正向切削，保持正向推进，钻杆切削到终点感应器K2，终点感应器K2发出信号，控制钻杆反向后推，在钻杆后退时间T2后，反向回转，钻杆回转到起点感应器KI，起点感应器KI发出信号，控制钻杆再次正向推进，正向切削；重复上述过程，进行钻进施工。
4.根据权利要求2或3所述的硬土、岩石非开挖铺管钻进施工方法，其特征在于:所述的起点感应器K1、终点感应器K2为活动可调结构，用于调节角度测量。
【专利摘要】一种硬土、软岩非开挖铺管钻进施工方法，包括设置切削区域步骤：在切削区中设置：起点F1和终点F2，终点F2位于起点F1顺时针方向，起点F1与终点F2之间的区域设置为切削区域；设置钻杆顶进时间步骤：设置钻杆顶进时间为T1，钻杆后退时间为T2，其中T1＞T2；钻进步骤：正向推进钻杆顶进时间为T1，自起点F1向终点F2顺时针进行正向切削，并保持正向推进；到达终点F2后，反向后推钻杆后退时间为T2后，自终点F2向起点F1逆时针反向回转。其优点由于采用某一角度上多次切削，而又不破坏非导向方面上岩土层，以达到沿导向轨迹钻进的目的，是施工简单，施工成本低，可以实现在启动程序号无人操作的智能化控制。
【IPC分类】E21B7-04
【公开号】CN104763331
【申请号】CN201410470586
【发明人】黄成博, 周旭明, 潘文飞, 莫秀荣
【申请人】柳州固瑞机械有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年9月16日