CN101158419B - 孔眼扩孔装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种孔眼扩孔装置，其特征在于一个或多个连接到拉杆的例如胀管头之类的清扫装置，该清扫装置通常具有一个或多个以串联方式连接到其上以用于利用牵引装置牵引一段管道穿过预先钻出的开口的心轴。在典型的实施例中，孔眼扩孔装置特征在于一对胀管头，其以相互间隔并成串的方式连接到拉杆上，并且装配有连接到第三胀管头上的一个或多个心轴。通常心轴由线缆固定到第四胀管头上，第四胀管头连接到将被牵引穿过孔眼的通常为HDPE的管道上。心轴弄直不规则处并清扫、平整和扩大孔眼以利于以施加到管道上的摩擦最小的方式牵引管道段通过孔眼。

Description

孔眼扩孔装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2006年7月27日提交的序列号为60/833,360的待决的美国在先临时申请的利益，并通过引用的方式将它包括进来。

技术领域

本发明涉及将管道(例如高密度聚乙烯(HDPE)管道的焊接段)放置在钻孔路径内的非开挖技术，更具体地涉及一种孔眼扩孔装置，其用于扩大、清除、平整和清扫在入口坑和出口坑之间选定长度的区域内的预先钻出的孔。

背景技术

在典型的实施例中，孔眼扩孔装置的特征在于至少一个连接到拉杆一端的清扫、刮擦和/或胀管头，该拉杆穿过尺寸不足的预先钻出的孔或开口延伸至连接到出口坑内拉杆另一端的牵引装置，该孔或开口从入口坑分阶段按路径钻出。在尺寸不足的孔眼的全部或部分不规则并需要弄直以在最小的摩擦下牵引管道通过的情况下，可以将一个或多个心轴连接到连接在单个管道清扫或胀管头处的拉杆主干或接头上，并可以将要固定在孔眼内的管道段或管道串(典型地利用线缆)连接到心轴上或连接到心轴上的另一胀管头上。整串胀管头/心轴/管道链铰接起来以利于穿过尺寸不足的孔眼路径，并且一个或多个心轴被设计成弄直不规则行进的孔眼，这种不规则行进的孔眼通常与管道接合并在管道上引起过多的应力或摩擦，从而导致焊接的通常为塑料的管道串在常规的管道牵引操作中出现故障。当在入口坑和出口坑之间延伸的孔眼或任何行进部分是不规则的并因此当对直接从孔眼中牵引管道构成危险时，典型的孔眼扩孔装置包括通过使用两端通常带有螺纹的拉杆主干或接头连接到位于入口坑内的孔眼开口附近的拉杆上的前导胀管头。拉杆接头直线延伸通过前导胀管头，随后的中间胀管头利用第二拉杆接头固定到第一拉杆接头的另一端。第三胀管头通常安装在连接到第二拉杆接头上的第三拉杆接头上，并且也连接到一个或多个心轴上。心轴或心轴链通常又借助于线缆连接到后部胀管头，管道段或管道串连接到后部胀管头，使得当整个链由位于与入口坑间隔开的出口坑内的牵引装置顺序牵引通过入口坑处的孔眼时整个链铰接着。铰接的扩孔装置和管道链“形成”，并且各个部件在前面连接的部件进入入口坑时依次添加到链中，直到整个链完成并被拉进入口坑孔眼开口为止。接着操作牵引装置以牵引拉杆和孔眼扩孔装置穿过孔眼，从而扩大、清除、干燥和平整孔眼并促进更加光滑和直的路径以在最小摩擦的环境下铺设管道。虽然基本上任何能够产生至少大约200,000磅的牵引力的牵引装置都能放置在出口坑中并连接到孔眼扩孔装置上，在本发明另一优选实施例中，本申请人的美国专利7,025,536中详述的牵引装置用作本发明的孔眼扩孔装置的部件以用于上述目的。

发明内容

鉴于此，根据一个方面，本发明提供了一种用于扩大和清扫具有入口端和出口端的孔眼的扩孔装置，所述扩孔装置包括：至少一个清扫头，其设在孔眼的入口端处，用于接钠一段管道；杆，所述杆的一端连接到所述清扫头，所述杆的相对端延伸穿过孔眼到达孔眼的出口端；牵引装置，其连接到所述杆的所述相对端，用于响应于所述牵引装置的操作而牵引所述清扫头和该段管道从孔眼的入口端穿过孔眼到达孔眼的出口端。

根据另一方面，本发明提供了一种用于扩大、清扫和平整具有出口端和入口端的孔眼的扩孔装置，所述扩孔装置包括：设在孔眼的入口端处的第一清扫头；杆，所述杆的一端连接到所述第一清扫头，所述杆的相对端延伸穿过孔眼到达孔眼的出口端；连接到所述第一清扫头的第二清扫头，该第二清扫头与第一清扫头成相互间隔开、串联的关系；由所述第二清扫头承载、用于平整所述孔眼的至少一个心轴；连接到所述心轴的第三清扫头，该第三清扫头与所述心轴成相互间隔开、串联关系，用于接纳一段管道；在孔眼的出口端处连接到所述杆的所述相对端的牵引装置，用于响应于所述牵引装置的操作而牵引所述第一清扫头、第二清扫头、所述心轴、所述第三清扫头和所述管道段从孔眼的入口端穿过孔眼到达孔眼的出口端。

根据又一方面，本发明提供了在具有入口端和出口端的孔眼中管道段的无开挖铺设方法，该方法使用位于孔眼出口端处的牵引装置和延伸穿过孔眼的拉杆，其中拉杆的一端连接到孔眼出口端处的牵引装置，拉杆的相对端从孔眼的入口端延伸，其中改进包括一种扩孔装置，该扩孔装置的特征在于包括连接到孔眼入口端处的拉杆的相对端的至少一个清扫头，用于接纳所述管道段并响应于所述牵引装置的操作而牵引所述清扫头和管道段穿过孔眼。

根据再一方面，本发明提供了一种扩大、清扫和弄直具有入口端和出口端的孔眼的方法，该方法使用位于孔眼的出口端处的牵引装置，所述方法包括以下步骤：a)使拉杆穿过孔眼，其中拉杆的一端从孔眼的入口端伸出，拉杆的相对端从孔眼的出口端伸出，所述相对端连接到牵引装置上；和b)将扩孔装置连接到孔眼的入口端处的拉杆的所述一端，其中所述扩孔装置包括适于接纳管道段的至少一个清扫头，以及响应于所述牵引装置的操作而牵引所述清扫头和管道段从入口端到出口端通过所述孔眼。

附图说明

参见附图可以更好地理解本发明，其中：

图1是本发明典型的成串的孔眼扩孔装置的透视图，它包括四个清扫或胀管头，一对扩孔器和要被牵引穿过预先钻出的尺寸不足的开口的管道段或管道串；

图2是位于与接纳孔眼扩孔装置的入口坑间隔开的出口坑内的典型的牵引装置的透视图，该牵引装置用于牵引拉杆以及孔眼扩孔装置通过孔眼；

图3是图1成串所示并连接到拉杆上的第一对清扫或胀管头侧视图，更具体地显示了将拉杆安装到前导胀管头以及将胀管头互相安装的优选技术；

图4是图1所示的成串装置中的第三清扫或胀管头的侧视图，它连接到由一对连接的心轴组成的心轴组件上，以响应于牵引装置牵引孔眼扩孔装置穿过孔眼而平整孔眼的不规则部分；

图5是图1所示的成串装置中的后部清扫或胀管头的侧视图，它运载了一段通常焊接的HDPE管道，并借助于线缆连接到图4所示的心轴组件中的第二心轴上；和

图6和7是图1所示的孔眼扩孔装置的分解图，更具体地显示了将拉杆和相应拉杆接头以及线缆连接到胀管头、心轴和管道串的优选技术。

具体实施方式

首先参见图1和2，在本发明优选实施例中，本发明的孔眼扩孔装置通常由附图标记1表示。如图1所示，孔眼扩孔装置1通常定位在入口坑13中，其中装置的相应部件以铰接、成串的方式排列。前导胀管头43连接到拉杆40的一端，该拉杆延伸通过入口坑孔眼14到达出口坑16，该出口坑与入口坑13间隔开一选定的距离并包括牵引装置2(图2)。牵引装置2接纳拉杆40的另一端，并被设计成牵引拉杆40穿过入口坑孔眼14进入出口坑孔眼17，以从入口坑13至出口坑16牵引孔眼扩孔装置1和管道串36。

牵引装置2可以是任何期望的设计，但是通常特征在于框架3，其在相对两端具有拉杆开口4以接钠拉杆40，并且装配有一对后部杆驱动构件10和前部杆驱动构件11(通常为液压缸)，每个构件分别具有以成对且相对的方式布置的活塞杆20。杆轭21连接相应的成对活塞杆20中的每一个，在每个杆轭21上设置夹持元件25，其中夹持元件25对准以接收并交替地夹持拉杆40，正如进一步在图2所示的。后部杆驱动构件10和前部杆驱动构件11通常安装在相应的装配板6上，该装配板固定在框架3上，正如之后描述的，框架3位于出口坑16内，使得后部杆驱动构件10、前部杆驱动构件11的液压操作和夹持元件25顺次用大的拉力拉动拉杆40穿过出口坑孔眼17和出口坑16。在本发明第二优选实施例中，图2所示的牵引装置2作为一个元件包括在本发明的孔眼扩孔装置1中。

参见图1和3-7，拉杆40相对于牵引端的相对端延伸穿过如上面描述的入口坑13的入口坑孔眼14，并通常借助于方叉(clevis coupling)27连接到端部带螺纹的前导拉杆接头39的一端，前导拉杆接头39延伸穿过前导胀管头43(图6)。前导胀管头43位于延伸到方叉27的前导拉杆接头39上，而前导拉杆接头39的另一端延伸到中部胀管头63，中部胀管头63布置在入口坑13内，相对于前导胀管头43成间隔、串联关系。第二拉杆接头39的一端通过杆联结器33固定到中部胀管头63处的第一或前导拉杆接头39上，该杆联结器33具有杆联结螺纹34。第二拉杆接头39的另一端或后端通过另一杆联结器33连接到第三拉杆接头39，固定到心轴组件51的第一心轴52上，其中第三拉杆接头延伸穿过间隔开的第三胀管头65。第二心轴61连接到第一心轴52上，杆联结器33将第三拉杆接头39固定到第一心轴52的前端处的第四拉杆接头39的一端(图6)。另一杆联结器33将第四拉杆接头39连接到第二心轴61的后端处的第五拉杆接头39上(图4)。一端具有线缆环23(图7)的线缆22的一端固定在连接到第五拉杆接头39的方叉27上，而配有第二线缆环23的线缆22的相对端或后端连接到与第六并且是最后一个拉杆接头39相连的另一方叉27上，从而延伸穿过后部胀管头67，在这些连接中通常使用销30a。管道段36连接到与线缆22相连的后部胀管头67上，以顺序牵引通过入口坑13中的入口坑孔眼14(图1)。

本领域技术人员可以认识到，虽然孔眼扩孔装置1在图1中显示成入口坑13内完整的“组装”结构，但是，在通常的应用中，正如后面将进一步描述的，前导胀管头43将利用方叉27首先连接到前导拉杆接头39处的拉杆40的突出端部。前导胀管头43接着将通过图2所示的牵引装置2的操作被拉入入口坑孔眼14中，根据本申请人的美国专利7,025,536所列出的方法操作该牵引装置2。接着，中部胀管头63通常利用第二拉杆接头39连接到从前导胀管头43的内部伸出的前导拉杆接头39上，中部胀管头63也由牵引装置2逐渐拉入入口坑孔眼14中。接着，正如此后进一步描述的，第三胀管头65利用第三拉杆接头39连接到第二拉杆接头39从中部胀管头63伸出的部分，第一心轴52利用附加拉杆接头39连接到第三胀管头65。如果需要，第二心轴61接着通过使用另一拉杆接头39连接到第一心轴62，以组成心轴组件51，正如图1进一步显示的。第三胀管头65和心轴组件51的组合接着借助于牵引装置2的操作被拖动通过入口坑孔眼14，其中心轴组件51包括第一心轴52和第二心轴61。线缆22的一端接着连接到从第二心轴61的开口端延伸并连接到拉杆接头39上的方叉27上，线缆22的相对端固定在连接到最后的拉杆接头39的另一方叉27上，其中最后的拉杆接头延伸穿过后部胀管头67(图7)。后部胀管头67接着通常利用管道装配螺栓48固定到管道串36上，操作牵引装置2以牵引后部胀管头67和管道36顺序通过入口孔眼14，直到管道36位于扩大的孔眼19中且没有多余的摇摆空间为止，如图3-5所示。

再次参见图1和3-7，本领域技术人员可以理解到，本发明的孔眼扩孔装置1在一个实施例中的特征在于，根据连接入口坑孔眼14和出口坑孔眼17的区域7中的初始线性孔眼18的特点，选定前导胀管头43、中部胀管头63、第三胀管头65和后部胀管头67的数量以及包括或省略心轴或心轴组件51。例如，当尺寸不足的线性孔眼18在入口坑孔眼14和出口坑孔眼17之间的路径上相当平整和规则时，可以不必使用心轴或组件51，可以将一个或多个胀管头分别连接到拉杆40和相应的拉杆接头39上，以简单地扩大和清扫线性孔眼18，形成扩大的孔眼19并引导管道36通过扩大的孔眼19。但是，当线性孔眼18不规则或者包括线性孔眼18钻好后侵入线性孔眼18的颗粒物质时，那么可以在串联的孔眼扩孔装置中布置第一心轴52和第二心轴61中的一个或多个，用于清理不规则部分，平整并清扫孔眼，并帮助扩大线性孔眼18以对应于附图3-5所示的增大的扩大孔眼19。这种动作有利于以最小的摩擦牵引管道串36通过扩大的孔眼19，给管道36带来很少的损害或没有损害。因为管道36是通常是选定壁厚的焊接HDPE管道，形成相对直的、清洁的和光滑的扩大孔眼19是非常有利的，以允许管道36以最小的摩擦从中平滑运动，而且紧密地包住管道以防止由于孔眼过大导致的移动或未对准。因此，包括第一心轴52和第二心轴61的心轴组件51用于清理孔眼的不规则部分并平整和扩大线性孔眼18以对应于扩大的孔眼19并为管道36准备通路。此外，通过考虑图1应当理解到，孔眼扩孔装置1可以在前导胀管头43、中部胀管头63、第三胀管头65、心轴组件51和后部胀管头67处铰接以穿过线性孔眼18和扩大的孔眼19，这是因为，正如后面详述的，这些元件通常利用拉杆接头39上的方叉型连接器和利用柔性线缆22相互连接。

现在参见图1、3-5、6和7，在本发明优选实施例中，拉杆40通常通过方叉27连接到每一端具有接头螺纹41的端部带螺纹的拉杆接头39的第一段，该方叉27通常的特征在于阳联结器28和阴联结器29，这两个联结器通过销30a在对准和对齐的销开口30处结合(图3和6)。阳联结器28和阴联结器29每个都具有内方叉螺纹31以分别与前导拉杆接头39上的接头螺纹41和拉杆40上的拉杆螺纹40a螺纹联结。按照类似的方式，拉杆接头39的第一段的相对端延伸穿过设在前导胀管头43上的胀管头孔49，后部接头螺纹41接钠具有内螺纹的杆联结器33以将拉杆接头39的第一段固定在前导胀管头43的恰当位置(图3和6)。在每一端具有另外的拉杆螺纹41的第二拉杆接头39的一端连接到杆联结器33上，并延伸穿过中部胀管头63中对应的胀管头孔49，如图3和6进一步显示的。拉杆接头39的第二段的相对端也设有用于接纳具有杆联结器内螺纹34的第二杆联结器33的接头螺纹41，而且同样具有杆联结器螺纹34的第二杆联结器33也接纳拉杆接头39的第三段的一端，其设有接头螺纹41并延伸穿过第三胀管头65的胀管头孔49，以与另一个杆联结器33螺纹连接。每个端部都具有接头螺纹41的第四拉杆接头39延伸通过心轴组件51的第一心轴52(图6)，并通过杆联结器33连接到第三拉杆接头39上，该杆联结器33具有杆联结器螺纹34。杆联结器33也在相应的接头螺纹41和杆联结器螺纹34处固定到第四拉杆接头39的相对端或后端。第五拉杆接头39的一个螺纹端拧入到该杆联结器33中，并向后延伸通过心轴组件51的第二心轴61，在这里它拧入另一杆联结器33，该另一联结器装配有螺栓35，其在两端都具有螺栓螺纹35a(图7)。螺栓35接纳方叉螺纹31处的方叉27的阴联结器元件29，线缆22的线缆环23通过延伸穿过销开口30的销30a连接到方叉27的阴联结器29上，正如图7进一步显示的。线缆22上的相对或后部线缆环23通过延伸通过销开口30的第二销30a固定到方叉27的又一阴联结器元件29上，正如图7进一步所示的。这个最后的方叉27又螺纹连接到第六也是最后的端部带螺纹的接头39的一端，该最后的接头延伸通过后部胀管头67的胀管头孔49。最后的拉杆接头39的相对端上设置的接头螺纹41连接到杆联结器螺纹34处的另一杆联结器33，以铰接的构型完成孔眼扩孔装置1的串联装配的元件到拉杆40的连接。焊接的管道段或管道串36接着通常通过管道装配螺栓或螺钉48连接到后部胀管头67的管道装配筒46上，该螺栓或螺钉延伸穿过设在管道装配筒46上的装配螺钉开口或螺栓开口47，并定位在设在管道36中的相应管道装配开口37中，如图7进一步显示的。

再次参见图1、6和7，前导胀管头43、中部胀管头63、第三胀管头65和后部胀管头67中每一个的典型特征在于圆柱状胀管头外壳44，该外壳具有从胀管头外壳44延伸到管道装配筒46的外壳扩张器45。多个径向定向和对准的装配螺钉开口或螺栓开口47通常设在每个管道装配筒46上以利于在认为必要时将装置的这些元件连接到管道段36上。装配螺钉开口或螺栓开口47也用于接纳管道装配螺栓48，以将包括第一心轴52的心轴组件51如图1所示固定在第三胀管头65的管道装配筒46上。

再次参见图1、6和7尤其是图6所示的心轴组件51，第一心轴52和第二心轴61中每一个的典型特征在于在其相对两端处的心轴轴环53和凹部58。例如，如图6所示，第二心轴61的心轴轴环53被设计成接合并装配在设在第一心轴52的相对端部中的凹部58中，以将心轴组件51的第一心轴52和第二心轴61结合起来。当心轴这样接合时，轴环装配螺栓55延伸穿过设在第一心轴52的凹部58中的凹部开口59并进入设在第二心轴61的相应心轴轴环53中的对准的轴环开口54，以可释放地将第一心轴52固定到第二心轴61上作为图1所示的组件51。如图6进一步显示的，第一心轴52和第二心轴61的后端设有心轴壁56，以在每个心轴中限定凹部58并支撑相应的杆联结器33，该杆联结器33连接到延伸穿过第一心轴52和第二心轴61的拉杆接头39。每个心轴壁56的中心设有壁开口57以分别接纳延伸穿过第一心轴52和第二心轴61的两个拉杆接头39。

本领域技术人员应当理解到，本发明孔眼扩孔装置的实施例提供了利用选定设计的牵引装置牵引一段管道(尤其是塑料管)在一区域内预先钻出的尺寸不足的开口或孔眼中通过选定距离的通用且有效技术。扩孔装置是通用的，原因在于胀管头和心轴单元的选定单元可以以上面描述的方式使用并以铰接的方式串联布置，以扩大、平整和清扫尺寸不足的预先钻出的孔眼并有利于在牵引操作中以施加到管道上的摩擦最小的方式使管道通过并下放。此外，该操作的实施不需要挖沟来铺管，只需要有入口坑和出口坑分别容纳扩孔装置和牵引装置即可。

虽然已经在上面描述了本发明的优选实施例，应当意识和了解到，可以对本发明进行各种改变，所附的权利要求用于覆盖将落入本发明精神和范围内的所有这些改变。

Claims (14)

1.一种用于扩大和清扫具有入口端和出口端的孔眼的扩孔装置，所述扩孔装置包括：第一清扫头，其设在孔眼的入口端处；第二清扫头，其附连到所述第一清扫头以用于接纳一段管道；至少一个心轴，其插置在所述第一清扫头和所述第二清扫头之间以用于扩大并弄直所述孔眼；杆，所述杆的一端连接到所述第一清扫头，所述杆的相对端延伸穿过孔眼到达孔眼的出口端；牵引装置，其连接到所述杆的所述相对端，用于响应于所述牵引装置的操作而牵引所述第一清扫头、第二清扫头、所述心轴和该段管道从孔眼的入口端穿过孔眼到达孔眼的出口端。

2.如权利要求1所述的扩孔装置，其特征在于，所述第二清扫头包括适合于可释放地接纳所述管道段的至少一个胀管头。

3.如权利要求1所述的扩孔装置，其特征在于，所述第一清扫头和第二清扫头均包括胀管头。

4.一种用于扩大、清扫和平整具有出口端和入口端的孔眼的扩孔装置，所述扩孔装置包括：设在孔眼的入口端处的第一清扫头；杆，所述杆的一端连接到所述第一清扫头，所述杆的相对端延伸穿过孔眼到达孔眼的出口端；连接到所述第一清扫头的第二清扫头，该第二清扫头与第一清扫头成相互间隔开、串联的关系；由所述第二清扫头承载、用于平整所述孔眼的至少一个心轴；连接到所述心轴的第三清扫头，该第三清扫头与所述心轴成相互间隔开、串联关系，用于接纳一段管道；在孔眼的出口端处连接到所述杆的所述相对端的牵引装置，用于响应于所述牵引装置的操作而牵引所述第一清扫头、第二清扫头、所述心轴、所述第三清扫头和所述管道段从孔眼的入口端穿过孔眼到达孔眼的出口端。

5.如权利要求4所述的扩孔装置，包括连接到所述心轴和所述第三清扫头的柔性线缆，用于以铰接的方式将所述第三清扫头固定到所述心轴上。

6.如权利要求4所述的扩孔装置，包括以分别与所述第一清扫头和所述第二清扫头间隔开的方式插置在所述第一清扫头和所述第二清扫头之间的辅助清扫头，用于增强孔眼的所述扩大、清扫和平整。

7.如权利要求4所述的扩孔装置，其特征在于，所述第一清扫头、第二清扫头和所述第三清扫头分别包括第一、第二和第三胀管头。

8.如权利要求7所述的扩孔装置，包括连接到所述心轴和所述第三胀管头的柔性线缆，用于以铰接的方式将所述第三胀管头固定到所述心轴上。

9.如权利要求8所述的扩孔装置，包括以分别与所述第一胀管头和所述第二胀管头间隔开的方式连接到所述第一胀管头和所述第二胀管头的辅助胀管头，用于增强孔眼的所述扩大、清扫和平整。

10.如权利要求4所述的扩孔装置，其特征在于，所述至少一个心轴包括一对连接的心轴，其中所述第三清扫头连接到相互间隔开的所述心轴中的一个上。

11.如权利要求10所述的扩孔装置，其特征在于，所述第一清扫头、第二清扫头和所述第三清扫头分别包括第一、第二和第三胀管头。

12.如权利要求11所述的扩孔装置，包括连接到所述心轴中的所述一个和所述第三胀管头的柔性线缆，用于以铰接的方式将所述第三胀管头固定到所述心轴中的所述一个上。

13.如权利要求12所述的扩孔装置，包括连接到所述第一胀管头和所述第二胀管头的辅助胀管头，用于增强孔眼的所述扩大、清扫和平整。

14.在具有入口端和出口端的孔眼中管道段的无开挖铺设方法，该方法使用位于孔眼出口端处的牵引装置和延伸穿过孔眼的拉杆，其中拉杆的一端连接到孔眼出口端处的牵引装置，拉杆的相对端从孔眼的入口端延伸，其中改进包括一种扩孔装置，该扩孔装置的特征在于包括以串联成串、相互间隔开的方式连接到拉杆上的多个胀管头，其中所述串联成串的所述胀管头的最后一个适合于接纳管道段，并所述扩孔装置包括连接到所述胀管头中选定的一个上以用于扩大和弄直孔眼的至少一个心轴。

Images