用於鑽開隧道的設備及鑽進方法
2023-10-09 08:51:39
專利名稱：用於鑽開隧道的設備及鑽進方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1所述的方法和根據權利要求6的用於再鑽削現有孔或隧道的鑽孔設備。
已知的舊汙水系統更換方法是將一根新管拉入一根舊管中。根據EP0455949可知，一種鑽孔設備，利用該設備在將一根新管拉入舊管中時，是將舊管搗碎並將碎屑擠入周圍的土中。
拉入一根新管的缺點是管子的直徑明顯減小，並且實際上不可能將一根新管拉入一根已經塌落的舊管中。
搗碎舊管和強制性地將碎屑導入隧道的壁的缺點是由尖銳的碎片對相鄰管路構成危險，由於應力的原因這些碎片會返回到孔中，並且比較光滑的土壤也會有阻止的將一根新管拉入孔中的摩擦力。
根據本發明的方法和鑽孔設備消除了上述不足，本發明的特徵如所附權利要求書所述。
本發明的優點在於，管子可以搭接或不搭接，並且可以更換上同樣直徑或較大外徑的新管。將舊管和可能落下的泥土從孔中送走從而不會對周圍環境造成任何衝擊。鑽孔設備隨著舊管向前移動並在需要的情況下可以拐彎。
下面將結合附圖對本發明做進一步描述，其中
圖1是鑽孔設備的側剖視圖；圖2是方向控制單元；圖3是控制單元的脹圈；圖4是一種可選的鑽孔設備的橫向剖視圖；圖5a是沿圖4中A-A線的橫向剖視圖；圖5b是沿圖4中B-B線的橫向剖視圖。
圖1表示一臺帶有氣動衝擊錘的鑽孔設備。壓縮空氣沿著管路2流動，藉此將旋轉運動傳遞給鑽孔設備。在控制單元的前端設有一個衝擊鑽頭夾座8，用以產生錘擊和旋轉運動。為破碎管路3，用螺紋將帶有搗碎刀片5的環形鑽頭6固定在衝擊鑽頭夾座8的後端。驅動衝擊錘1的壓縮空氣的壓力此時已很低且沿著通道9到達環形鑽頭6的前側，壓縮空氣在此將搗碎的碎屑從管路3通過管7向後傳送。假如管路3被堵塞，則壓縮空氣不能向前輸送。
控制單元4由螺紋固定在鑽頭夾座8上，用以在需要時控制鑽孔設備向前移動的方向。將控制單元4的直徑選擇成使其可以足夠的間隙插入管路3中。假如鑽孔設備向著管路3的內壁偏移，則控制單元4便抓住管壁，而由此產生的力便對整臺鑽孔設備起作用，從而使其一點一點地靠近管路中心。控制單元可以在鑽頭夾座8的頂端自由轉動且其相對於鑽頭夾座的固定還允許其相地鑽頭夾座中心線稍有擺動。
圖2表示了帶有搗碎刀片5的控制單元11。至少在這種情況下，在搗碎期間還要的清掃空氣或水送至刀具的前側。為此，在部分12中開了一個孔。在鑽頭夾座8中必須設置一個特殊的閥，利用該閥可以控制清掃空氣或水或者到達環形鑽頭6或者到達用於搗碎的控制單元中的刀片處。然後，利用壓力管或電路從孔口處控制該閥，或者在鑽頭夾座8或控制單元11中設置一個傳感器用以探測控制單元11是否處於搗碎狀態。
圖3表示一個控制單元，該單元最好帶有一個橡膠做的脹圈13，該脹圈支承在可更換的管子上或支承在先前隧道的相應壁上，並由此而防止被輸送到環形鑽頭6上的壓縮空氣或水向前穿過控制單元漏出。在初始位置，在控制單元沒有進行搗碎時，即舊的管路為未坍落且未被堵塞時，需要脹圈13。
方向控制單元4還可以是一個套筒，這時鑽頭夾座是進出它的最前面的部件，另外，在鑽頭夾座的頭部有螺紋用的設置一個單獨的尖鑽頭。該尖鑽頭的直徑最好非常接近套筒的外徑。
自然，可以用相應長度尺寸的鑽頭夾座來代替環形鑽頭6，即用同一種棒料製成環形鑽頭和鑽頭夾座，並且這種鑽頭夾座僅可用於鑽一種尺寸的孔。
將新的管子拉入孔中，環形鑽頭6和新管10之間的連接是帶卡圈的搭接連接39，用管10端部中的環物管子軸向固定於環形鑽頭6上。雖然環形鑽頭旋轉，但是管子不轉。
還可以用單刀鑽冠來代替搗碎圓頭鑽刃。無論如何，可以利用不同的組合來將鑽頭、鑽頭夾座以及控制單元連接在一起，以便得到較大的互換性、各種直徑，便於生產且減少所形成的廢物量。
圖4表示了如何將壓力介質輸送到前端設有搗碎刀片5的控制單元的例子，該控制單元的外殼29為圓柱形，並表示了如何將介質送至刀片5。鑽頭夾座14具有一個中心孔15，該孔用於將介質輸送至設在控制單元中的閥組件。在鑽頭夾座14上設有一個控制鑽頭17和圍繞著該鑽頭的環形鑽頭18。環形鑽頭由保護管16支承可以稍稍縱向移動並在支承保護管16中轉動。在控制鑽頭17和環形鑽頭之間設有推拉連接，以通過拉拔鑽頭夾座可以從鑽進頂端將鑽頭夾座14，控制鑽頭17和整個控制單元拉出而保護管16和環形鑽頭保留在原位。
在根據圖示的狀態中，控制單元沒有進行搗碎。進入孔15和經通道34到達控制單元前端的壓縮空氣被堵塞。這時，空氣通過通道24到達脹圈22，使其彎曲而將正在被搗碎的管密封。同樣，空氣通過20到達正在破碎管子的控制鑽頭和環形鑽頭的前側，並在此將鑽屑經通道19向後輸送。在這種狀態中，由於間隙的原因，控制單元的外殼可以在支承環23上稍稍擺動，支承環23固定在圓柱部分38上，圓柱部分38中設有兩條通道25和24並且可以在鑽頭夾座14上滑動。設在法蘭32和26之間的彈簧27將外殼29向前推。用螺栓將法蘭26與鑽頭夾座14的頭部相連。以一個厚的橡膠環21作為輔助彈性裝置。外殼29控制著鑽孔設備在正在被搗碎的管線中的移動方向，並且可以使鑽孔設備在管線方向上微小地，慢慢地且一步一步地轉向。在鑽頭夾座進行錘擊時，控制單元根本不進行錘擊，因為控制單元的外殼29可以抵抗彈簧27向後移動一個衝程的長度或更多。因此控制單元不去破碎正在搗碎的管路，也不會在通過一個緩慢梯度的管路曲線時進行鑽進。
在前面的刀片5遇到障礙物時，控制單元切換成鑽進。其上固定有部分32和35的外殼向後移動並將部件38的通道24，25以及橡膠環21向後推直至彈簧37中的套筒36碰到法蘭26為止。為了傳遞到刀片5上，開始進行鑽頭夾座14的衝程，並且外殼29也開始工作。在這種情況下，壓縮空氣也通過鑽頭夾座14的中心孔15到達通道25並穿過該通道經過外殼29的孔28到達搗碎刀片5。可以利用壓縮空氣從殼體之外將鑽屑送至通道19或在外殼29中經閥31和法蘭32中的孔送至通道37，有一個從法蘭26和部件38之間開至通道37的孔。由於間隙的原因，通道24沒有完全封死，通道20也沒有被封死。這樣，在需要時脹圈22可以起作用。此時，完全通過外殼29的內側的鑽屑輸送至通道19。
圖5a所示的剖視圖表示了如何將鑽頭夾座14的旋轉運動從固定在鑽頭夾座前面的法蘭26傳遞到外殼29使其也作旋轉運動。在外殼29設有一個法蘭35，其上有三道深槽，在傳遞轉動時法蘭26可以在其中做縱向滑動。
圖5b表示了在環形鑽頭18處於靜止位置時如何將鑽頭夾座14和控制鑽頭17向外拉出。在控制鑽頭中沿三個方向設有大槽，在將這些槽設在圓柱體上時，即使是已經在保護管16止中的三個圓周位置上放置了公知的、用於控制鑽頭方向的轉向圓柱體，也可以在這些大槽處將鑽頭拉出。
利用這種鑽孔設備在將一根固定在環形鑽頭上的新管從隧道12推入時便可將其拉入隧道。如果管子不適於拉拔，也可以通過將其從隧道口推入而組成一條新管路。
利用這種方法，甚至於可以利用一根塑料管來代替可更新的管，這是因為新孔保持了光滑並且沒有任何損壞塑料表面的尖稜。可以由可更換的管來實現方向控制，例如在使用中利用固定在控制單元上的輥子並沿著可更換管子的內表面進行移動。可以利用一個清掃裝置、螺旋輸送機或沿著鑽進方向或向後泵送來運走鑽屑。採用分離的管路可以避免任何損壞更換管子的表面的危險，將所述管路安裝於孔中並從中將鑽屑運走。利用這種管路也可以向前運送鑽屑。
權利要求
1.用於更新地下，尤其是汙水系統的管路(3)的方法，根據該方法，利用一臺在管路(3)中向前移動並將更換的管(10，16)裝在孔中的鑽孔設備來完成管路的更換，其特徵在於，鑽孔設備由更換的管路的內表面獲得其方向控制質量，鑽出一個用於新管路(10，16)的相應的孔，利用鑽孔設備將可更換的管路(3)搗碎並將所產生的鑽屑從管路向外運出。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在鑽孔設備中的環形鑽頭(6)旋轉並利用拉扯搭接連接(39)拉扯不轉動的更換管路(10，16)。
3.如權利要求1和2所述的方法，其特徵在於，或者在鑽進方向或者向後通過一根單獨的管子將鑽屑運走。
4.如權利要求1至3之一所述的方法，其特徵在於，用固定在部件(11，29)上的刀片(5)鑽削可更換管子(3)中的材料，所述部件(11，29)用於控制鑽孔設備的方向。
5.如權利要求1至4之一所述的方法，其特徵在於，由於可更換管(3)中的障礙物，相對鑽頭夾座(14)使刀片(5)倒退至一個後面的位置便開始以刀片(5)進行對所述障礙物的鑽削。
6.如權利要求1至5之一所述的方法，其特徵在於，刀片(5)倒退到一個後面的位置便打開了清掃水到達刀片(5)的通道。
7.用於實施如權利要求1所述方法的鑽孔設備，其特徵在於，在該設備前面設有一個控制單元(4，29)，在該單元之後設有一個直徑大於控制單元的環形鑽頭(6，18)，利用該鑽頭通過鑽削除去可更換的管路，環形鑽頭具有用於通過鑽頭將鑽屑向後輸送的通道(7，19)。
8.如權利要求7所述的設備，其特徵在於，在鑽孔設備前端具有不同直徑的控制單元(4，11，29)是可以更換的，並且可以穿過環形鑽頭(18)和保護管(16)將控制單元和鑽頭夾座(14)從鑽削頭部上拉下來。
9.如權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，控制單元(11)的前表面上設有搗碎刀片(5)。
10.如權利要求7至9之一所述的方法，其特徵在於，可以將用於運出鑽屑的壓力介質引到控制單元(11，29)的前側。
11.如權利要求7至10之一所述的方法，其特徵在於，將一個脹圈(13，22)固定在控制單元(11，29)的前部，用以防止清掃空氣逃逸到被重鑽的管路。
12.如權利要求7至11之一所述的方法，其特徵在於，還設有一個閥，通過該閥可以將壓縮空氣引到鑽進控制單元(11，29)的前側。
全文摘要
一種鑽孔設備，尤其是再鑽削已有孔的設備，在其鑽進頭部中設有一個作為第一前進部件的圓柱體單元(4)，其直徑小於欲再鑽孔或隧道的直徑，其尺寸適於裝在原有的孔或管路(3)中，利用該單元，以由原有孔(3)的壁上所獲得的力來控制整臺鑽孔設備的方向。
文檔編號E21B7/20GK1144549SQ95192189
公開日1997年3月5日 申請日期1995年2月21日 優先權日1994年2月21日
發明者沃爾託·伊羅馬克 申請人:沃爾託·伊羅馬克