CN100523435C - 安装地下套管的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于安装套管直径达到168英寸、距离达到400英尺的不用沟槽的地下套管(18)的方法和设备。该系统采用一种改进的高能量打桩锤(12)以便运用该能量以驱动套管(18)。在锤击系统的再冲击过程中，用一个等于打桩锤(12)的反作用力的力保持打桩锤(12)使之抵靠于待驱动的套管(18)。桩帽(40)和切削头(20)提高了操作能力。

Description

安装地下套管的方法

技术领域

本发明涉及利用超长距离大直径的顶进套管或锤击套管进行无沟槽开挖隧道的(trenchless tunneling)领域，特别适于直径大于72英寸的100-400英尺的套管的设备。

背景技术

目前采用若干种方法以不开挖沟槽来安装地下管道，通常被称为无沟槽开挖隧道。这些方法采用管子锤击和顶进、隧道钻进机或微细隧道。

无沟槽开挖隧道的方法采用包括一个钻进盾构的隧道钻进机，两者中间的任何一个借助于完全的挤出成形部分使自己朝前推进，该挤出成形部分由预制混凝土构件或螺栓连接的钢板制成。有关钻进方法的变化具有安装在第一个套管的上面或前面的TBM或隧道全断面掘进机，第一个套管此后借助于大型液压千斤顶推入已成形的隧道内。随着这些隧道钻进机向前移动穿过地面，将泥土清除掉并且一般地与一种流体相混合然后该混合物被泵出隧道进入一个分离设备内，泥土在其中同流体分离开来。取决于泥土的种类，这些方法在浅表的应用中工作得并不好。一种最小的工业标准要求是覆盖住待要以至少为机器直径的两倍安装的隧道的一种覆盖层。因为所需要的设备的形式，隧道钻进是极其缓慢并且极其昂贵的。

TBM或微隧道工程涉及地下无沟槽开挖，在其中能量被用于在开挖隧道以便清除泥土过程中开挖土壤松散。此外，微隧道工程就产生一条隧道所需时间来说是极其缓慢的因而可能是相当昂贵的。

采用管子锤击或管子顶进的无沟槽开挖隧道方法是众所周知的。该方法一般地采用一种套管接头，这种套管接头利用一种气动夯锤和一组串联的液压夯两者中间的任何一种，或者这两者的组合在地下推入隧道内。该隧道一般地开始于一种用千斤顶打桩的土坑，这种土坑被挖掘至套管或隧道套管接头在地下将放置的一个深度。

目前所用的夯锤和顶进套管设施的容量至今受到限制，诸如套管总长或套管尺寸，因为在该隧道内安装诸根套管时需要内部开挖。夯锤和顶进夯并没有足够用于超过100英尺的扩展的长隧道、用于扩展具有诸如6英尺至12英尺的大直径的长隧道的力量，因为在形成套管部分时遇到的巨大的摩擦力而整个套管变得越来越长。由于与夯锤或顶进同时地开挖，隧道坍塌或该面的沉降的风险是一种可能的危险。采用顶进或夯锤或其一种组合用于安装该隧道所需的生产过程或时间受到在另一个管道部分能够被驱动之前中断了必须挖通该管子内部的影响。

发表于1997年5月27日的美国专利5,632,575说明了用于一种管子顶进的隧道周围膨土岩的受控管子的一种方法和设备。尽管这个专利显示了无沟槽开挖隧道，它可以采用隧道钻进机或甚至使用人力的隧道开挖的一种组合。该系统使用一种隧道夯锤并需要按压液压顶进装置的限位的润滑。这是一种完全不同于使用水平打桩机给极大的一种隧道套管接头打桩的操作。

发表于1983年7月5日的美国专利4,391,553指出了控制隧道开挖设备的操作的一种液压控制系统和方法。这个专利展示了一对液压夯锤和泵的传统的用法。这个系统严格地限制于总套管可达到的距离并按完全不同于申请人的发明运行。

发表于1985年12月10日的美国专利4,557,672指出了用于以盾构掘进的隧道建筑施工的一种设备和方法。此外，这是完全不同于申请人发明的一种无沟槽开挖隧道方法。这种方法采用一种盾构掘进并且加入了直接跟在该盾构后面的一种混凝土隧道衬砌。这是极其缓慢并且昂贵的。

发表于1973年7月3日的美国专利3,742,718指出了用于在可以得到有限的空间数量的场合驱动大直径管的一种管驱动设备。所指出的该方法和设备严格地限制于该管结构的可以得到的总的无沟槽管距，这些方法和设备都是完全不同于由申请人发明所揭示的。

发表于1983年8月16日指出了一种隧道驱动设备，这种设备加入了带有在并排圆筒形阵列中的多个驱动构件的一种转刀式盾构。这个系统完全不同于申请人所用的那种。

本发明的主题通过提供一种采用功率强大的打桩锤的方法和系统克服了上面所论述的各种问题，与海上垂直打桩建筑施工所用的那些设备类似，可极大地增加待驱动的无沟槽隧道套管接头的长度而极大地降低坍塌的风险。就目前的顶进/夯锤系统而言，随着安装了更多的衬砌部分，在衬砌部分和内外表面以及周围泥土之间的摩擦增加了。由于这些系统的有限的驱动容量，这种现象需要在添加每个隧道部分时除掉管塞以便降低一般所用的顶进设备的上部推进限制。

需要一种方法和设备，它们具有足够驱动力，以在泥土管塞开始被开挖之前驱动大截面隧道管接头或甚至整个隧道管接头，以便改善安全性和生产，并且还允许在一个持续运转中使用更大直径的管子和更长的驱动长度而不用开挖，从而降低表面的崩坍或地面沉降的风险。这一点是至关重要的，因为一般说来这些地下设施经常被布署在繁忙的路面或铁道的下方(或者两者的组合)，因此它是不切实际的或者不是费用低廉的，或者甚至可能以明沟敞开开挖。于是，无沟槽开挖隧道在一定环境下是极其重要的。就本发明而言，本申请人能够采用无沟槽开挖隧道以驱动直径超过72英寸可达到168英寸的地下套管，适用于超过100英尺的距离，还能够以极其低廉的费用，能在数小时内非常迅速地做到这一点，而无沟槽开挖隧道的其它方法则需要数日或数周的时间才能做到。

使用采用低频率、高速度和高能量的一种冲击桩(打桩)锤(诸如由IHC制造的一种改进的液压锤)，优于使用诸如锤击的一种低能量、低速度和高频率的系统，因为在前者情况泥土颗粒被强制地剪切，而不是如同后者的情况那样被简单地以悬浮状态被携带。管夯锤/顶进的各种限制对于在潮气或含水泥土中所完成的安装来说是特别明显的，其中气动夯锤能够导致能引起泥土堵塞的泥土液化。

根据采用一打桩锤(piling hammer)的本发明的、适用于低频率、高速度和高能量系统的大容量的另一个优点是：尤其从环境角度的敏感课题来说，能够选择足够驱动能力的一种锤，使可消除对于润滑的需要。于是，在一定的环境状况下，该系统避免了例如当该设备处于与捕鱼相关联的河浜附近或上方时的环境污染。然而，假若允许润滑，那么采用根据本发明的打桩锤能够获得甚至更多增大的距离。

发明内容

一种用于驱动水平地放置的、分几部分有序地接合在一起以形成一隧道的大型套管的无沟槽开挖隧道系统和方法，比目前各种方法安全且更加有效。本发明采用适于大长度(超过100英尺)的大直径(72英寸以上)的套管接头能够提供隧道的产生而不必开挖沟槽。

本发明的一个目标是提供一种在敞开开挖是不可能或不切实际的区域内，诸如在大量地通行的道路、公路、铁路或其任何组合的地下安装套管的方法和系统。

具有低频率，高速度和高能量系统的大容量可用性的另一个优点是就特别从环境角度的敏感课题来说，根据本发明可以选择足够容量的锤以消除对于用膨土岩或其它添加剂进行润滑的需要，从而避免环境污染。

本发明的另一个目的是提供一种足够容量的、从环境角度看不太敏感锤，特别是在隧道距离需要超过300英尺的无沟槽的场合，本发明能够提供一种为长距离用于在内或外或两者上提供诸如膨土岩之类润滑剂的方法和设备。

然而，本发明的另一个目的是每当该设备的入口靠近道路、铁路路堤或需要避免沉降的其它结构的路肩时提供一种在待要安装的套管(casing pipe)的进入阶段暂时地稳定泥土的方法。

极其重要的是：一开始该项驱动就在管子的前导敞开端处在驱动一开始尽快提供一种支承泥土的临时装置，以避免泥土崩坍入管内，导致地面损耗和路面沉降。一种由联锁钢板构成的、对着切削靴的临时密封在前端形成一种封闭物，因此，在一可变的距离上一种临时的密封隔墙取决于待要开挖的隧道的泥土的种类，将一种临时的密封隔墙放置于待要驱动的套管接头内，以使得两个密封隔墙之间的空间被填满可流动的填方。后部密封隔墙是用铝板构成的，因而是一种档泥板，这种档泥板采用一种可充气的橡胶密封，通过调节可充气密封内的压力可以控制与该套管的内径接口之间的摩擦力；这个密封隔墙和可流动的填方管塞(fill plug)一起形成将支承入口处的面的一个可控阻力从而避免路面沉降。

根据本发明的一个方面，一种用于大直径套管超长距离的无沟槽开挖隧道的方法具有以下步骤：以高能量、低频率和高速度水平地使用一个打桩锤以驱动至少一段具有超过70英寸的直径的大型隧道套管；以及由所述的打桩锤驱动，把许多段套管有序地连结在一起以形成一超过100英尺距离的地下无沟槽开挖的隧道，提供一连接在打桩锤与被驱动的套管段之间的打桩锤砧座，该砧座的尺寸被设定成可与不同直径管一起使用。本发明还涉及一种产生用于极大直径管子的无沟槽隧道的方法，该方法采用直径大于72英寸的套管并能安装至少长100英尺的套管，该方法具有以下步骤：提供一个在待要安装套管的位置的前面一般地水平的土坑；在所述的土坑内水平地配置一个大型打桩锤；把具有至少72英寸直径的第一段套管连接至一个桩帽，然后把所述的桩帽连接至所述的打桩锤的一个驱动端，所述的打桩锤是一个高能量的超过60,000英尺磅的冲击锤；把一个切削头连接至在地里的待被驱动的所述套管的一端；提供一个恒定的张力以保持锤壳稳固地连接至砧座；驱动具有连接至一端的切削边的第一管段，直至足够数量的所述第一套管段被埋置于地里时为止；将其后的诸套管连接至所述的第一个套管，以产生一在土里连接在一起超过100英尺长的、由诸套管段组成的套管隧道。

在上述方法中，较佳地该方法包括以下步骤：在围绕一个预先确定的弧度量的套管的外部上提供对所述第一套管段的第一润滑分配，以降低锤击过程中在所述的套管上的外部泥土摩擦力；以及提供一安装在所述第一套管段的内部的第二润滑剂分配系统，用于根据一个特定的分配弧度围绕所述套管内部分配一润滑剂，以降低套管驱动过程中所述套管的内部的摩擦力。

在上述方法中，较佳地该方法包括以下步骤：从接合待要驱动的所述套管段连接一具有一预定的直径的桩帽，而所述的锤包括能够被调节的一个桩帽直径部分以在驱动过程中适应不同直径的套管。

本发明还涉及一种用于在地下铺设无沟槽开挖隧道的系统，其中，所述隧道能够使用直径超过72英寸、距离长度超过100英尺的大型套管，该系统包括：一个高能量打桩锤，它能够传输至少40,000英尺磅驱动力；用于对所述的锤和砧座提供一个恒定的张力的装置，用以当一个套管段被传动时调节所述锤的反作用；一桩帽，其直径按照能接合待被驱动的一个套管段的一端连同一块板以及被连接至所述锤的另一端来确定；一管状导管，它包括一刀状前边用于切削穿过泥土，该导管的直径按照能使它被连接于待被驱动的第一套管段以有效地切削穿过泥土来确定；从而，采用直径超过72英寸的套管，通过切削边水平地穿过泥土距离超过100英尺，所述的高能量锤被用于驱动连续连接在一起的数段套管。

较佳地，上述系统包括：被连接至切削头的装置，该装置用于根据所述套管外部和所述套管内部一种预先确定的弧度润滑分配模式来给所述套管外部和所述套管内部分配一种润滑剂，用于降低锤击运转过程中套管上的摩擦力。

较佳地，上述系统包括：所述的桩帽包括一装有凸缘的圆锥形端部，该端部包括用于调节地确定该桩帽直径尺寸的一装置，用以适应不同直径的套管，而不需要为每个不同尺寸的套管直径准备一各别的桩帽，即，所述装有凸缘的圆锥形端部成形为能接合不同通径的套管，该圆锥形端部包括附加的凸缘的端部以扩展用于大管的桩帽直径，并且所述的桩帽包括一个内部通道以便容纳所述的打桩锤部分以降低适应打桩锤所需的初始土坑的长度。

根据下文中将成为明显的这些和其它的目的，现在详细地参考各附图来说明本发明。

附图说明

图1是本发明的一个侧面示意图。

图1A是本发明中所用的打桩锤的一个顶部平面示意图。

图2A是本发明的一个顶部平面视图。

图2B是本发明的一个侧视图。

图3是本发明中所用的桩帽(helmet)的用横截面表示的一个局部侧视图。

图4是本发明的切削/润滑油靴(cutting/lube shoe)的一个顶部平面视图。

图5是切削/润滑油靴的用立面图、部分地用横截面和切去一部分表示的一个侧视图。

图6是表示在设备驱动过程中套管的外部、内部和周围的润滑的分配的一个图。

具体实施方式

现在参考各附图，尤其是图1，示出了本发明的一个示意图。

采用本发明安装一个直径达168英寸、厚度达2英寸、距离至少250英尺的大型钢质套管，而不用开挖沟槽。一旦安装了该套管，清除了泥土，就将所需的最后被安装的管子放置于套管接头内。这管子可以是放置于永久性套管内的一个大型的混凝土水管或污水管。所有这个工作都不用通过开挖一沟槽完成。

全部安装包括开挖一个地面入口坑然后将具有有效驱动力的一个打桩锤(pile)和一个支撑系统水平地放置于形成到达待驱动的地下隧道的一个入口的土坑内。该项安装要求：由许多段的套管形成该套管，每管段长度大约30英尺(或小于30英尺)，驱动每个管段以使各管段有序地接合(端对端连结)直至达到所需的套管总长时为止，而在地下不用一条沟槽。随着每个套管段被驱入土内，或者是利用焊接或者一个连接装置增加了一个新的部分。

一个大型的打桩锤(pile driving hammer)12被放置于一般地水平地在待要安装的管子18部位的前面的一个土坑内。可能需要一个土坑，尽管看该项工程的情况不一定必需一个土坑。打桩锤被放置于固定至地面的一个稳定性框架上以确保锤头一般地平稳地冲击。该打桩锤与为水平应用而改进的一种垂直的打桩锤类似以补偿由垂直锤所用的重力“g”的损耗。

如图1中所示，打桩锤12头部的驱动端冲击对桩帽14按板16。对着桩帽14安装对接板16。这个桩帽也被称为初始桩帽，可以冲击一系列的可用桩帽，这取决于待驱动的套管的直径。在有一系列的桩帽时，最终桩帽接着打击一块驱动板，该驱动板随后冲击待驱动的第一段套管18，前导套18具有下面所说明的一个切削头20。取决于泥土和用途，该切削头可是可转向的。其后，当第一个套管被驱动时，包括桩帽在内的驱动设备从第一个套管中缩回。接着，待驱动的第二个套管被插在最终的驱动桩帽与板以及已安装的第一个套管之间。在第一个和第二个套管之间的连接可以通过采用一个专有的带锁紧装置的铰链连接或通过焊接来形成。在完成了第一个或第二个套管之间的连接之后，将带有推进环(push ring)的驱动设备和桩帽对着第二个套管的从动端放置，此后重复上述的驱动过程。这个顺序本身将重复直至最后一个套管被驱动时为止。每个套管接头长度可达到三十英尺。

锤头直径最好是大约为24-36英寸，而板的直径大约为64英寸，并且最好由刚性材料制成。待安装的空心桩帽或桩帽组以及管子的直径最好大约为120英寸，直径甚至可以是160或达到190英寸。

打桩锤12最好是一个高能冲击锤(一般地为60,000-260,000英尺/磅)，诸如在大型的海上垂直打桩建设项目中所用的设备。在使用中，打桩锤撞击大约为每分钟40-60击，并且，平均说来，能够在大约35分钟内驱动30英尺的大直径管。然而，与海上建筑施工不同，该打桩锤是水平地而不是垂直地使用的。若干构件必须就位以确保该打桩锤按照预期运行。必要时可以使用达500,000英尺/磅的大型锤。

图1A表示用于驱动在水平地驱动时安装的套管110和打桩锤的高力量水平打桩机12的一个示意图。为了抵销气体缓冲减震器中增加的压力，就需要一个恒定的张力加载装置(向下的拉力)以稳固地将锤壳112保持在砧座上。一个弹簧装置116被定位于张拉钢丝(tension wire)114与锤之间以预防这些钢丝上过高的冲击负荷。该系统加入了包括有多个线路、滑轮以及与滑轮相连接的弹簧的一台绞车，这些部件都是永久性地被安装于地上以便通过一个恒定的张力加载装置(CTLD)提供恒定的张力。打桩锤不是本发明本身，但是要使用的该锤包括有用于特别地水平地驱动套管从而避免开挖沟槽的各种改进。

图2A和2B表示包括有被连接至管驱动位置内的桩帽14和套管18的打桩锤12的本发明。该锤被支承在框架20上。该系统包括被安装到刚性桩柱34和34a上的一根受拉缆索24、一台绞车22以及滑轮26、28和32。一个端盖30a和缆索张力冲击吸收装置30将该锤固定于对中和受拉状态。

图3表示与本发明一起使用的一个改进的桩帽40的一个侧视图。改进的桩帽40的使用可降低如安装于桩帽40内的锤12的一个正常部分一般多的打桩锤土坑所需的总长。桩帽40本身被部分地安装在待驱动的第一个套管内。锤端12a撞击由桩帽40内T1高碳材料构成的内部安装的砧座46。桩帽40是一个延长的圆柱形铸铁装置，该装置具有容纳打桩锤12的一个延长的圆形中心腔室40c，对永久性地定位于桩帽内腔室40c内的砧座46提供高冲击力。该桩帽的凸缘端部40a在外形上是圆锥形，并且产生与直接地连接至待驱动的套管部分的一板直接接触，从而通过对着待驱动的套管的整个圆周边的桩帽40提供从锤12传输来的力。桩帽的这个端部包括有带一个扩展的圆形区域的一个锥形凸缘部分，这个圆形区域扩展超出了锤的圆柱形外体。该锤是利用多个定位于外锤12本体表面与内部腔室40c之间的间隔块41对着砧座46对中的。桩帽的装有凸缘的圆锥形端40a成形为能接合不同通径的套管，所述圆锥形端包括附加的凸缘的端部42和44以扩展用于大管的桩帽直径。因此，桩帽40包括有对于不同的工程用于不同直径管子的一个可调尺寸的直径，而不必为各种不同规格的套管制作一个单独的桩帽。桩帽本身是由高强度铸铁制成，并且按长度来确定尺寸，以便通过提供待要被容纳于桩帽内的锤的一个有效部分并冲击桩帽40内的砧座来节省在初始锤安装土坑内的开挖大约15-20英尺，而桩帽始终被部分地容纳于第一个套管内。

参考图2A和2B，锤12被放置于一个地面承重框架20内。在锤12的背部，连接了一个张力架(tension bracket)30a，这个张力架加入了若干带冲击吸收装置的滑轮。在这个较佳实施例中，两个滑轮26和28或者直接地或者间接地被稳固地连接入地内而到达一般位于入口密封后面(entry seal)的桩柱34。两个其它的滑轮31被稳固地固定于一个位置，该位置一般地定位于被固定于锤体的张力架30a的附近。根据工程项目的需要，可以使用其它的滑轮和减震系统。冲击吸收装置有助于使锤的弹回衰减，当使用锤的时候有助于对锤提供一个恒定的张力，从而有助于稳定本发明。连接至桩柱34a的滑轮系统在该系统的死端内具有一个载荷传感器，使得能够通过该滑轮系统保持一个恒定的张力。载荷传感器最好具有一个控制液压绞车22的PLC。该滑轮系统最好提供了一至五个机械优点。

用于锤12的动力最好由一个液压缸提供，这个液压缸是通过一个氮气瓶的压缩来驱动的。但是，用于提供动力的其它的力驱动器在该项技术方面是众所周知的。

当套管的安装开始时，套管的第一个三十英尺部分在前导端处永久性地连接于图4、5和6中所示的一个切削头20。该切削头20是一个管状的或环形的导管50，这个导管具有一个经淬火的刀片，该刀片在其圆周的周围成形了导切边(leading cutting edge)56，当套管被驱动时该刀片切割穿过岩石和泥土。刀片边缘56围绕切削头的导边的整个圆周伸展。切削头20背部圆周58被焊接至将要被驱动的第一个套管的前导边以开始隧道开挖。切削头20还包括有一个润滑剂分配靴，该分配靴连同切削边使用，以分配诸如膨土岩之类的润滑剂，从而降低套管切削头20和泥土、套管内部和套管外部之间的摩擦。选择用于对润滑剂从环境角度看不敏感的某些工作的一种特殊的外圆周润滑剂分配模式(内部和外部)，以便增加能够被驱动的套管的综合总长，以降低在管驱动运转过程中套管上的泥土摩擦力。

在环境敏感因而不能使用一种润滑剂的场合有若干种操作，因为该润滑剂不应被流入诸如地下水流附近的泥土内。然而，假若能够使用润滑剂以增加锤力以降低摩擦力，则结果是延伸对于任何给定的方案都能被驱动的套管的长度。为了给切削头和切削靴供应润滑剂，必须有两条供应管，一条用于以润滑剂供应切削头的内部，而另一条则以润滑剂供应切削头的外部。在给受驱动的总管增加套管的各部分时，润滑剂管必须被焊接或连接各套管的外部，借助于导管联轴节来接合在各套管部分之间连接的润滑剂供应管。

如图5中所示，切削头本体50在切削头外部具有一个环形槽64。间隔块62通过焊接被连接至切削头。间隔块62被连接至一个环形盖圈60，这个环形盖圈在能够容纳来自供应管52的润滑剂的切削头本体50的周围形成一个环形腔室。第二个供应管54与切削头本体50的内壁上的一个内部分腔室70保持不固定的联系，切削头本体由被间隔块68连接至本体50的内壁的环形内槽70和环形盖圈66形成。最好是降低摩擦，以便在可能用于润滑剂分配槽道的切削头的内部和外部保持最低的外在高度轮廓，因为在整个运转过程中污物能通过切削头的内部和外部。

现在参考图4，示出了被连接至第一个和第二个润滑供应管52和54的切削头50。通过盖板60连接第一个润滑导管52，这个盖板能够在切削头的外侧顶部圆周的周围分配润滑剂大约120°—270°。

示出了具有穿过切削头内部的本体50的一个出口通道72的第二个润滑剂供应导管54，这个切削头按照与外部模式润滑剂分配不同的弧周模式(arccircumferential pattern)也能够在切削头的内底壁周围分配润滑剂大约90度。由被焊接至切削头表面的内部的间隔块68连接的环形板被安装在切削头内部，如图4中所示，在槽或通道70的上部和上方完整地围绕切削头本体50的内部。用于润滑剂的第二个供应导管54的出口通过通道72然后排空入腔室70内，这个腔室由内部通道和环形罩盖66形成，用于在切削头的内部分配润滑。

现在参考图5，该切削头在外部具有一个膨土岩润滑剂容纳和分配腔室64，并带有第一个供应导管52的前面的一个保护靴74。还示出了来自第二个供应导管54的接头和出口，以便通过环状配置的腔室70给切削头内部供应润滑剂。要注意刀边56位于切削头的导端处。图6表示了分成为若干弧度分段的一个圆以及为膨土岩润滑剂的分配用于管内和管外的大致分配角度。管的外部具有225°-135°分配的润滑剂。套管的内部具有从135°度至225°分配的润滑剂。内部和外部润滑剂的分配取决于外部间隔块62和内部间隔块68中的孔口或开口。

切削头20用于切削通过土壤和可包括一个泥土润滑分配靴。切削头本体50被连接至第一个前导套管因而被用于开始切削并且形成一个隧道。必要时进行润滑有助于减弱切削头和套管内外泥土的摩擦。切削头本体50呈管状，并且在驱动过程中借助于泥土完成初始接触的场合在附加的边沿处形成刀边。在切削头的外周周围形成一个倾斜的外靴。该外靴包括诸分配开口。沿着切削头的内周是一个倾斜的内靴，以便降低通过泥土的摩擦，用于一个低外在高度轮廓。从头部直接看，诸内靴分配开口大致从四点钟位置扩展至八点钟位置。

内分配靴和外分配靴最好被焊入切削头内。膨土岩润滑剂的分配压力最好大致上为60磅/英寸²，并且该压力最好是可调的。

沿着套管的顶部本体到达该靴是用于诸如膨土岩之类的一种润滑剂的两个导管。一个导管用于外分配而另一个则用于内分配。膨土岩或其等效物被泵入靴内并通过两个独立环路在切削头的周围。在使用膨土岩时，膨土岩最好是具有一种壁纸浆糊相容性。当套管部分被连接在切削头后面时，用于润滑剂的两根供应管最好各自被连接至新的套管部分。至套管的连接最好是用于套管外部和内部上的导管的一个鞍座。各导管最好还要被焊接到位。当套管增加时各导管最好彼此串接起来，然后被连接于切削头上的分配靴。

因为切削头是空心的，就形成了一种泥土塞头。在一个具体实施例中，在锤开始运转之前将一泥土塞头保持材料放置于切削头的后面的套管内。于是，泥土并不容易处于如它自然所处的平静状态，从而引起在安装沟槽入口部位处泥土不希望的流入，于是引起地面不希望的沉降。泥土塞头最好还要包括可以流动的充填材料。在另一具体实施例中，如附图中所示的诸如隧道开挖机械之类的设备被用于挖管道中的泥土。

最好具有用于锤的一个准备区域，尤其在导管要被至少部分地安装于地下的场合。在那种情况下，被如附图中所示的钢板所包围的一个土坑可以被放置于本发明的锤的周围。

在上述，以被认为是最切合实际而可被优选的实施例显示和描述了本发明。但是，认识到在本发明的范围内可以偏离这些实施例，熟悉该技术领域的技术人员可做出各种修改和变型。

Claims (7)

1.一种用于大直径套管超长距离的无沟槽开挖隧道的方法，它具有以下步骤：

以高能量、低频率和高速度水平地使用一个打桩锤以驱动至少一段具有超过70英寸的直径的大型隧道套管；以及

由所述的打桩锤驱动，把许多段套管有序地连结在一起以形成一超过100英尺距离的地下无沟槽开挖的隧道，

提供一连接在打桩锤与被驱动的套管段之间的打桩锤砧座，所述砧座的尺寸被设定成可与不同直径管一起使用。

2.一种产生用于极大直径管子的无沟槽隧道的方法，该方法采用直径大于72英寸的套管并能安装至少长100英尺的套管，该方法具有以下步骤：

提供一个在待要安装套管的位置的前面一般地水平的土坑；

在所述的土坑内水平地配置一个大型打桩锤；

把具有至少72英寸直径的第一段套管连接至一个桩帽，然后把所述桩帽连接至所述的打桩锤的一个驱动端，所述的打桩锤是一个高能量的超过60,000英尺磅的冲击锤；

把一个切削头连接至在地里的待被驱动的所述套管的一端；

提供一个恒定的张力以保持锤壳稳固地连接至砧座；

驱动具有连接至一端的切削边的第一管段，直至足够量的所述第一套管段被埋置于地里时为止；

将其后的多个套管连接至所述的第一个套管，以产生一在土里连接在一起超过100英尺长的、由诸套管段组成的套管隧道。

3.如权利要求2的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

在围绕一个预先确定的弧度量的套管的外部上提供对所述第一套管段的第一润滑分配，以降低锤击过程中在所述的套管上的外部泥土摩擦力；以及

提供一安装在所述第一套管段的内部的第二润滑剂分配系统，用于根据一个特定的分配弧度围绕所述套管内部分配一润滑剂，以降低套管驱动过程中所述套管的内部的摩擦力。

4.如权利要求3的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

从接合待要驱动的所述套管段连接一具有一预定的直径的桩帽，而所述的锤包括能够被调节的一个桩帽直径部分以在驱动过程中适应不同直径的套管。

5.一种用于在地下铺设无沟槽开挖隧道的系统，其中，所述隧道能够使用直径超过72英寸、距离长度超过100英尺的大型套管，该系统包括：

一个高能量打桩锤，它能够传输至少40,000英尺磅驱动力；

用于对所述的锤和砧座提供一个恒定的张力的装置，用以当一个套管段被传动时调节所述锤的反作用；

一桩帽，其直径按照能接合待被驱动的一个套管段的一端连同一块板以及被连接至所述锤的另一端来确定；

一管状导管，它包括一刀状前边用于切削穿过泥土，该导管的直径按照能使它被连接于待被驱动的第一套管段以有效地切削穿过泥土来确定；

从而，采用直径超过72英寸的套管，通过切削边水平地穿过泥土距离超过100英尺，所述的高能量锤被用于驱动连续连接在一起的数段套管。

6.如权利要求5的系统，其特征在于，它包括：

被连接至切削头的装置，该装置用于根据所述套管外部和所述套管内部一种预先确定的弧度润滑分配模式来给所述套管外部和所述套管内部分配一种润滑剂，用于降低锤击运转过程中套管上的摩擦力。

7.如权利要求5的系统，其特征在于，它包括：

所述的桩帽包括一装有凸缘的圆锥形端部，该端部包括用于调节地确定该桩帽直径尺寸的一装置，用以适应不同直径的套管，而不需要为每个不同尺寸的套管直径准备一各别的桩帽，即，所述装有凸缘的圆锥形端部成形为能接合不同通径的套管，该圆锥形端部包括附加的凸缘的端部以扩展用于大管的桩帽直径，并且所述的桩帽包括一个内部通道以便容纳所述的打桩锤部分以降低适应打桩锤所需的初始土坑的长度。

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