CN114382165A - 一种用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置及方法，通过设置非开挖钻机主机，通过多根钻杆和联轴器传动，驱动拖板装置在箱涵内来回拖动，从而将淤泥转移至工作位处，方便进行泵吸并做无害化处置，操作人员只需操作非开挖钻机主机即可，代替人工清淤，提高工作效率；本发明实现了箱涵连续高效清淤，避免人工操作的安全风险，大大降低了开挖工作位的数量，在不影响地面构筑物及周遭环境的情况下正常运行，可彻底清除淤泥，确保箱涵的过流能力，有效降低内源污染对水质的影响。
Description
技术领域
本发明涉及清淤装置领域，尤其涉及一种用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置及方法。
背景技术
随着城市基础建设不断发展，尤其是地下空间的开发利用更是一个城市基础建设先进程度的重点，其中城市排水管网系统是重要组成部分，也是决定整个城市抗涝能力的决定性环节。因此，城市排水管网的日常清淤疏浚养护至关重要，尤其是被定为城市排水主干通道的地下大型箱涵的清淤疏浚。
当箱涵内部积淤严重，排水能力较设计标准大幅下降，给上游地区造成较大的渍水隐患，雨污分流不彻底，导致初期雨水和部分混流污水在箱涵内长期沉淀，降低了箱涵出水的水质，尤其是沉积的底层淤泥经过长期的厌氧消化后产生各类有毒有害物质，进一步恶化了出水水质。
面对箱涵淤泥沉积的普遍现状，如何高效、安全且彻底的把沉积淤泥清理到地面，再进行统一处理处置，就变得尤为重要。箱涵清淤一直是城市管网养护的难题，常规方法是通过围堰堵截断流，降水后，人工清淤。由于箱涵通常在地下较深处，空间相对狭小，大型机械设备无法进入，因此通常由人工辅助简易工具进行清淤疏捞。由于箱涵管网通常处在生活区，周围环境较为复杂，需要进行破除开挖，在实际工作中，通常50m左右就需要开挖一个吊装孔，由于箱涵内部属于密闭空间，淤泥经过发酵释放硫化氢类有毒气体，安全风险非常高，同时工作量特别大，工作效率严重受限。因此，亟需简便有效的管网箱涵连续定向清淤的系统装置，以便满足高质量发展的城市建设。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置及方法，代替人工清淤，提高工作效率。
本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置，其包括拖板装置、联轴器、多根钻杆和非开挖钻机主机，其中，
拖板装置，包括淤泥挡板、主梁支架和伸缩机构，主梁支架与淤泥挡板铰连接，伸缩机构分别与主梁支架和淤泥挡板铰连接并调节二者之间的夹角；
非开挖钻机主机，驱动钻杆转动并伸出或者缩回；
多根钻杆，依次连续拼接，首端的钻杆连接非开挖钻机主机；
联轴器，分别连接主梁支架和末端的钻杆，将钻杆的转动和伸出或者缩回运动转换为主梁支架的伸出或者缩回运动。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述联轴器包括相互同轴设置的回转壳体、两推力轴承、承力法兰、涨紧螺母和限位轴套，其中，钻杆包括同轴设置且一体成型的钻杆本体和连接轴，钻杆本体和连接轴连接处设置有台阶环面，一推力轴承、承力法兰、另一推力轴承、限位轴套和涨紧螺母依次端面相互抵持并嵌套在连接轴上，台阶环面与推力轴承端面相互抵持，涨紧螺母与连接轴螺纹连接并压紧限位轴套，承力法兰与回转壳体固定，回转壳体与主梁支架同轴固定。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述非开挖钻机主机设置于地基上，所述拖板装置设置于箱涵内，箱涵顶部地面挖开形成工作位，钻杆从工作位伸入管网箱涵内。
进一步优选的，还包括污泥清淤泵和淤泥在线处理单元，污泥清淤泵设置于工作位附近的箱涵内，并抽吸淤泥传送给淤泥在线处理单元；淤泥在线处理单元对淤泥进行快速筛分，实现粒径分离、分类脱水，同时对淤泥分类后物料进行无害化资源化处置。
进一步优选的，多根钻杆依次连续拼接后在重力作用下整体呈弧形弯曲，并伸入箱涵内。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述伸缩机构为液压阻尼器。
进一步优选的，所述淤泥挡板和主梁支架之间的夹角A为35°至45°。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述拖板装置包括若干滚轮和减震器，所述淤泥挡板底部并排设置有若干安装槽，减震器设置于安装槽内并连接淤泥挡板与滚轮。
第二方面，本发明提供了一种非开挖管网箱涵连续定向清淤方法，包括以下步骤，
S1，在箱涵顶部地面间隔一定距离挖开，形成多个间隔设置的工作位；
S2，采用高压冲洗破碎装置对箱涵进行预疏通；
S3，将拖板装置置于箱涵内，非开挖钻机主机置于地面上，多根钻杆依次连续拼接，首端的钻杆连接非开挖钻机主机，末端的钻杆连接联轴器；
继续循环执行步骤S4和S5：
S4，非开挖钻机主机驱动钻杆转动并伸出，联轴器将钻杆的转动和伸出运动转换为主梁支架的伸出运动，淤泥挡板往前运动，并带动疏松淤泥前进并转移至下一个工作位处；
S5，非开挖钻机主机驱动钻杆反向转动并缩回，联轴器将钻杆的转动和缩回运动转换为主梁支架的缩回运动，淤泥挡板往回运动，切削整个淤泥层，并带动淤泥往回运动并转移至工作位处；
S6，通过污泥清淤泵抽吸淤泥并传送给淤泥在线处理单元；淤泥在线处理单元对淤泥进行快速筛分，实现粒径分离、分类脱水，同时对淤泥分类后物料进行无害化资源化处置。
本发明的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置及方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置非开挖钻机主机，通过多根钻杆和联轴器传动，驱动拖板装置在箱涵内来回拖动，从而将淤泥转移至工作位处，方便进行泵吸并做无害化处置，操作人员只需操作非开挖钻机主机即可，代替人工清淤，提高工作效率；
(2)设置联轴器，将钻杆的转动和伸出或者缩回运动转换为主梁支架的伸出或者缩回运动，保证拖板装置平稳工作，防止翻转；
(3)多根钻杆依次连续拼接后在重力作用下整体呈弧形弯曲，并伸入箱涵内，并可根据箱涵深度和相邻工作位的距离调节钻杆数量，理论上不受箱涵清淤长度的限制，可以大大减少开挖工作位的数量；
(4)伸缩机构采用液压阻尼器，能根据受力情况自适应调节淤泥挡板和主梁支架之间的夹角；
(5)设置滚轮和减震器，能翻过箱涵底部的端面和台阶，并防止撞坏滚轮；
(6)本发明实现了箱涵连续高效清淤，避免人工操作的安全风险，大大降低了开挖工作位的数量，在不影响地面构筑物及周遭环境的情况下正常运行，可彻底清除淤泥，确保箱涵的过流能力，有效降低内源污染对水质的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置的工作状态示意图；
图2为本发明的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置的联轴器部分结构的剖视图；
图3为本发明的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置的拖板装置部分的侧视图；
图4为本发明的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置的拖板装置部分的立体图；
图5为本发明的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置的拖板装置的部分结构的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置，其包括拖板装置1、联轴器2、多根钻杆3、非开挖钻机主机4、污泥清淤泵5和淤泥在线处理单元6。
非开挖钻机主机4，驱动钻杆3转动并伸出或者缩回，可采用现有技术。其中，非开挖钻机主机4主要由动力头、地盘、钻架、发电机系统、钻杆自动存取装置、钻杆自动润滑装置、虎钳、瞄固装置、钻具、液压系统、电气系统及泥浆系统等部件组成，在非开挖钻机中，动力头是核心部件，它是给钻杆3提供转动并伸出或者缩回运动动力的机械传动执行结构，其性能直接影响整机的工作效率。
多根钻杆3，依次连续拼接，首端的钻杆3连接非开挖钻机主机4，末端的钻杆3通过联轴器2将钻杆3的转动和伸出或者缩回运动转换为主梁支架12的伸出或者缩回运动。钻杆3的数量依据箱涵深度和相邻工作位的距离设置，理论上不受箱涵清淤长度的限制，可以大大减少开挖工作位的数量，具体的，钻杆3为拼接式结构，多根钻杆3，依次连续拼接，由2m标准长度的单根钻杆3拼接延长至施工长度。单根钻杆3的结构及相互拼接的连接方式属于现有技术，在非开挖钻机中已被广泛使用。连续拼接的钻杆3受到非开挖钻机主机4的驱动，整体既有轴向回转转动，也有整体伸出或者缩回的运动。实际实用中，所述非开挖钻机主机4设置于地基上，所述拖板装置1设置于箱涵内，箱涵顶部地面挖开形成工作位，钻杆3从工作位伸入管网箱涵内，因此，非开挖钻机主机4和拖板装置1纸件存在高度差。首端的钻杆3连接非开挖钻机主机4，其一般倾斜向下设置；而末端的钻杆3通过联轴器2连接拖板装置1，其水平设置为佳，因此，采用多根钻杆3依次连续拼接后在重力作用下整体呈弧形弯曲，并伸入箱涵内，可有效解决以上首端和末端的钻杆3之间姿态角度差的问题。
如图2所示，联轴器2，分别连接主梁支架12和末端的钻杆3，将钻杆3的转动和伸出或者缩回运动转换为主梁支架12的伸出或者缩回运动。具体的，所述联轴器2包括相互同轴设置的回转壳体21、两推力轴承22、承力法兰23、涨紧螺母24和限位轴套25，其中，钻杆3包括同轴设置且一体成型的钻杆本体31和连接轴32，钻杆本体31和连接轴32连接处设置有台阶环面30，一推力轴承22、承力法兰23、另一推力轴承22、限位轴套25和涨紧螺母24依次端面相互抵持并嵌套在连接轴32上，台阶环面30与推力轴承22端面相互抵持，涨紧螺母24与连接轴32螺纹连接并压紧限位轴套25，承力法兰23与回转壳体21固定，回转壳体21与主梁支架12同轴固定。如此，当钻杆3转动时，连接轴32在承力法兰23内转动，主梁支架12不会随之转动；而当钻杆3伸缩时，通过涨紧螺母24、限位轴套25和推力轴承22，将力传导给承力法兰23，从而驱动主梁支架12随之运动。
如图3～5所示，拖板装置1，受到联轴器2的传动，前后运动，从而转移淤泥。拖板装置1包括淤泥挡板11、主梁支架12、伸缩机构13、若干滚轮14和减震器15。
淤泥挡板11，前后运动，从而转移淤泥。考虑到国内箱涵宽度范围，根据结构强度测算，淤泥挡板11高度不易过大，约800mm为佳，宽度设计基本尺寸1000mm为佳，同时一次性折弯形成两侧的耳板，整个部件采用10mm或12mm厚的Q235钢材，以便在作业时，起到对淤泥的导向作用。
主梁支架12，与淤泥挡板11铰连接。具体的，所述主梁支架12末端设置有三个分叉，淤泥挡板11表面对应设置三个铰连接支撑，三个分叉分别与三个铰连接支撑铰连接。
伸缩机构13分别与主梁支架12和淤泥挡板11铰连接并调节二者之间的夹角，三者形成三连杆机构。淤泥挡板11在下沉过程中，由于自重和钻杆3的轴向作用等复合受力作用可以顺利穿过淤泥层至箱涵底部。由于伸缩机构13长度的变化，带动主梁支架12与淤泥挡板11的夹角A在一定角度范围内变化，同时淤泥挡板11与箱涵地面形成的斜角也会发生变化。具体的，主梁支架12为液压阻尼器，可根据受力情况自动调节伸缩机构13长度达到受力平衡。根据理论测算，所述淤泥挡板11和主梁支架12之间的夹角A为35°至45°。
伸缩机构13结构设计为液压阻尼限位结构，当受到轴向拉力时，伸缩机构13伸长直至绷紧限位，当受到轴向压力时，长度缩短，在伸缩的过程中，液压阻尼器缓冲作用力的破坏，起到保护作用。
主梁支架12与淤泥挡板11之间的夹角A跟同时根据运动方向的不同会有一定范围的变化，当淤泥挡板11受到轴向推力前进时，同时受到淤泥层反作用力，伸缩机构13受压力，调节长度使夹角A减小，在向前推进时可以带动部分疏松淤泥前进，从而实现部分淤泥转移，直至下一个工作位处；
当淤泥挡板11受到轴向拉力回拖时，同时受到淤泥层阻力，伸缩机构13受拉力调节长度使夹角A增大直至涨紧，在回拖时可以切削整个淤泥层，从而实现淤泥层高效清除，直至工作位处。
滚轮14和减震器15，设置于淤泥挡板11底部，保证淤泥挡板11与箱涵地板保持一定安全距离，当遇到箱涵底部局部下限错位或者硬度较大的台阶凸起时，自动越过障碍物继续拖行，直至到工作位处。所述淤泥挡板11底部并排设置有若干安装槽，减震器15设置于安装槽内并连接淤泥挡板11与滚轮14。具体的，淤泥挡板11底端配有3个滚轮14和减震器15。具体的，减震器15由减震器基座、复位弹簧组成，减震器基座螺栓固定在淤泥挡板11底端，根据结构设计，正常情况下淤泥挡板11底端通过滚轮14与箱涵底板的点接触。淤泥挡板11底端始终高于滚轮14最低接触点，高度差设计为10mm至20mm。
当遇到较大阻碍的台阶凸起时，减震器15受力，复位弹簧起到缓冲作用，同时滚轮14转动翻越障碍物，避免淤泥挡板11底端硬性接触被卡死的现象发生。
以下介绍本发明的非开挖管网箱涵连续定向清淤方法，包括以下步骤，
S1，在箱涵顶部地面间隔一定距离挖开，形成多个间隔设置的工作位；
S2，采用高压冲洗破碎装置对箱涵进行预疏通；
S3，将拖板装置1置于箱涵内，非开挖钻机主机4置于地面上，多根钻杆3依次连续拼接，首端的钻杆3连接非开挖钻机主机4，末端的钻杆3连接联轴器2；
继续循环执行步骤S4和S5：
S4，非开挖钻机主机4驱动钻杆3转动并伸出，联轴器2将钻杆3的转动和伸出运动转换为主梁支架12的伸出运动，淤泥挡板11往前运动，并带动疏松淤泥前进并转移至下一个工作位处；
S5，非开挖钻机主机4驱动钻杆3反向转动并缩回，联轴器2将钻杆3的转动和缩回运动转换为主梁支架12的缩回运动，淤泥挡板11往回运动，切削整个淤泥层，并带动淤泥往回运动并转移至工作位处；
S6，通过污泥清淤泵5抽吸淤泥并传送给淤泥在线处理单元6；淤泥在线处理单元6对淤泥进行快速筛分，实现粒径分离、分类脱水，同时对淤泥分类后物料进行无害化资源化处置。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置，其特征在于：其包括拖板装置(1)、联轴器(2)、多根钻杆(3)和非开挖钻机主机(4)，其中，
拖板装置(1)，包括淤泥挡板(11)、主梁支架(12)和伸缩机构(13)，主梁支架(12)与淤泥挡板(11)铰连接，伸缩机构(13)分别与主梁支架(12)和淤泥挡板(11)铰连接并调节二者之间的夹角；
非开挖钻机主机(4)，驱动钻杆(3)转动并伸出或者缩回；
多根钻杆(3)，依次连续拼接，首端的钻杆(3)连接非开挖钻机主机(4)；
联轴器(2)，分别连接主梁支架(12)和末端的钻杆(3)，将钻杆(3)的转动和伸出或者缩回运动转换为主梁支架(12)的伸出或者缩回运动。
2.如权利要求1所述的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置，其特征在于：所述联轴器(2)包括相互同轴设置的回转壳体(21)、两推力轴承(22)、承力法兰(23)、涨紧螺母(24)和限位轴套(25)，其中，钻杆(3)包括同轴设置且一体成型的钻杆本体(31)和连接轴(32)，钻杆本体(31)和连接轴(32)连接处设置有台阶环面(30)，一推力轴承(22)、承力法兰(23)、另一推力轴承(22)、限位轴套(25)和涨紧螺母(24)依次端面相互抵持并嵌套在连接轴(32)上，台阶环面(30)与推力轴承(22)端面相互抵持，涨紧螺母(24)与连接轴(32)螺纹连接并压紧限位轴套(25)，承力法兰(23)与回转壳体(21)固定，回转壳体(21)与主梁支架(12)同轴固定。
3.如权利要求1所述的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置，其特征在于：所述非开挖钻机主机(4)设置于地基上，所述拖板装置(1)设置于箱涵内，箱涵顶部地面挖开形成工作位，钻杆(3)从工作位伸入管网箱涵内。
4.如权利要求3所述的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置，其特征在于：还包括污泥清淤泵(5)和淤泥在线处理单元(6)，污泥清淤泵(5)设置于工作位附近的箱涵内，并抽吸淤泥传送给淤泥在线处理单元(6)；淤泥在线处理单元(6)对淤泥进行快速筛分，实现粒径分离、分类脱水，同时对淤泥分类后物料进行无害化资源化处置。
5.如权利要求3所述的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置，其特征在于：多根钻杆(3)依次连续拼接后在重力作用下整体呈弧形弯曲，并伸入箱涵内。
6.如权利要求1所述的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置，其特征在于：所述伸缩机构(13)为液压阻尼器。
7.如权利要求6所述的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置，其特征在于：所述淤泥挡板(11)和主梁支架(12)之间的夹角A为35°至45°。
8.如权利要求1所述的用于非开挖管网箱涵连续定向清淤的装置，其特征在于：所述拖板装置(1)包括若干滚轮(14)和减震器(15)，所述淤泥挡板(11)底部并排设置有若干安装槽，减震器(15)设置于安装槽内并连接淤泥挡板(11)与滚轮(14)。
9.一种非开挖管网箱涵连续定向清淤方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1，在箱涵顶部地面间隔一定距离挖开，形成多个间隔设置的工作位；
S2，采用高压冲洗破碎装置对箱涵进行预疏通；
S3，将拖板装置(1)置于箱涵内，非开挖钻机主机(4)置于地面上，多根钻杆(3)依次连续拼接，首端的钻杆(3)连接非开挖钻机主机(4)，末端的钻杆(3)连接联轴器(2)；
继续循环执行步骤S4和S5：
S4，非开挖钻机主机(4)驱动钻杆(3)转动并伸出，联轴器(2)将钻杆(3)的转动和伸出运动转换为主梁支架(12)的伸出运动，淤泥挡板(11)往前运动，并带动疏松淤泥前进并转移至下一个工作位处；
S5，非开挖钻机主机(4)驱动钻杆(3)反向转动并缩回，联轴器(2)将钻杆(3)的转动和缩回运动转换为主梁支架(12)的缩回运动，淤泥挡板(11)往回运动，切削整个淤泥层，并带动淤泥往回运动并转移至工作位处；
S6，通过污泥清淤泵(5)抽吸淤泥并传送给淤泥在线处理单元(6)；淤泥在线处理单元(6)对淤泥进行快速筛分，实现粒径分离、分类脱水，同时对淤泥分类后物料进行无害化资源化处置。
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