专利名称：一种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，在专用盾构机构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，吃管法是微型隧道铺管施工方法在管道更换领域的应用和改进。该施工方法采用安装在盾构机构上的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，新的管道连接在盾构机构的后部，被一起带入。旧管道碎屑穿过切削头，从后面连接的循环注浆管排出到地表。图1是现有吃管法进行非开挖管道更换设备的结构示意图。参考图1，在现有的吃管法施工设备及方法中，盾构机构I由位于其后端的液压推杆6通过新管道5向前推进，这种方法要求新管道5具有足够的抗压强度，从而限制了其使用范围。同时，在现有的吃管法施工方法中，破碎旧管道4产生的碎片透过盾构机构1，从后面的注浆机3的循环注浆管道排出到地表。由于碎片需要穿过切削头，容易造成堵塞，同时所用的刀具结构由于上述碎片的通过而变得复杂。
发明内容
鉴于上述，本发明提供一种以吃管法更换地下管道的非开挖方法及设备，它使用了前方牵引方式，扩大了吃管法换管的适用范围；同时从前端排出旧管道碎片，简化了设备的结构，减少了旧管道碎片堵塞设备的可能性。根据本发明的一个方面，提供了一种非开挖管道更换设备，包括:盾构机构、牵引机构，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，配合使用的注浆机的循环注浆管的注浆口和吸浆口沿旧管道布置到所述盾构机构的前端；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，前端的所述切削刀具破碎旧管道，产生的碎片由配合使用的注浆机通过循环注浆管从前方带出；在所述盾构机构向前运动时，连接在其后端的新管道被一起拉入，以完成新管道的铺设。所述的设备中，所述切削刀具最大直径处的直径大于旧管道外径且略大于新管外径，所述切削刀具的最小直径处的直径小于旧管道内径。所述的设备中，所述切削刀具呈锥形。根据本发明的另外一个方面，提供一种使用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:所述设备就位后，安装牵引好牵引机构、盾构机构和配合使用的注浆机，并通过牵引绳将所述设备的牵引器与所述设备的盾构机构的牵引绳连接装置连接起来，并将配合使用的注浆机的循环注浆管的注浆口和吸浆口沿旧管道布置到所述盾构机构的前端；开始施工:启动电源，所述设备的盾构机构的驱动器带动前端切削刀具快速旋转，对旧管道壁周围土层进行旋转切削，扩大孔径；所述牵引机构通过牵引绳拉动所述盾构机构不断前进；新管道连接在所述盾构机构的后端，随所述盾构机构的运动向前铺设；在所述盾构机构前端的旧管道内，配合使用的所述注浆机不断进行泥浆循环，以带走切削产生的碎屑；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。上述的非开挖方法及设备，由于使用了前方牵引方式，对新管道的抗压强度没有要求，扩大了适用范围；同时采用前端排出碎屑的方式，简化了设备的结构。
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是现有吃管法进行非开挖管道更换设备的结构示意图。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结构示意图。图3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。在实际使用中，有注浆机3与其配合使用。其中，盾构机构I包括位于前端的刀具11，以及位于中段的驱动器12，其中，刀具11呈圆锥形，其最大直径处直径略大于新管5的外径，最小直径处直径大于旧管道4的内径。同时，在盾构机构I的前端有用于连接牵引绳的牵引绳连接部件14，在盾构机构I的后端有用于连接新管道的新管道连接部件15。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32和循环注浆管31。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向前运动；在盾构机构I向前运动的过程中，驱动器12驱动外环刀具11快速旋转，对旧管道壁周围土层进行旋切扩径并使旧管壁破碎；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将泥浆通过注浆管31循环注入盾构机构I前端的旧管道，通过泥浆循环将切削产生的碎片从前方带出。第二实施例:图3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3，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，然后将的牵引器(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 ;并将所述设备的注浆管32置于旧管道4内盾构机构I的前端。之后，开始施工:启动电源，所述牵引机构2通过牵引绳21拉动所述盾构机构I不断前进，所述设备的盾构机构I的驱动器12带动刀具11快速旋转，对旧管道壁周围土层进行旋转切削，扩大孔径，同时将旧管道壁破碎；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；同时，所述设备的注浆机构3使用注浆泵32通过注浆管31将泥浆在刀具11前方的旧管道内不断循环，以带走切割产生的碎屑，并减小新管道5前进的阻力，润滑刀具。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
1.一种非开挖管道更换设备，包括: 盾构机构、牵引机构，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，配合使用的注浆机的循环注浆管的注浆口和吸浆口沿旧管道布置到所述盾构机构的前端； 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，前端的所述切削刀具破碎旧管道，产生的碎片由配合使用的注浆机通过循环注浆管从前方带出； 在所述盾构机构向前运动时，连接在其后端的新管道被一起拉入，以完成新管道的铺设。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述切削刀具最大直径处的直径大于旧管道外径且略大于新管外径，所述切削刀具的最小直径处的直径小于旧管道内径。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述切削刀具呈锥形。
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:所述设备就位后，安装牵引好牵引机构、盾构机构和配合使用的注浆机，并通过牵引绳将所述设备的牵引器与所述设备的盾构机构的牵引绳连接装置连接起来，并将配合使用的注浆机的循环注浆管的注浆口和吸浆口沿旧管道布置到所述盾构机构的前端; 开始施工:启动电源，所述设备的盾构机构的驱动器带动前端切削刀具快速旋转，对旧管道壁周围土层进行旋转切削，扩大孔径；所述牵引机构通过牵引绳拉动所述盾构机构不断前进；新管道连接在所述盾构机构的后端，随所述盾构机构的运动向前铺设；在所述盾构机构前端的旧管道内，配合使用的所述注浆机不断进行泥浆循环，以带走切削产生的碎屑； 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。
全文摘要
本发明提供了一种非开挖地下管道更换设备及其使用方法。该设备包括牵引机构、前端具有切削刀具的盾构机构。该设备的使用方法为在驱动器的作用下，盾构机构前端的切削刀具快速旋转，对旧管道壁进行破碎；在牵引机构的牵引下，盾构机构不断向前破碎旧管道，同时，连接在盾构机构后面的新管道也随之向前铺设。并且，利用配合工作的注浆设备不断注入循环泥浆，从盾构机构前方的旧管道中将切割产生的碎片带出。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F16L1/028GK103234076SQ20131011318
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
发明者禄苗苗, 肖剑 申请人:中冶交通工程技术有限公司