CN107366781A - 一种非开挖地下承压管道的更换装置及方法 - Google Patents

一种非开挖地下承压管道的更换装置及方法 Download PDF

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肖雯雯
韩阳
李芳�
许艳艳
段浩文
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Abstract

本发明公开了一种非开挖地下承压管道的更换装置及方法,用于对地下的旧管道更换,包括:钻杆收放装置,位于旧管道的一端;防滑脱钻杆,一端与钻杆收放装置相连,另一端通过钻杆收放装置推动防滑脱钻杆穿过旧管道的内部到达旧管道的另一端;旧管道切割刀,用于对旧管道进行切割,位于旧管道的另一端,并与穿过旧管道的防滑脱钻杆相连;柔性复合管,通过胀管头与旧管道切割刀相连,钻杆收放装置通过防滑脱钻杆带动旧管道切割刀对旧管道进行切割,通过胀管头对旧管道进行扩径,并连动柔性复合管进入地下新通道以实现管道的更换。本发明在埋地承压旧管道因建筑物、水域制约而开挖更换施工困难条件下,实现旧管道的非开挖更换。

Description

一种非开挖地下承压管道的更换装置及方法
技术领域
本发明涉及非开挖技术领域,尤其涉及一种非开挖地下承压管道更换装置及方法。
背景技术
埋地管道均具有一定的使用寿命,当使用到一定年限后必然发生腐蚀、老化、失效现象,造成管输介质的泄漏和环境的污染等一系列问题,给企业带来经济损失和社会负面影响。而在石油行业,对于服役时间长、老化严重、无利用价值的非金属单井原油输送管道,通常只能采用机械或人工对其进行清管、开挖、回收,同时敷设新管道,实现管道的更换,施工时效低。对于市政领域,传统开挖更换的施工方式在管线上方存在建筑物、交通、水域等受限因素时,施工周期长、工程量大、施工成本高。
目前,管道非开挖更换技术有胀管法、吃管法、管道排除法等,胀管法非开挖更换管道工艺相对简单,逐步受到应用研究和工程施工单位的青睐。该工艺是以服役时间长、不符合安全生产要求的旧管道走向为导向,采用气压、液压或静拉力来破碎现存的旧管道,并将旧管道碎屑挤入周围的土层中,同时拉入等径或超径的高密度聚乙烯管(HDPE管)。该技术避免采用机械或人工对无利用价值的旧管道进行开挖、断管、回收等工作量,在管线穿越不可开挖建筑物、水域或特殊位置时,具有较强的优越性,可获得较高的性价比。但是,由于HDPE管不具有承压特性,仅可适应于输送压力小于0.1MPa的燃气及生活用水,无法输送压力大于0.1MPa的介质。
现有技术中,如图1所示,在操作坑(尾坑)设置卷扬机和滑轮组,通过牵引绳起导向作用,保障更换管道的方向;通过操作坑(首坑)的空气压缩机驱动裂管头对旧管道进行冲击破碎。由于该技术能耗高、更换管道的导向性差,空气压缩机冲击对地面建筑及邻近管道的影响大,且更换的管道为HDPE管不具有承压性能,应用局限性大。
此外,如图2所示,提出了埋地管道在非开挖的条件下,在驱动器的作用下,通过盾构机构前端的刀具快速旋转,外环刀具对旧管道壁周围地层进行旋切扩径,呈漏斗的内环刀具状向前切割旧管道壁的同时向内挤压使得管壁破碎;牵引器牵引盾构机构不断的破碎旧管道的同时,注浆机构不断注入循环泥浆,将旧管道壁产生的碎屑带出管道。该技术采用了类似定向钻的原理实现的埋地管道的非开挖更换,但该技术效率低、时效性差,产生的循环泥浆对环境污染大,应用受制约。
因此,研发一种埋地管道非开挖状态下更换承压管道的装置和方法,在埋地管道因建筑物、水域制约而开挖更换施工困难条件下,实现旧管道的非开挖更换,将具有显著的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非开挖地下承压管道的更换装置及方法,能够对地下管道进行非开挖式旧管道更换。
为实现上述目的,本发明的一种非开挖地下承压管道的更换装置及方法的具体技术方案为:
一种非开挖地下承压管道的更换装置,用于对地下的旧管道更换,包括:钻杆收放装置,位于旧管道的一端;防滑脱钻杆,一端与钻杆收放装置相连,另一端通过钻杆收放装置推动防滑脱钻杆穿过旧管道的内部到达旧管道的另一端;旧管道切割刀,用于对旧管道进行切割,位于旧管道的另一端,并与穿过旧管道的防滑脱钻杆相连;柔性复合管,通过胀管头与旧管道切割刀相连,钻杆收放装置通过防滑脱钻杆带动旧管道切割刀对旧管道进行切割,通过胀管头对旧管道进行扩径,并连动柔性复合管进入地下新通道以实现管道的更换。
一种非开挖地下承压管道的更换的方法,包括以下步骤:
确定需更新的旧管道的分段点,在旧管道的分段点两端开挖操作坑;
对旧管道进行清管,并对操作坑内的旧管道进行断管;
从操作尾坑端将防滑脱钻杆通过旧管道内通道延伸至操作头坑端,拉力装置通过防滑脱钻杆带动旧管道切割刀对旧管道进行切割,并带动柔性复合管进入地下实现管道的更换;
对柔性复合管进行分段强度试压,通过接头与两端管道连接后,对整条管道进行严密性试压,回填操作坑。
本发明的一种非开挖地下承压管道的更换装置及方法的优点在于:
1)在埋地承压旧管道因建筑物、水域制约而开挖更换施工困难条件下,实现旧管道在非开挖地下更换为承压管道;
2)实现了更换后的管道具有承压性能,突破了传统更换HDPE管仅适应于输送压力小于0.1MPa的燃气及生活用水的限制,更换后的管道承压范围在6.4MPa-25MPa,管径为DN50-DN150mm,填补了管道非开挖更换领域的一项空白;
3)可以应用于市政工程、油田领域的水泥管、陶瓷管、铸铁管、玻璃钢管、塑料合金复合管等脆性管道的非开挖更换。
附图说明
图1为现有的非开挖气动裂管修复地下管道的结构示意图;
图2为现有的双环刀的非开挖管道更换系统的结构示意图;
图3为本发明的非开挖地下承压管道的更换装置的结构示意图;
图4为本发明的防滑脱钻杆的结构示意图;
图5为本发明的旧管道切割刀的结构示意图;
图6为图5的旧管道切割刀的侧视图;
图7为本发明的胀管头与柔性复合管相连的结构示意图;
图8为本发明的柔性复合管的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能,下面结合附图,对本发明的一种非开挖地下承压管道的更换装置及方法做进一步详细的描述。
如图3至图8所示,其示为本发明的一种非开挖地下承压管道的更换装置,包括钻杆收放装置3、防滑脱钻杆4、旧管道切割刀6、胀管头7和柔性复合管8,钻杆收放装置3位于旧管道5的一端;防滑脱钻杆4的一端与钻杆收放装置3相连,钻杆收放装置3推动防滑脱钻杆4通过旧管道5的内部到达在旧管道5的另一端;旧管道切割刀6用于对旧管道5进行切割,位于旧管道5的另一端,并与穿过旧管道5的防滑脱钻杆4相连;柔性复合管8位于旧管道5的另一端,通过胀管头7与旧管道切割刀6相连,钻杆收放装置3通过防滑脱钻杆4带动旧管道切割刀6对旧管道5进行切割,通过胀管头7对旧管道5进行扩径形成供柔性复合管进入地下新通道,并连动柔性复合管8进入地下新管道以实现管道的更换。
进一步,钻杆收放装置3连接有拉力装置1(优选采用液压动力供给装置),用于向钻杆收放装置3提供动力,以实现防滑脱钻杆4的延伸和回收,通过施工过程中的液压拉力载荷在防滑脱钻杆4、管道切割刀6和胀管头7之间的传递,实现旧管道5的破碎及新管道柔性复合管8的非开挖更换。
进一步,如图4所示,防滑脱钻杆4的外壁面上设置有多个凸起的挡块43和锯齿卡槽42,挡块呈锥形,具有锥形和方形,锯齿卡槽42靠近挡块43的方形设置,挡块43与锯齿卡槽43共同在防滑脱钻杆4的轴线方向相对设置,在防滑脱钻杆4的中心线方向上间隔设置有多个。在防滑脱钻杆回收过程中,在拉力装置1的液压力作用下防滑脱钻杆4可通过挡块43、锯齿卡槽42与钻杆收放装置内用于夹持钻杆的夹持器(图中未示)锯齿牙咬和,并与锥形挡块的方形面挤压,以稳固在拉拔过程中夹持器与防滑脱钻杆的连接,避免旧管道在非开挖更换胀管法施工过程中夹持器滑脱、提高了施工时效。此外,防滑脱钻杆4的两端分别为阴螺纹41和阳螺纹44,通过阳螺纹44使防滑脱钻杆4相互连接,以及与旧管道切割刀6相连。
进一步,旧管道切割刀6的外壁面上设置有三个刀片63,分别在旧管道切割刀6的水平方向上设置有两个刀片和纵向方向上设置有一个刀片,纵向方向上的刀片与水平方向上的两个刀片均呈90°间隔,水平方向上的两个刀片用于对旧管道5进行水平切割,纵向方向上设置的一个刀片用于对旧管道5的底部进行切割。其中,刀片63呈三角形,刀片上远离旧管道5的受力面与钻杆水平方向呈25°-30°。旧管道切割刀的两端分别为阴螺纹61和阳螺纹62,通过阴螺纹61与防滑脱钻杆的阳螺纹44相连以实现旧管道切割刀6与防滑脱钻杆的连接。此外,旧管道切割刀6和胀管头7的外径略大于旧管道外径,并且,胀管头的内径大于新的柔性复合管8的外径,以将柔性复合管8容纳在胀管头7内带动柔性复合管移动实现管道的替换。
进一步,柔性复合管8为多层结构,具有承压性能,由内向外依次设置有传输层81、增强层82、内保护层83、抗拉伸层84、保温层85和外保护层86,增强层82根据设计需要可采用涤纶工业长丝、芳纶长丝、聚乙烯长丝、玻璃纤维中的一种或多种;抗拉伸层84采用钢丝,套设在内保护层83的外部,用于承担施工过程的拉力载荷;管材轴向拉伸强度大于11t,承压范围在6.4MPa-25MPa,管径为DN50-DN150mm。
进一步,柔性复合管8与胀管头7之间设置有接头组件,接头组件包括接头挡板92、接头螺帽93和接头91,接头挡板92径向设置在胀管头7内;接头螺帽93设置在接头挡板92靠近柔性复合管8的一侧,旧管道切割刀6穿过接头螺帽93与防滑脱钻杆4相连;接头91,一端固定在柔性复合管8的端部,另一端与接头螺帽93螺纹连接,柔性复合管8通过接头与接头螺纹相连以与胀管头7和切割刀相连。施工过程的拉力载荷通过防滑脱钻杆4、管道切割刀6、传递到接头挡板92和柔性复合管8上。
下面结合附图对本发明的一种非开挖承压管道的更换方法的工作过程进行描述:
步骤1,依据施工图设计和现场踏勘,探明施工区域内与其他管道及设施间距,通过工艺计算确定需更新的管道分段点,确定支管、管墩等改造点后在旧管道的分段点两端开挖操作坑;上文提到的拉力装置1、钻杆收放装置3均放置在操作尾坑21中,新的柔性复合管8、胀管头7、管道切割刀6均放置在操作头坑22中。
步骤2,对旧管道5进行清管,以清除旧管道5内的油污,以防污染环境,达到标准后采用切割设备对操作坑内的旧管道5断管,以便进行旧管道更换操作。
步骤3,对防滑脱钻杆4顺序连接,从操作尾坑21端通过旧管道5内通道延伸至操作头坑22端,管道切割刀6从胀管头7内穿过后,两端分别与防滑脱钻杆4和接头螺帽93相连。
步骤4,在确保旧管道切割刀6与接头螺帽93、接头螺帽93与接头9之间的连接牢固条件下,采用静液压法施工,拉力装置1提供拉力通过钻杆收放装置3带动旧管道切割刀6对旧管道进行切割,并带动柔性复合管8进入地下实现管道的更换,施工过程中应施加恒定拉力。
步骤5、按照相关标准,先对柔性复合管进行分段强度试压,通过接头与两端管道连接后,对整条管道严密性试压,然后回填操作坑,竣工验收、投产、交付使用。
本发明的一种非开挖地下承压管道的更换装置及方法,在埋地承压旧管道因建筑物、水域制约而开挖更换施工困难条件下,实现旧管道在非开挖地下更换为承压管道;实现了更换后的管道具有承压性能,突破了传统更换HDPE管仅适应于输送压力小于0.1MPa的燃气及生活用水的限制,更换后的管道承压范围在6.4MPa-25MPa,管径为DN50-DN150mm,填补了管道非开挖更换领域的一项空白;可以应用于市政工程、油田领域的水泥管、陶瓷管、铸铁管、玻璃钢管、塑料合金复合管等脆性管道的非开挖更换。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述,但是应该理解的是,这里具体的描述,不应理解为对本发明的实质和范围的限定,本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改,都属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种非开挖地下承压管道的更换装置,用于对地下的旧管道(5)更换,其特征在于,包括:
钻杆收放装置(3),位于旧管道(5)的一端;
防滑脱钻杆(4),一端与钻杆收放装置(3)相连,另一端通过钻杆收放装置(3)推动防滑脱钻杆(4)穿过旧管道(5)的内部到达旧管道(5)的另一端;
旧管道切割刀(6),用于对旧管道(5)进行切割,位于旧管道(5)的另一端,并与穿过旧管道(5)的防滑脱钻杆(4)相连;
柔性复合管(8),通过胀管头(7)与旧管道切割刀(6)相连,钻杆收放装置(3)通过防滑脱钻杆(4)带动旧管道切割刀(6)对旧管道(5)进行切割,胀管头(7)对旧管道(5)进行扩径,并连动柔性复合管(8)进入地下新通道以实现管道的更换。
2.根据权利要求1所述的更换装置,其特征在于,钻杆收放装置(3)连接有拉力装置(1),用于向钻杆收放装置(3)提供动力,拉力装置(1)通过钻杆收放装置(3)回收防滑脱钻杆(3)。
3.根据权利要求1所述的更换装置,其特征在于,防滑脱钻杆(4)的外壁面上设置有多个凸起的挡块(43)和锯齿卡槽(42),用于与夹持器相配合,挡块呈锥形,锯齿卡槽(42)靠近挡块(43)设置,挡块(43)与锯齿卡槽(42)共同在防滑脱钻杆(4)的轴线方向相对设置,在防滑脱钻杆(4)的中心线方向上间隔设置有多个。
4.根据权利要求1所述的更换装置,其特征在于,旧管道切割刀(6)的外壁面上设置有三个刀片(63),分别在旧管道切割刀(6)的水平方向上设置有两个刀片和纵向方向上设置有一个刀片,纵向方向上的刀片与水平方向上的两个刀片均呈90°间隔,水平方向上的两个刀片用于对旧管道(5)进行水平切割,纵向方向上设置的一个刀片用于对旧管道(5)的底部进行切割。
5.根据权利要求4所述的更换装置,其特征在于,刀片(63)呈三角形,刀片上远离旧管道(5)的受力面与钻杆水平方向呈25°-30°。
6.根据权利要求1所述的更换装置,其特征在于,旧管道切割刀(6)和胀管头(7)的外径大于旧管道(5)的外径,并且胀管头(7)的内径大于柔性复合管(8)的外径,以将柔性复合管(8)容纳在胀管头(7)内带动柔性复合管(8)移动实现管道的替换。
7.根据权利要求1所述的更换装置,其特征在于,柔性复合管(8)为多层结构,具有承压性,由内向外依次设置有传输层(81)、增强层(82)、内保护层(83)、抗拉伸层(84)、保温层(85)和外保护层(86)。
8.根据权利要求1所述的更换装置,其特征在于,柔性复合管(8)与胀管头(7)之间设置有接头组件,接头组件包括:
接头挡板(92),径向设置在胀管头(7)内;
接头螺帽(93),设置在接头挡板(92)靠近柔性复合管(8)的一侧,旧管道切割刀(6)穿过接头螺帽(93)与防滑脱钻杆(4)相连;
接头(91),一端固定在柔性复合管(8)的端部,另一端与接头螺帽(93)螺纹连接,柔性复合管(8)通过接头(91)与接头螺纹相连以与胀管头(7)和切割刀(6)相连。
9.一种非开挖地下承压管道的更换的方法,其特征在于,包括以下步骤:
确定需更新的旧管道的分段点,在旧管道的分段点两端开挖操作坑;
对旧管道进行清管,并对操作坑内的旧管道进行断管;
从操作尾坑端将防滑脱钻杆通过旧管道内通道延伸至操作头坑端,拉力装置通过防滑脱钻杆带动旧管道切割刀对旧管道进行切割,并带动柔性复合管进入地下实现管道的更换;
对柔性复合管进行分段强度试压,通过接头与两端管道连接后,对整条管道进行严密性试压,回填操作坑。
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