CN113073722B - 一种适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置，包括机身，机身上设置有伸缩式管道切割及回填机构、管道退出机构和管道分解机构。施工时，首先通过伸缩式管道切割及回填机构将可收缩管道切割器送入管道中，由可收缩管道切割器将管道切断；管道切断后，拆卸可伸缩管道切割器，安装土体回填压实器，向切断的管道内逐步填入土体并挤压密实；最后，使管道退出机构的动力滚轮压紧管道表面，动力滚轮转动将切断后的管道从土体中抽取出来，同时管道穿过管道分解机构时，管道分解机构上的切割刀轮高速转动，将移除的管道进行分解切割。本发明能够高效拆除地下的废弃管道，并可实现土体的压实回填，扰动小，能有效控制地面沉降。

Description

一种适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置及其工作 方法

技术领域

本发明涉及市政工程中地下管道拆除施工领域，具体涉及一种适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置及其工作方法。

背景技术

城市地下工程管道作为城市基础设施的重要组成部分，担负着城市水、能源、信息等的传输工作。由于城市前期缺乏长远的规划，在不断的升级改造中，各类市政工程管道不断增加，相互影响，地上、地下各类设施间的关系也变得尤为复杂。特别是废弃的地下管道，不仅不能够再为城市提供相应的服务，还占据了大量宝贵的地下空间开发，阻碍了其他地下设施的升级。因此，废旧老管道的拆移工作已成为了地下空间合理利用及升级改造的主要制约因素之一。

1.地下管道拆除现状

(1)拆除管道的需求量日益增大。新建大型建筑群和改造市政、交通设施，必然会造成大量原有地下管道被拆除。基于城市规划、环保或其他方面的要求，也需拆除和改造某些原有地下的既有管道。(2)拆除管道种类增多。新材料、新技术的不断应用，也使拆除管道种类增多。如供水管、排水管、热力管道、电力管道、通信管道、电缆管道等。(3)拆除的施工复杂化。被拆除管道本身结构的复杂程度和规模的增大，传统的明开挖拆除方法已远远不能满足需要，而需要多部门、多工种、各种机械密切配合。(4)拆除工程安全工作难度增大。从拆除作业的环境看，被拆除管道大多处于繁华地区或交通干线的地下，工作场所狭小，周围建筑、临近管道、过往车辆和行人较多，施工中除了要保证作业人员安全外，越来越强调最大程度地减少对周围环境的影响，这些要求增大了安全工作的难度。

2.拆除地下管道方法

目前国内外拆除地下管道的方法，主要还是明挖法施工，分为明挖机械拆除法和明挖爆破拆除法。

(1)明挖机械拆除法是根据设计图纸或者探测仪确定地下管道的位置后，通过挖掘机械并配合人工开挖，一般用再劈裂机及切割设备对老管道进行拆除，吊机移除被拆卸的老管道后，再进行土体的回填夯实。该拆除方法的优点是施工时无环境污染，施工较为简单。但明挖机械法最大的缺点就是效率太低、拆除的扰动也相对较大，且在对施工扰动敏感性强的地区和施工空间受限的地区的适用性较弱。

(2)明挖爆破法则是明挖暴露管道之后，控制雷管或炸药为媒介，通过对管道进行爆破设计，对其实施有目的拆除的一种方法。此方法需要满足以下要求：要能控制被爆体的破碎程度、爆破破坏范围、碎渣堆积范围以及控制爆破所产生的有害效应。明挖爆破法虽然具有速度快、效果明显等优点，但是需要一定的施爆条件和场地，并且爆破容易对环境及既有管道产生污染和破坏，且噪音大、爆破容易产生许多飞溅的碎渣，有时可能对周围的结构物、机械或人员产生破坏，爆破产生的空气冲击波、飞散物、粉尘、噪声也会对周围的既有建筑物造成伤害。

明挖机械法和明挖爆破法虽有施工工艺简单成熟，效果明显等优点，但其需要较大的施工场地和一定的爆破条件，施工成本较高，同时容易对周围环境产生污染，对临近既有管道和建筑物产生扰动破坏的可能性较大。因此，随着对拆除施工周围环境要求的进一步提高，具有低噪声、无粉尘、施工轻便、速度快、振动小、操作灵活等特点的管道拆除设备将更适应现代地下拆除工程，发展前景巨大，社会效益明显。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置及其工作方法。能够高效拆除地下的废弃管道，并可实现土体的压实回填，扰动小，能有效控制地面沉降，尤其适用于对振动敏感性强、沉降控制严格的地区使用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置，包括机身，机身上设置有伸缩式管道切割及回填机构、管道退出机构和管道分解机构；

所述伸缩式管道切割及回填机构设置在机身的一侧，包括可伸缩转轴、可收缩管道切割器和土体回填压实器，其中，所述可伸缩转轴的尾端安装在机身上，前端能够根据实际使用需求安装所述可收缩管道切割器或者土体回填压实器；

所述管道退出机构数量为多个，多个管道退出机构分别布置在伸缩式管道切割及回填机构周围，每个管道退出机构包括第一伸缩液压杆、第二伸缩液压杆、第三伸缩液压杆和动力滚轮，第一伸缩液压杆的缸身部分固定在机身上，第二伸缩液压杆的缸身尾端与第一伸缩液压杆的动作杆的前端铰接，第二伸缩液压杆的动作杆的前端安装所述动力滚轮；所述第三伸缩液压杆的缸身尾端铰接在第一伸缩液压杆的动作杆上，第三伸缩液压杆的动作杆的前端铰接在第二伸缩液压杆的缸身上，通过第三伸缩液压杆能够调节第一伸缩液压杆和第二伸缩液压杆之间的夹角，并结合第一伸缩液压杆和第二伸缩液压杆的动作能够调节动力滚轮的工作位置，以使管道退出机构的动力滚轮能够夹紧待移除的管道的外壁，并通过动力滚轮旋转，将管道退出土体；

所述管道分解机构位于可伸缩转轴的尾部位置，用于对退出的管道进行切割，将管道分解。

在上述技术方案中，所述可收缩管道切割器上设置有沿圆周分布的多个刀头伸缩杆，每个刀头伸缩杆的顶端安装有钢切割刀头，并且可收缩管道切割器的轴心位置设置有钢转轴，钢转轴端部设置有用于与可伸缩转轴前端连接的接口。

在上述技术方案中，所述土体回填压实器为圆盘形，土体回填压实器包括钢盘支撑和填充沙盘，钢盘支撑和填充沙盘面对面对接，钢盘支撑的轴心位置设置有钢转轴，钢转轴端部设置有用于与可伸缩转轴尾端连接的接口。

在上述技术方案中，在钢盘支撑和填充沙盘之间可以设置压力传感器，用于检测对土体的压实力大小。

在上述技术方案中，所述管道退出机构包括4个，4个管道退出机构分别布置在伸缩式管道切割及回填机构的左右两侧和上下两侧。

在上述技术方案中，动力滚轮轮面上设置有防滑橡胶带以及防滑摩擦钉。

在上述技术方案中，管道分解机构的数量为4个，每个管道分解机构包括支撑架和安装在支撑架上的切割刀轮，4个管道分解机构沿可伸缩转轴分布，每个切割刀轮与待切割的管道外壁垂直布置。

在上述技术方案中，机身的底部设置有支撑基座。

本发明的适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置的施工方法如下：

步骤一：开挖出需移除的管道，使管道暴露在基坑中，然后切除一定长度暴露在外的废弃管道为安置拆除回填一体化装置留出空间；

步骤二：使可伸缩转轴的轴线与需移除管道轴线一致，在需移除管道中伸长可伸缩转轴，然后可伸缩转轴前端的可收缩管道切割器的刀头伸缩杆伸长，钢切割刀头与管道内壁接触，高速转动可收缩管道切割器，将需移除管道逐渐切断；

步骤三：管道切断后，缩短可伸缩转轴至初始位置，拆卸可伸缩管道切割器，安装土体回填压实器至可伸缩转轴前端，然后利用伸缩式管道切割及回填机构向切断的管道内逐步填入土体并挤压密实；

步骤四：控制管道退出机构的伸缩液压杆，使管道退出机构的动力滚轮压紧管道表面，并控制土体回填压实器固定在管内最后一次压实位置，支撑管内的回填土体，防止管道往外退出过程中将回填土带出，然后控制动力滚轮转动，将切断后的管道从土体中抽取出来，同时管道穿过管道分解机构时，管道分解机构上的切割刀轮高速转动，将移除的管道进行分解切割。

本发明的优点和有益效果为：

目前地下管道的拆除工作仍基本采用明开挖的方式，这就不可避免的引起市政道路的大面积开挖，开挖引起的扰动等易对周围临近既有管道、隧道及构筑物等造成较大的损害，同时，管道移除后土体的压实回填工作量大，道面恢复施工周期长，施工成本较高。而本装置有效的解决了大面积开挖拆除管道的难题，实现了管道的非开挖拆除及土体的自动化压实回填，可有效控制地面沉降，施工效率高，稳定性高，成本低，扰动小，对周围环境影响极小，有着广阔的工程应用前景，社会经济效益显著。

附图说明

图1：一种适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置的操作流程；

图2：一种适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置的整体示意图；

图3：可收缩管道切割器的正视图；

图4：可收缩管道切割器的侧视图；

图5：土体回填压实器的侧视图；

图6：土体回填压实器的正视图；

图7：动力滚轮与被移除管道剖面位置图；

图8：动力滚轮的示意图；

图9：拆除装置固定于现场土体示意图；

图10：切割需移除管道示意图；

图11：回填压实微膨胀土示意图；

图12：拆除抽取管道示意图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

一种适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置，包括机身1，机身1上设置有伸缩式管道切割及回填机构、管道退出机构和管道分解机构。

所述伸缩式管道切割及回填机构设置在机身1的一侧，包括可伸缩转轴2.1、可收缩管道切割器2.2和土体回填压实器2.3，其中，所述可伸缩转轴2.1的尾端安装在机身1上，前端能够根据实际使用需求安装所述可收缩管道切割器2.2或者土体回填压实器2.3。参见附图3-4，所述可收缩管道切割器2.2上设置有沿圆周分布的多个刀头伸缩杆2.21，每个刀头伸缩杆的顶端安装有钢切割刀头2.22，并且可收缩管道切割器的轴心位置设置有钢转轴2.23，钢转轴端部设置有用于与可伸缩转轴前端连接的螺纹接口2.24(可伸缩转轴2.1的前端设置有对应的螺纹接口2.11)。参见附图5-6，所述土体回填压实器2.3为圆盘形，直径略小于待拆除管道的内径，土体回填压实器2.3包括钢盘支撑2.31和填充沙盘2.32，钢盘支撑2.31和填充沙盘2.32面对面对接，钢盘支撑2.31的轴心位置设置有钢转轴2.33，钢转轴2.33端部设置有用于与可伸缩转轴尾端连接的螺纹接口2.34。进一步的说，在钢盘支撑2.31和填充沙盘2.32之间可以设置压力传感器2.35，用于检测对土体的压实力大小。

所述管道退出机构包括4个，4个管道退出机构分别布置在伸缩式管道切割及回填机构的左右两侧和上下两侧。具体的讲，所述管道退出机构包括第一伸缩液压杆3.1、第二伸缩液压杆3.2、第三伸缩液压杆3.3和动力滚轮3.4，第一伸缩液压杆3.1的缸身部分固定在机身1上，第二伸缩液压杆3.2的缸身尾端与第一伸缩液压杆3.1的动作杆的前端铰接，第二伸缩液压杆3.2的动作杆的前端安装所述动力滚轮3.4；所述第三伸缩液压杆3.3的缸身尾端铰接在第一伸缩液压杆3.1的动作杆上，第三伸缩液压杆3.3的动作杆的前端铰接在第二伸缩液压杆3.2的缸身上，通过第三伸缩液压杆3.3能够调节第一伸缩液压杆3.1和第二伸缩液压杆3.2之间的夹角，并结合第一伸缩液压杆3.1和第二伸缩液压杆3.2的动作能够调节动力滚轮3.4的工作位置，以使4个管道退出机构的动力滚轮3.4能够夹紧待移除的管道0的外壁(参见附图7)，并通过动力滚轮3.4旋转，将管道退出土体。进一步的说，参见附图8，动力滚轮3.4轮面上设置有防滑橡胶带3.41以及防滑摩擦钉3.42。

所述管道分解机构位于可伸缩转轴2.1的尾部位置，用于对退出的管道进行切割，将管道分解。具体的讲，管道分解机构的数量为4个(参见附图9)，每个管道分解机构包括支撑架4.1和安装在支撑架4.1上的切割刀轮4.2，4个管道分解机构沿可伸缩转轴2.1分布，每个切割刀轮4.2与待切割的管道外壁垂直布置。

进一步的说，参见附图9，机身1的底部设置有支撑基座1.1。

本发明的适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置，其具体实施的主要流程具体如下(参见附图1、10-12)：

步骤一：开挖出需移除的管道，标定需移除废弃管道的走向，开挖长度为管道长度方向3m长，开挖宽度至管道两侧各0.5m，开挖深度至管道下方0.5m，直至管道完全暴露在基坑中；切除长度3m暴露在外的废弃管道为安置拆除回填一体化装置留出空间。

步骤二：通过支撑基座1.1将拆除回填一体化装置稳定的固定于基坑土体中，使可伸缩转轴的轴线与需移除管道轴线一致；根据实际需求，在需移除管道中伸长可伸缩转轴距离L，然后可伸缩转轴前端的可收缩管道切割器2.2的刀头伸缩杆伸长，钢切割刀头2.22与管道内壁完全相接触，高速转动可收缩管道切割器2.2，将需移除管道0逐渐切断。

步骤三：需移除管道切断后，缩短可伸缩转轴至初始位置，拆卸可伸缩管道切割器2.2，安装土体回填压实器2.3至可伸缩转轴前端，将体积为V(V＝πR²×1)的微膨胀土灌入管道内部，可伸缩转轴伸长(L-1)m，土体回填压实器2.3向前挤压灌入的微膨胀土至密实，并收缩可伸缩转轴至初始位置，再次将体积为V的微膨胀土灌入管道内，可伸缩转轴伸长(L-2)m，土体回填压实器向前挤压灌入的微膨胀土至密实，重复以上步骤，直至将长度L的管道内全部灌入微膨胀土并挤压密实。

步骤四：控制管道退出机构的伸缩液压杆，使得上下左右四个动力滚轮3.4上的防滑摩擦钉刺入管道表面，并控制土体回填压实器固定在管内最后一次压实位置，支撑管内的回填土体，防止管道往外退出过程中将回填土带出，然后控制四个方向的动力滚轮3.4开始低速转动，通过动力滚轮表面的防滑摩擦钉和橡胶带与需移除管道之间的摩擦力，将切断后的管道从土体中抽取出来，同时管道穿过管道分解机构时，管道分解机构上的切割刀轮4.2高速转动，将移除的管道切割为四部分，方便回收。

步骤五：恢复施工场地或重复上述步骤。

移除管道后，回填初始开挖的3m长的施工场地，并压实修复路面，恢复交通。若需移除管道过长或者管道转弯，则可以采取分段施工或在管道转弯处开挖工作面，重复上述工序步骤，即可实现管道的灵活化拆除。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置，其特征在于：包括机身，机身上设置有伸缩式管道切割及回填机构、管道退出机构和管道分解机构；

所述伸缩式管道切割及回填机构设置在机身的一侧，包括可伸缩转轴、可收缩管道切割器和土体回填压实器，其中，所述可伸缩转轴的尾端安装在机身上，前端能够根据实际使用需求安装所述可收缩管道切割器或者土体回填压实器；所述可收缩管道切割器上设置有沿圆周分布的多个刀头伸缩杆，每个刀头伸缩杆的顶端安装有钢切割刀头，并且可收缩管道切割器的轴心位置设置有第一钢转轴，第一钢转轴端部设置有用于与可伸缩转轴前端连接的接口；所述土体回填压实器为圆盘形，土体回填压实器包括钢盘支撑和填充沙盘，钢盘支撑和填充沙盘面对面对接，钢盘支撑的轴心位置设置有第二钢转轴，第二钢转轴端部设置有用于与可伸缩转轴尾端连接的接口；

所述管道退出机构数量为多个，多个管道退出机构分别布置在伸缩式管道切割及回填机构周围，每个管道退出机构包括第一伸缩液压杆、第二伸缩液压杆、第三伸缩液压杆和动力滚轮，第一伸缩液压杆的缸身部分固定在机身上，第二伸缩液压杆的缸身尾端与第一伸缩液压杆的动作杆的前端铰接，第二伸缩液压杆的动作杆的前端安装所述动力滚轮；所述第三伸缩液压杆的缸身尾端铰接在第一伸缩液压杆的动作杆上，第三伸缩液压杆的动作杆的前端铰接在第二伸缩液压杆的缸身上，通过第三伸缩液压杆能够调节第一伸缩液压杆和第二伸缩液压杆之间的夹角，并结合第一伸缩液压杆和第二伸缩液压杆的动作能够调节动力滚轮的工作位置，以使管道退出机构的动力滚轮能够夹紧待移除的管道的外壁，并通过动力滚轮旋转，将管道退出土体；

所述管道分解机构位于可伸缩转轴的尾部位置，用于对退出的管道进行切割，将管道分解；管道分解机构的数量为4个，每个管道分解机构包括支撑架和安装在支撑架上的切割刀轮，4个管道分解机构沿可伸缩转轴分布，每个切割刀轮与待切割的管道外壁垂直布置。

2.根据权利要求1所述的适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置，其特征在于：在钢盘支撑和填充沙盘之间可以设置压力传感器，用于检测对土体的压实力大小。

3.根据权利要求1所述的适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置，其特征在于：所述管道退出机构包括4个，4个管道退出机构分别布置在伸缩式管道切割及回填机构的左右两侧和上下两侧。

4.根据权利要求1所述的适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置，其特征在于：动力滚轮轮面上设置有防滑橡胶带以及防滑摩擦钉。

5.根据权利要求1所述的适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置，其特征在于：机身的底部设置有支撑基座。

6.根据权利要求1所述的适用于地下柔性管道的拆除回填一体化装置的施工方法，其特征在于：

步骤一：开挖出需移除的管道，使管道暴露在基坑中，然后切除一定长度暴露在外的废弃管道为安置拆除回填一体化装置留出空间；

步骤二：使可伸缩转轴的轴线与需移除管道轴线一致，在需移除管道中伸长可伸缩转轴，然后可伸缩转轴前端的可收缩管道切割器的刀头伸缩杆伸长，钢切割刀头与管道内壁接触，高速转动可收缩管道切割器，将需移除管道逐渐切断；

步骤三：管道切断后，缩短可伸缩转轴至初始位置，拆卸可伸缩管道切割器，安装土体回填压实器至可伸缩转轴前端，然后利用伸缩式管道切割及回填机构向切断的管道内逐步填入土体并挤压密实；

步骤四：控制管道退出机构的伸缩液压杆，使管道退出机构的动力滚轮压紧管道表面，并控制土体回填压实器固定在管内最后一次压实位置，支撑管内的回填土体，防止管道往外退出过程中将回填土带出，然后控制动力滚轮转动，将切断后的管道从土体中抽取出来，同时管道穿过管道分解机构时，管道分解机构上的切割刀轮高速转动，将移除的管道进行分解切割。

Images