专利名称：一种具有双环刀的非开挖管道更换设备及其使用方法
技术领域：
本公开涉及一种具有双环刀的非开挖管道更换设备及其使用方法，属于非开挖技术领域。
背景技术：
随着城市化进程的不断加快，城市地下空间中管线日益增多，因而产生对旧管道进行更换的需要。这些需要更换的管道一般铺设在人口稠密、商业繁华的市区，往往在管道周边充塞着其他的一些管线，在管道的上面还骑压着建筑物或处于道路下方。开挖施工将造成交通堵塞、绿地和园林的毁坏，也可能对其它一些管道、电缆等地下公共设施造成毁坏。随着非开挖技术的不断发展和完善，解决这一问题最好的方法就是由此而生的非开挖管道更换技术。由于该技术具有施工场地小、施工简单、造价较低等优点得到了广泛应用。旧管线的非开挖更换实际上是在旧管线的原位处进行更换，即以要更换的旧管为向导，在专用机具破碎旧管的同时将直径相同或稍大的新管拉入或顶人以取代旧管完成更换作业。主要的非开挖更换技术有爆管法、吃管法等。其中，吃管法是在微型隧道铺管工法在管道更换领域的应用和改进。该工法采用切屑刀具将待换的旧管道碾碎。特殊设计的切屑刀具可以“吃”掉管道和土层以及土层内的任何障碍物。管道碎屑通过切削头后面·连接的新管道排出到地表。新的管道连接在挖掘机的后部被带入。图1是现有吃管法管道更换设备的示意图。如图1所示，现有吃管法所使用的盾构机构一般包括一个切屑头91和一个盾构体92。切屑头91上装有切屑齿，用来切屑旧管道
4。切屑头安放在盾构体92的边缘，将土层切屑到安装新管道所需要的直径。切屑头内是圆锥形的掘进头93，工作时将其插入到要替换的旧管道4，给管道一个张力这样可以减少切屑齿的磨损。但是，由于碎屑被沿圆锥形的掘进头推向外边缘，不利于管道碎屑的排出，容易造成碎屑堵塞在盾构机构的前端，降低了施工的效率。
发明内容
鉴于上述，本发明的提供一种以吃管法进行非开挖地下管道更换的设备及施工方法，使用安装在盾构机构上的外环刀具旋切旧管道周围地层，使用固定在盾构机构上呈漏斗状的内环刀具切削和挤压旧管道，使其破碎，这样能更好地排出旧管道碎屑。根据本发明的一个方面，提供一种具有双环刀的非开挖管道更换设备，包括:牵弓I机构、盾构机构和注浆机构，其中，所述牵引机构通过牵引绳连接到所述盾构机构的前端，拉动所述盾构机构向前运动，所述注浆机构通过循环注浆管从后端连接到所述盾构机构；所述盾构机构包括位于前端的切削刀具和位于后端的驱动机构，且在其前端具有牵引绳连接部件，在其后端具有新管道连接部件；
在所述盾构机构向前运动时，前端的切削刀具破碎旧管道，产生的碎片由所述注浆机构通过循环注浆管带出；在所述盾构机构向前运动时，同时铺设连接在所述盾构机构后端的新管道；上述设备的特征在于，所述盾构机构前端的切削刀具包括外环刀具和内环刀具，所述外环刀具位于盾构机构前端径向边缘，由所述驱动机构驱动旋转，用于切削旧管道周围地层，将孔道直径扩大以铺设新管道，所述内环刀具呈漏斗状，位于所述外环刀具的内侧并固定在所述盾构机构上，用于切割和挤碎旧管道的管壁。所述设备的特征在于，所述外环刀外径略大于需铺设的新管外径，其内径大于需更换的旧管道外径。所述设备的特征在于，所述呈漏斗状的内环刀具，其外径大于需更换的旧管道外径，内径小于需更换的旧管道内径。根据本发明的另一方面，提供一种使用权力要求I所述设备进行非开挖管道更换的方法，包括如下步骤:施工前准备:了解地层和地下水的情况，以及地下已有管线和其他埋设物的位置，并解决施工用电、用水；基坑开挖:在需要更换的旧管道两端分别挖两个工作坑，同时准备泥浆池；设备安装:如权力要求I所述的设备就位后，安装所述牵引机构、所述盾构机构和所述注浆机构，并通过牵引绳将所述牵引器与所述盾构机构连接起来，并将所述循环泥浆管置于新管道内，将其注浆口和吸浆口分别安装到驱动器末端的开口处；
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换管施工:启动电源，所述牵引器通过牵引绳拉动所述盾构机构沿旧管道向前进行施工作业，破碎旧管道并铺设新管道，同时所述注浆机构在新扩径的孔内做泥浆循环，带走切割下来的旧管道碎屑；施工结束:将所述设备移出工作坑，对新管道进行处理并填埋工作坑；上述施工步骤的特征在于，在上述换管施工步骤中:随所述盾构机构的前进，呈漏洞状的所述内环刀具切割并向内挤压旧管道壁，将
旧管道壁破碎；所述盾构机构的驱动器带动所述外环刀具快速旋转，对旧管道壁周围地层进行旋切扩径。采用上述的设备及方法进行非开挖管道更换，能更好地排出旧管道碎片，避免堵塞，提高施工效率。
根据下述参照附图进行的详细描述，本发明的特征和优点将变得更加显而易见。在附图中:图1是现有吃管法管道更换设备的示意图。图2是根据本发明的第一实施例的非开挖管道更换设备的示意图。图3是外环刀具和内环刀具的结构示意图。图4是使用本发明的第二实施例的非开挖管道更换方法进行管道更换施工的示意图。
具体实施例方式下面将参考附图描述本发明。应该明白的是，本文所说明发明可以用多种多样形式具体实现，并且在本文中公开的任何具体结构、功能或两者仅仅是代表性的。基于本文的说明，本领域技术人员应该明白的是，本文所公开的一个方面可以独立于任何其它方面实现，并且这些方面中的两个或多个方面可以按照各种方式组合。同时，本文附图中各部分的尺寸与实际并不完全一致，而会因为方便和清晰起见做放大或缩小。第一实施例:图2是根据本发明的第一实施例的非开挖管道更换设备的示意图。如图2所示，根据本发明的第一实施例的非开挖管道更换设备包括:盾构机构1、牵引机构2以及注浆机构3。其中，盾构机构I包括外环刀具11、内环刀具12、驱动器16、以及牵引绳连接部件13和新管道连接部件14。牵引机构2包括牵引器22和牵引绳21。注浆机构3包括注浆泵31和循环注浆管32。外环刀具11和内环刀具12由驱动器16驱动旋转；图3是外环刀具和内环刀具的结构示意图。如图3所示，外环刀具11安装在盾构机构I前端径向外缘，在其内侧是内环刀具12，内环刀具12呈漏斗状。盾构机构I的前端中心固定有牵引绳连接部件13，所述牵引机构2的牵引器22通过牵引绳21与其连接，以拖动盾构机构I向前运动；盾构机构I通过其后端的 新管道连接部件14连接将铺设的新管道5 ；注浆机构3的循环泥浆管32从新管道5内进入驱动机构I，其注浆口和吸浆口通过所述驱动器末端的开口伸出，通过所述注浆机构3的注浆泵31可以进行泥浆循环。工作时，牵引器22通过牵引绳21拖动盾构机构I沿旧管道4的轴线向前运动；在盾构机构I向前运动的过程中，驱动器16驱动外环刀具11和内环刀具12快速旋转，环刀具11对旧管道壁周围地层进行旋切扩径，呈漏斗状的内环刀具12切割旧管道4的管壁并向内挤压使管壁破碎；随着盾构机构I的前进，连接在其后端的新管道5也向前铺设；同时，注浆机构3使用注浆泵32将泥浆通过循环泥浆管31循环注入新扩径的孔内，润滑刀具，减小新管5和地层的摩擦力，并将破碎的旧管道带出。第二实施例:根据本实施例所述的施工方法，不需要对管道做全线开挖即可完成管道的更换。图4是使用本发明的第二实施例的非开挖管道更换方法进行管道更换施工的示意图。参考图4，在使用本发明的非开挖管道更换设备进行管道更换施工时，按如下步骤进行:首先，做施工前准备:了解地层和地下水的情况，以及地下已有管线和其他埋设物的位置，并解决施工用电、用水；然后，基坑开挖:在需要更换的旧管道前后两端分别挖两个工作坑61和62，同时准备泥浆池。之后，安装设备:所述管道更换设备就位后，首先将盾构机构I运送到工作坑62中，布置在与旧管道同轴的位置，然后将牵引器(卷扬机)22固定在工作坑61边缘，并通过变向滑轮，以牵引绳连接牵引器22和所述设备的盾构机构I ;并将所述设备的循环泥浆管32置于新管道5内，将循环泥浆管32的注浆口和出浆口分别安装到驱动器16上。之后，开始施工:启动电源，所述设备的盾构机构I的驱动器16带动外环刀具11和内环刀具12快速旋转，外环刀具11对旧管道壁周围地层进行旋切扩径；所述设备的牵引器22通过牵引绳21拉动所述盾构机构I不断前进，所述盾构机构I的内环刀具12在切割旧管道4的管壁的同时将旧管道壁挤压破碎；新管道5连接在所述盾构机构I的后端，并随盾构机构I的运动向前铺设新管道；同时，所述设备的注浆机构3使用注浆泵32通过循环泥浆管31将泥浆在新扩径的孔内不断循环，以减小新管道5前进的阻力，润滑刀具，并带走切割下来的旧管道4的碎屑。最后，施工结束:将所述设备移出工作坑，对新管道进行处理并填埋工作坑。虽然参照附图对根据本发明的实施例进行了如上描述，但是本领域技术人员应当理解，对上述发明所提出的实施例，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护 范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
权利要求
1.一种具有双环刀的非开挖管道更换设备，包括: 牵引机构、盾构机构和注浆机构，其中， 所述牵引机构通过牵引绳连接到所述盾构机构的前端，拉动所述盾构机构向前运动，所述盾构机构的后端连接有新管道，所述注浆机构通过循环注浆管从后端连接到所述盾构机构； 所述盾构机构包括位于前端的切削刀具和位于后端的驱动机构，所述驱动机构驱动所述切削刀具快速旋转； 在所述盾构机构向前运动时，前端的切削刀具破碎旧管道，产生的碎片由所述注浆机构通过循环注浆管带出； 在所述盾构机构向前运动时，同时铺设连接在其后端的新管道； 上述设备的特征在于， 所述盾构机构前端的切削刀具包括外环刀具和内环刀具，所述外环刀具位于盾构机构前端径向边缘，用于切削旧管道周围地层，将孔道直径扩大以铺设新管道，所述内环刀具呈漏斗状，位于所述外环刀具的内侧，用于切割和挤碎旧管道的管壁。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述外环刀外径略大于需铺设的新管外径，其内径大于需更换的旧管道外径。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述呈漏斗状的内环刀具，其外径大于需更换的旧管道外径，内径小于需更换的旧管道内径。
4.一种使用权力要求I所述设备进行非开挖管道更换的方法，包括如下步骤: 施工前准备:了解地层和地下水的情况，以及地下已有管线和其他埋设物的位置，并解决施工用电、用水； 基坑开挖:在需要更换的旧管道两端分别挖两个工作坑，同时准备泥浆池； 设备安装:如权力要求I所述的设备就位后，安装所述牵引机构、所述盾构机构和所述注浆机构，并通过牵引绳将所述牵引器与所述盾构机构连接起来，并将所述循环泥浆管置于新管道内，将其注浆口和吸浆口分别安装到驱动器末端的开口处； 换管施工:启动电源，所述牵引器通过牵引绳拉动所述盾构机构沿旧管道向前进行施工作业，破碎旧管道并铺设新管道，同时所述注浆机构在新扩径的孔内做泥浆循环，带走切割下来的旧管道碎屑； 施工结束:将所述设备移出工作坑，对新管道进行处理并填埋工作坑； 上述施工步骤的特征在于，在上述换管施工步骤中: 随所述盾构机构的前进，呈漏洞状的所述内环刀具切割并向内挤压旧管道壁，将旧管道壁破碎； 所述盾构机构的驱动器带动所述外环刀具快速旋转，对旧管道壁周围地层进行旋切扩径。
全文摘要
本发明提供了一种具有双环刀的非开挖地下管道更换设备及方法。该设备包括具有外环刀具和内环刀具的盾构机构、注浆机构、以及牵引机构。该设备使用方法为在驱动器的作用下，盾构机构前端的刀具快速旋转，外环刀具对旧管道壁周围地层进行旋切扩径，呈漏斗的内环刀具状向前切割旧管道壁的同时向内挤压使得管壁破碎；牵引器牵引盾构机构不断向前破除旧管道的同时，连接在盾构机构后面的新管道也随之向前铺设；注浆机构不断注入循环泥浆，润滑刀具，并将切割旧管道壁产生的碎屑带出管道。该设备可以在非开挖条件下完成地下管道更换，效率高，对周边影响小。
文档编号F16L1/028GK103234075SQ201310113108
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者肖剑, 费利东 申请人:中冶交通工程技术有限公司