自平衡双向吃管替换修复方法及装置与流程

本发明涉及管道施工技术领域，更具体地，本发明涉及一种自平衡双向吃管替换修复方法及装置。

背景技术

地下管道非开挖修复技术是解决地下管道损坏难题的微创技术，非开挖修复方法的整体优势在于修复的负面影响小，占用场地比较少，对地面、交通、环境以及周围地下管线等等的影响很微弱。非开挖修复技术在排水管道修复领域必将得到大力推广。

当旧有污水管网存在渗漏时，经cctv检测(中央控制工业管道内窥摄像)后开展非开挖修复。软管内衬法是一种现有的非开挖修复技术，也称原始固化法(cipp)，是在现有的旧管道内壁上衬一层浸渍液态热固性树脂的软衬层，通过加热(利用热水、热汽或紫外线等)或常温使其固化，形成与旧管道紧密配合的薄层管，管道断面几乎没有损失，但其流动性能大大改善了。

u型内衬hdpe管修复技术是另一类常见的非开挖修复技术，其原理是采用外径比旧管道内径略小的hdpe管，通过变形设备将hdpe管压成u型并暂时捆绑以使其直径减小，通过牵引机将hdpe管穿入旧管道，然后利用水压或气(汽)压与通软体球将其打开并恢复到原来的直径，使hdpe管涨贴到旧管道的内壁上，与旧管道紧密的配合，形成hdpe管的防腐性能与原管道的机械性能合二为一的一种“管中管”复合结构。管道修复后在使用过程中，由于管内存在介质压力，内衬管最终会紧贴于原管内壁。此类修复技术一般适用于结构性破坏不严重的直圆形管道

然而，对于部分位置坍塌变形严重的管道，待修管道的绝大部分管材结构已完全破坏无法恢复，基本无法采取现有的非开挖修复措施。旧管道初铺设时有的采用开挖有的采用非开挖，原来开挖的管道上方回填可能是石粉或中粗砂，而非开挖施工的埋设较深。如果塌陷管道所处位置地下水较丰富，管道修复还需考虑周密的止水措施。这些因素导致现有的非开挖修复技术均无法使用。

因此，本领域需要一种新型的非开挖修复技术，至少部分地解决现有的管道修复技术中存在的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的一些实施例提供一种自平衡双向吃管替换修复方法，包括：对原有管道进行清理；在第一检查井和第二检查井之间，采用水平定向钻导向穿过，然后回拖并带回中心锁杆，其中所述中心锁杆的两端分别固定在第一检查井和第二检查井内；在第一和第二检查井内的中心锁杆上两端分别安装液压顶进设备，双向同时向中心锁杆的中间顶进外管；外管顶进完工后，清除外管内杂物。

在本发明的一个实施例中，在对原有管道进行清理之后，还包括:

进行管道上覆土土体固化；

进行管道内进行粘土水泥混合物填充。

在本发明的一个实施例中，该方法还包括：

在检查井外，对钢制外管进行切割，分片进入检查井后做管片，在井底焊接处理。

在本发明的一个实施例中，在顶进过程中，外管阻力值达到预定值时，停下并拆除液压顶进设备，清除外管内杂物和废管，然后重新安装液压顶进设备，双向同时向中心锁杆的中间顶进外管。

在本发明的一个实施例中，该方法还包括：

在外管内安装内管；

在第一检查井和第二检查井中进行封头，并留孔作环空填充注浆。

本发明的另一些实施例提供一种管道双向液压顶进设备，包括：

中心锁杆，所述中心锁杆贯穿在第一检查井和第二检查井之间，并且所述中心锁杆的两端分别固定在第一检查井和第二检查井内；

处于第一检查井内的第一后挡板和第一液压油缸；

处于第二检查井内的第二后挡板和第二液压油缸，

其中所述第一后挡板和第二后挡板对称固定在所述中心锁杆的两端，

所述第一液压油缸和第二液压油缸分别包括一个或多个平行设置的油缸，所述第一液压油缸的后端固定连接在第一后挡板上，第一液压油缸的油缸头与第一顶板连接，所述第二液压油缸的后端固定连接在第二后挡板上，第二液压油缸的油缸头与第二顶板连接，第一液压油缸的油缸头与第二液压油缸的油缸头的顶进方向相反，

其中在顶进过程中，所述第一液压油缸和第二液压油缸同时分别推动所述第一顶板和第二顶板向中心锁杆的中间顶进。

在本发明的另一个实施例中，所述第一液压油缸包括第一前挡板和第一外壳，所述第二液压油缸分别包括第二前挡板和第二外壳，所述中心锁杆贯穿所述第一后挡板、所述第一液压油缸、第一前挡板、第一外壳、所述第二后挡板、所述第二液压油缸、第二前挡板和第二外壳。

在本发明的另一个实施例中，该管道双向液压顶进设备还包括第一顶进头和/或第二顶进头，所述第一顶进头和第二顶进头分别设置于所述第一液压油缸和第二液压油缸外部朝向顶进方向的一侧，与第一顶板和第二顶板同步顶进。

在本发明的另一个实施例中，所述第一顶进头和第二顶进头分别包括安装在侧面的切刀，用于在顶进过程中对外管内的杂物进行切割。

在本发明的另一个实施例中，在顶进过程中，中心锁杆两端的液压顶进设备的顶进受力均施加在中心锁杆上，且方向相反，在中心锁杆上形成受力自平衡，顶进受力与井体无关。

通过本发明公开的自平衡双向吃管方法及设备进行非开挖管道修复不仅具有占用场地少、对地面、交通、环境以及周围地下管线等等影响小等优点，还具有成本低、作业环境要求低的优点。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的一个实施例的非开挖修复的预处理工艺的流程图。

图2a至图2c示出根据本发明的一个实施例的管道双向液压顶进设备的结构示意图。

图3示出根据本发明的一个实施例的非开挖修复的管道修复工艺的流程图。

图4示出根据本发明的一个实施例的利用复合实壁管形成的具有承口和插口结构的管体400。

图5示出根据本发明的一个实施例的两节双密封自锁承插管的接口部分的截面示意图。

图6a示出根据本发明的一个实施例的柔性密封自锁承插接口300的截面示意图。

图6b示出承口管体和插口管体以小角度α偏转后的接口横截面示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

针对现有非开挖措施无法解决的塌陷点或变形损毁段问题，本发明提出了一种新型非开挖修复预处理工艺“自平衡双向吃管法”。针对待修复管道绝大部分塌陷严重的情况，其中有部分可能已有过缩径处理后再二次待修，而待修管道绝大部分其管材结构性己完全破坏无法恢复，并且管上部多为回填层，散体料为主，局部有块状物，地下水丰富，经本发明的公开的预处理工艺处理后，可再采用“内衬修复”或“替换修复”进行完整修复。该修复方法包含“预处理”和“管道修复”两个阶段。“预处理”阶段是对现有塌陷点进行非开挖处理，使其具备后续非开挖修复施工的条件；“管道修复”阶段是在预处理完成后，采取内衬或替换方法实现新的具备完整功能的污水管道。

图1示出根据本发明的一个实施例的非开挖修复的预处理工艺的流程图。

在步骤101，进行堵砌管道。封堵上下游管道。

在步骤102，进行管道清理。并对原管道内块状物进行清除并排水。

在本发明的实施例中，如果地下水特别丰富，无法排干处作特殊处理，不予清理。

当地下水非常丰富时，在步骤103，进行管上覆土土体固化。在步骤104，进行管内沾土水泥混合物填充。

对原管道上覆土进行重复注浆填充处理，注浆采用水泥和黏土混和物，控制注浆后土体在黏土的硬塑状态。地下水严重处和管道破坏严重处，实行覆土注浆和全管内注浆填充。例如，注浆可以是水泥和细黄土的混合物。

当地下水较少时，可以省略步骤103和104。

在步骤105，对现有检查井的井内和管口进行处理，以便满足后续处理所需的施工条件。例如，对检查井进行止水加固。如果检查井是圆形，则需将圆形检查井修成平面。

注浆固化后，在步骤106，在检查井之间，采用水平定向钻从管中导向穿过，然后回拖并带回中心锁杆。通过水平定向钻机的控向系统引导钻头从第一检查井内按正确钻进的方向钻进，当钻头到达第二检查井后，在钻头顶部固定中心锁杆，回拖钻头并带回中心锁杆，两井中心锁杆贯通后定向钻撒退离场，对中心锁杆进行固定定位。中心锁杆的两端分别固定在第一检查井和第二检查井内。

在步骤107，在第一和第二检查井内的中心锁杆上两端分别安装液压顶进设备，同时双向向中间顶进外管。在本发明的具体实施例中，外管可以是钢套管，外管的直径可以大于原管径。下面，将结合附图具体介绍管道双向液压顶进设备的具体结构。在本发明的一个实施例中，在安装液压顶进设备之前，可以在中心锁杆与检查井交叉的位置形成人工扩井口，以便于液压顶进设备以及外管的安装和顶进操作。人工扩井口的具体结构示意图可参见图2a和图2b。

图2a示出根据本发明的一个实施例的管道双向液压顶进设备横截面示意图；图2b示出根据本发明的一个实施例的带顶进头的管道双向液压顶进设备横截面示意图；图2c示出根据本发明的一个实施例的管道双向液压顶进设备的部分立体示意图。

该管道双向液压顶进设备分别安装在中心锁杆210的两端，中心锁杆210的两端分别固定在第一检查井201和第二检查井内202内。在安装液压顶进设备之前，可以在中心锁杆与检查井交叉的位置形成人工扩井口203。

如图2a所示，液压顶进设备包括后挡板220、液压油缸230。后挡板220通过固定装置221固定连接在中心锁杆210上。后挡板220的一面与液压油缸230的后端底座固定连接，为液压油缸230提供顶进受力。液压油缸230的顶进受力通过后挡板220施加到中心锁杆210。

液压顶进设备还包括顶板240，顶板240与液压油缸230的油缸头连接，在外管顶进过程中，随液压油缸230的伸缩端前后移动。外管250固定在顶板240上。

液压油缸230可包括两个或更多个平行设置的油缸，油缸的底座固定连接在后挡板220上，油缸头与顶板240连在一起，油缸头与顶板240实现同步顶进和回缩。液压油缸230还可包括前挡板260和外壳261。前挡板260和外壳261可用于阻挡外部杂物进入油缸工作区域，影响油缸正常工作。中心锁杆210可贯穿后挡板220、顶板240以及前挡板260。

在本发明的一个实施例中，可在前挡板260外部朝向顶进方向的一侧安装顶进头270，如图2b所示。顶进头270与外管250实现同步顶进，并通过安装在侧面的切刀271对外管内的杂物(包括废弃管道等)进行滚动碾压切割。

图2c进一步示出管道双向液压顶进设备的部分立体示意图。为了显示清楚，未示出外管。顶进头270可包括依次连接的空心轴272、第一空心椎体273、空心圆柱体274以及第二空心椎体275。切刀271设置在空心圆柱体274以及第二空心椎体275的连接处。可以按照对称或非对称的方式设置多个切刀271。

空心轴272的一端连接到前挡板260，另一端与第一空心椎体273的顶端固定连接。第一空心椎体273的底端与空心圆柱体274的一端固定连接。空心圆柱体274的另一端与第二椎体275的底端固定连接。中心锁杆210贯穿空心轴272、第一空心椎体273、空心圆柱体274以及第二空心椎体275。

在中心锁杆两端的液压顶进设备均安装完成后，将第一节外管250固定在顶板240上并进行中心定位，且第一节外管穿过中心锁杆210。液压油缸230油缸头伸出，顶进第一节外管，顶进到位后，将第一节外管与顶板240分离，液压油缸230回位，将第二节外管通过接头与第一节外管连接紧固，将第二节外管250固定在顶板240上并进行中心定位，且第二节外管同样穿过中心锁杆210，重复作业进行外管顶进。

例如，可将该双向液压顶进设备设计为双向合力120吨，自锁吃进。中心锁杆两端的液压顶进设备的顶进受力均施加在中心锁杆上，且方向相反，在中心锁杆上形成受力自平衡，顶进受力与井体无关。因此，不需要将井体作为液压靠背，液压顶进对井体本身的结构强度没有要求，且液压顶进过程中基本不会对井体结构产生损害。另外，在顶进过程中，中心锁杆两端外管所受阻力可能不同，因此，中心锁杆两端外管可以不同步前进。中心锁杆一端的外管的顶进速度可大于中心锁杆另一端的外管的顶进速度。当中心锁杆两端外管相遇时，完成外管顶进。

在本发明的一些实施例中，由于井口限制，大口径钢制外管可能无法进入检查井，此时，可以在检查井外，对钢制外管进行切割，分片进入检查井后做管片井底焊接处理。

在本发明的一些实施例中，在顶进过程中，外管阻力会越来越大，因此需要监控外管阻力值，当该阻力值到预定值时，停下拆除液压设备并清除套管内杂物和废管，然后继续前顶。

外管顶进完工后，在步骤108，清除外管内杂物。在本发明的一个实施例中，清除外管内杂物可包括取出废弃旧管道、清理管道以及渣土外弃等。完成杂物清理后，非开挖修复的预处理工艺结束。

图3示出根据本发明的一个实施例的非开挖修复的管道修复工艺的流程图。

在步骤301，在外管内安装内管。内管的直径小于外管的直径。表1示出根据本发明的一些实施例的待修复管道口径与外管直径、内管口径的尺寸对照表。

表1待修复管道口径与外管直径、内管口径的尺寸对照表

在本发明的一些实施例中，内管是具有承口结构和插口结构的自密封承插管。图4示出根据本发明的一个实施例的利用复合实壁管形成的具有承口和插口结构的管体400。如图4所示，管体400的一端为承口101，另一端位插口201，承口101包括承口管体、位于承口管体外表面的承口外壁、位于承口管体内表面的承口内壁，以及基于承口内壁加工而成的第一类环状凸起104。插口201包括插口管体、位于插口管体外表面的插口外壁、位于插口管体内表面的插口内壁，以及基于插口外壁加工而成的第二类环状凸起204，其中第一类环状凸起的形状尺寸与第二类环状凸起的形状尺寸互补，当将插口装配到承口时，第一类环状凸起与第二类环状凸起啮合，形成自锁密封。

在图4所示的实施例中，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204的剖面形状是三角形，然而本发明的保护范围不限于此，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204的剖面形状还可以是梯形或半圆形。

另外，在图4所示的实施例中，承口101的内壁和插口201的外壁基本上为圆柱形，然而本发明的保护范围不限于此，承口101的内壁和插口201的外壁可以是锥形。

在本发明的一些实施例中，内管是具有承口结构和插口结构的双密封自锁承插管。图5示出根据本发明的一个实施例的两节双密封自锁承插管的接口部分的截面示意图。如图5所示，该双密封自锁承插接口结构500由承口结构、插口结构以及设置在密封槽中的密封圈310装配而成，进一步包括承口管体101、插口管体201。

承口结构包括承口管体101、位于承口管体101外表面的承口外壁、位于承口管体内表面的承口内壁，基于承口内壁加工而成的第一类环状凸起104，以及基于承口内壁加工而成的从承口端面延伸到所述第一类环状凸起的第一平壁段105，其中第一平壁段105的管壁厚度小于未加工过的管壁厚度。承口结构还包括基于承口外壁加工而成的第一卡槽106。

插口结构包括插口管体201、位于插口管体外表面的插口外壁、位于插口管体内表面的插口内壁，基于插口外壁加工而成的第二类环状凸起204，基于插口外壁加工而成的与第二类环状凸起相邻的密封槽，以及基于插口外壁加工而成的与密封槽相邻的第二平壁段206，其中第二平壁段206的管壁厚度小于未加工过的管壁厚度，密封槽相对于第二类环状凸起204和第二平壁段206向管体中心凹陷。密封槽的数量可以大于或等于1个，且每个密封槽内均设置有密封圈310。插口结构还包括基于插口外壁加工而成的第二卡槽207。

第一类环状凸起104的形状尺寸与第二类环状凸起204的形状尺寸互补，当将插口装配到承口时，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204啮合。承口管体101的平壁段与插口管体201的平壁段贴合。

密封圈310可以选自v型密封圈、u型密封圈、o型密封圈、y型密封圈等等。密封圈310的材料可以选自丁腈橡胶、硅胶、氟胶、乙丙橡胶、聚四氟乙烯、聚氨酯等等。

在挤压安装过程，管道承接设备以承口管体和插口管体的外壁上的卡槽为施力点，向承口管体和插口管体施加力，快速完成管道的密封连接。

在图5中，为了图示清楚，将插口管体201向上平移，使得第一类环状凸起104与第二类环状凸起204分开特定距离，以便清楚观察。

承口管体101的第一类环状凸起104可以卡入插口管体201的密封槽，挤压密封圈，从而实现双密封。在本发明的其它实施例中，承口管体101的第一类环状凸起104可以不卡入插口管体201的密封槽，而是通过平壁段挤压密封圈，形成双密封。

在本发明的一些实施例中，内管是具有承口结构和插口结构的柔性密封自锁承插管。图6a示出根据本发明的一个实施例的柔性密封自锁承插接口300的截面示意图。如图6a所示，该双密封自锁承插接口结构300由承口结构、插口结构以及设置在密封槽中的密封圈310装配而成，进一步包括承口管体101、插口管体201以及承插口301。

图6a所示的柔性密封自锁承插接口与图5所示的承插接口结构类似，承口结构包括基于承口外壁加工而成的第一卡槽106，插口结构包括基于插口外壁加工而成的第二卡槽207，区别在于当将插口装配到承口后，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204形成自锁，且第一类环状凸起104与第二类环状凸起204之间具有空隙，使得承口管体101能够相对于插口管体201偏转。换言之，承口管体101上相对于第一类环状凸起104的凹齿的宽度大于插口管体201的第二类环状凸起204的宽度，插口管体201上相对于第二类环状凸起204的凹齿宽度大于承口管体101的第一类环状凸起104的宽度，因此承口管体101与插口管体201完成装配后，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204之间具有空隙。

承口管体101的平壁段与插口管体201的平壁段之间也可具有接触空隙，使得接口能够偏转。

在图6a所示的实施例中，第一卡槽106位于接口部分以外的管体外壁上，且具有向管体中心凹陷的槽。在其它实施例中，第一卡槽106也可位于接口部分的管体外壁上。第二卡槽207位于接口部分以外的管体外壁上且具有向管体中心凹陷的槽。

承口管体和插口管体可分别包括多个第一卡槽和第二卡槽。第一卡槽和第二卡槽的形状和尺寸可以相同，也可以不同。

图6b示出承口管体和插口管体以小角度α偏转后的接口横截面示意图。

在图6a和6b所示的实施例中，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204的剖面形状是三角形，然而本发明的保护范围不限于此，第一类环状凸起104与第二类环状凸起204的剖面形状还可以是梯形或半圆形。

根据本发明的该种柔性密封自锁承插口及承接方法，采用在承口结构上加工第一类环形凸起，在插口结构上加工能与第一类环形凸起形成自锁安装的第二类环形凸起，增加密封圈密封，然后将插口结构对准承口结构进行挤压安装，其中安装完成后，第一类环形凸起与第二类环形凸起之间具有一定空隙，使得安装后的承插口能够小角度偏转，比如0-3度，适应性更好。承口和插口部分增加平壁段，更方便安装。在管节安装时，新装管节可插入承口段更多，方便对口，依靠平壁段与密封圈的接触实现密封。还可在平壁段增加接触空隙，使接口可以偏转。通过第一类环形凸起和第二类环形凸起，承插口实现自锁和偏转，能够更好地适应不均匀沉降。

在以上图6a和6b所示的实施例中，第一类环形凸起和第二类环形凸起的形状互补，并且完成装配后，第一类环形凸起和第二类环形凸起沿管轴具有一定空隙。然而本领域的技术人员应该认识到本发明的保护范围不限于此，第一类环形凸起和第二类环形凸起的形状可以不是互补形状，只要安装完成后第一类环形凸起和第二类环形凸起能形成自锁且两者之间具有空隙，使得承口和插口能相对小角度偏转，就应落入本发明的保护范围。

返回图3，在本发明的一些实施例中，内管的安装过程中，可在内管外壁或外管内壁上每隔特定距离安装定位环。该定位环可以是弹性定位环，用于固定管道。

内管安装完成后，在步骤302，在第一检查井和第二检查井中进行封头，并留孔作环空填充注浆。

可选地，在步骤303，进行cctv验收。

通过本发明公开的自平衡双向吃管方法及设备进行非开挖管道修复不仅具有占用场地少、对地面、交通、环境以及周围地下管线等等影响小等优点，还具有成本低、作业环境要求低的优点。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。