CN115183083B - 用于排水管道变形和坍塌修复的装置及修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种用于排水管道变形和坍塌修复的装置及修复方法，属于管道修复技术领域，用于排水管道变形和坍塌修复的装置包括：机体；掘进机构，设置在机体的前端；修复机构，套设在所述掘进机构的外表面；所述修复机构具有至少两片弧形管片；爬行机构，至少具有两组；所述爬行机构沿所述机体圆周方向等间隔设置,用于带动修复装置在待修复排水管道内往返运动。本发明所提供的修复装置尤其适用于小直径排水管道严重变形或完全坍塌后的修复处理，可防止对待修复排水管道造成二次破坏，具有操作快捷简单、施工速度快等特点。
Description
技术领域
本发明涉及管道修复技术领域，具体涉及一种用于排水管道变形和坍塌修复的装置及修复方法。
背景技术
地下管网是我国城市基础设施建设的重要组成部分，是保障城市正常运行的重要生命线。
城市地下管网在运行一定年限后经常出现不同程度的结构性缺陷。变形与坍塌是常见的排水管网结构性缺陷，会显著降低排水管道的过流能力，甚至造成管道堵塞，进而导致污水溢流，污染城市水体。
针对变形严重甚至是坍塌的排水管道的修复手段主要是采用水平定向钻进技术或顶管技术对其进行贯通，并通过拖拉或顶推的方式在原有管道内置入内衬管。但是，在该过程中，需要对排水管道变形严重或坍塌部位进行强制复位，可能会对检查井和原有排水管道造成二次破坏。此外，上述修复方法工序繁琐，施工周期较长且投资成本较高。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术可能会对排水管道造成二次破坏的缺陷，从而提供一种用于排水管道变形和坍塌修复的装置及修复方法。
本发明还提供用于排水管道变形和坍塌修复的修复方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种用于排水管道变形和坍塌修复的装置，包括：
机体；
掘进机构，设置在机体的前端；所述掘进机构具有切削刀盘；所述切削刀盘在第一驱动件的驱动下转动，用于对待修复排水管道变形或坍塌区土体进行掘进切削；
修复机构，套设在所述掘进机构的外表面；所述修复机构具有至少两片弧形管片；所述弧形管片合围形成可变径的环状结构；所述环状结构可通过自锁形成完整的内衬结构并对管道变形或坍塌区进行支撑；
爬行机构，至少具有两组；所述爬行机构沿所述机体圆周方向等间隔设置，用于带动修复装置在待修复排水管道内往返运动。
作为优选方案，所述掘进机构包括壳体，所述壳体内具有容纳腔体；所述切削刀盘设置在所述壳体的端部；所述第一驱动件设置在所述容纳腔体内。
作为优选方案，所述掘进机构和所述机体之间设置有多个第二驱动件；所述第二驱动件的本体与所述机体连接，驱动端与所述掘进机构的壳体连接。
作为优选方案，
螺旋输料机，设置在所述壳体的容纳腔体内；所述螺旋输料机具有进料口和出料口；进料口设置在所述切削刀盘的一侧，出料口通过排渣管与检查井连通。
作为优选方案，所述修复机构还包括：
气囊胀套，套设在掘进机构的壳体的外表面；所述弧形管片设置在所述气囊胀套的外表面；所述气囊胀套具有进气口，所述进气口通过进气管与空气压缩机连通。
作为优选方案，所述弧形管片的两端开设有限位滑槽；相邻两片所述弧形管片的限位滑槽之间穿设有限位件。
作为优选方案，所述弧形管片一端的内侧设置有内凸台，另一端外侧设置有外凸台；相邻两片所述弧形管片的内凸台和外凸台适于配合抵接。
作为优选方案，所述爬行机构包括：
履带组，具有间隔设置的两条履带；
履带轮组，具有两组，啮合设置在所述履带组的两端；每组所述履带轮组具有两个履带轮；所述履带轮与所述履带啮合连接；
第三驱动件，具有两组，与所述履带轮组对应设置；所述第三驱动件的驱动端通过第一传动结构与驱动轴连接；所述履带轮组中的两个履带轮设置在所述驱动轴的两端。
作为优选方案，所述机体内部开设有放置腔体；所述机体上开设有与所述放置腔体贯通设置的条形槽；
所述爬行机构和所述机体之间通过连接杆铰接；所述连接杆的中部铰接有伸缩机构；
所述伸缩机构包括：
第四驱动件，设置在放置腔体内；
伸缩杆，一端通过第二传动组件与第四驱动件的驱动端连接，另一端穿过所述条形槽与所述连接杆的中部铰接；所述第二传动组件将驱动电机的旋转运动转换成直线运动。
本发明还提供一种用于排水管道变形和坍塌修复的修复方法，采用上述中任一项所述的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，包括以下步骤：
对待修复的排水管道进行检测，确定变形或坍塌程度、位置及范围；
通过与待修复排水管道相邻的检查井吊入修复装置；
操控爬行机构，带动修复装置移动至待修复排水管道的变形或坍塌处；
操控切削机构，驱使切削刀盘对变形或坍塌区土体进行掘进切削；
通过修复机构在待修复排水管道变形或坍塌处形成完整的内衬支撑结构；
操控爬行机构，带动修复装置返回至相邻检查井中，并吊出。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，包括：机体、掘进机构、修复机构和爬行机构；
该装置中，通过爬行机构带动机体移动至变形或坍塌位置，通过掘进机构对变形或坍塌区土体进行掘进切削后形成完整的内衬结构，可有效防止对待修复排水管道造成二次破坏。此外，该装置可仅对变形或坍塌管段进行修复并，具有操作快捷简单、施工速度快等特点。
2.本发明提供的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，第一驱动件和第二驱动件配合设置；通过第二驱动件为切削刀盘提供压力，通过第一驱动件为切削刀盘提供扭矩，在压力和扭矩的共同作用下，切削刀盘对排水管道的变形或坍塌区土体进行切削掘进。
3.本发明提供的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，还包括：螺旋输料机；通过螺旋输料机将切削掘进所产生的渣土和破碎管片通过排渣管排入到相邻检查井中。
4.本发明提供的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，通过气囊胀套带动弧形管片错位扩张，使得由弧形管片合围所形成的环状结构的直径变大，进而对周围土体产生径向挤压。
5.本发明提供的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，弧形管片的两端开设有限位滑槽，限位滑槽的设置可使弧形管片沿既定轨道错动扩张。
6.本发明提供的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，伸缩机构和连接杆的配合设置可改变爬行机构到机体的距离，进而适用于不同直径的排水管道。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的用于修复排水管道变形坍塌的修复装置的结构示意图。
图2为本发明的切削机构的内部结构示意图。
图3为本发明的弧形管片的结构示意图。
图4为本发明的动力盒的内部结构示意图。
图5为本发明的伸缩结构的结构示意图。
附图标记说明：
1、壳体；2、切削刀盘；3、第一驱动电机；4、第一齿轮箱；5、主轴；6、顶推油缸；7、机体；8、螺旋输料机；9、排渣管；10、气囊胀套；11、进气管；12、弧形管片；13、限位滑槽；14、内凸台；15、外凸台；16、履带；17、履带轮；18、动力盒；19、第三驱动电机；20、第二齿轮箱；21、条形槽；22、第四驱动电机；23、丝杠；24、轴套；25、伸缩杆；26、连接杆；27、驱动轴；28、联轴器；29、摄像头；30、灯珠。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种用于排水管道变形和坍塌修复的装置，如图1所示，其主要包括机体7、爬行机构、伸缩机构、掘进机构和修复机构。其中，爬行机构沿机体7圆周方向等间隔设置，用于带动修复装置在待修复排水管道内往返运动；伸缩机构与爬行机构对应设置，用于改变爬行机构与机体7间的距离，进而使其与待修复排水管道相适应或为顶推油缸提供支反力；掘进机构设置于机体7前端，用于对待修复排水管道变形或坍塌区土体进行掘进切削；修复机构套设于掘进机构外表面，用于对待修复排水管道变形或坍塌区进行支撑。
切削刀盘2在第一驱动件的驱动下转动。修复机构包括至少2片弧形管片12，弧形管片12可通过自锁形成完整的内衬结构并对管道变形或坍塌区进行支撑。
该修复装置中，通过爬行机构带动修复装置移动至管道变形或坍塌处，并通过掘进机构对管道变形或坍塌区进行掘进切削。
如图2所示，掘进机构主要包括壳体1和设置于壳体1前端的切削刀盘2。壳体1内开设有容纳腔体，第一驱动件设置于该容纳腔体内。具体的，第一驱动件优选为第一驱动电机3，第一驱动电机3的驱动轴与第一齿轮箱4连接，经过第一齿轮箱4减速后通过主轴5与切削刀盘2连接。
掘进机构和机体之间设置有多个第二驱动件；具体的，多个第二驱动件设置于壳体1后端，第二驱动件优选为顶推油缸6。顶推油缸6的底座固定于机体7前端，顶推油缸6的活塞杆作用于壳体1后端。
当该修复装置行进至待修复排水管道变形或坍塌处时，顶推油缸6通过顶推壳体1为切削刀盘2提供压力；第一驱动电机3通过第一齿轮箱4和主轴5为切削刀盘2提供扭矩。在压力和扭矩的共同作用下，切削刀盘2对排水管道变形或坍塌区进行切削掘进。
为将掘进所产生的渣土和破碎管片排出，在壳体1的容纳腔体内设置有螺旋输料机8。螺旋输料机8的进料口设置于切削刀盘2后侧，其出料口通过排渣管9与检查井连通。通过切削刀盘2对排水管道变形或坍塌区进行切削掘进时，掘进所产生的渣土和破碎管片经由螺旋输料机8进入排渣管9，并通过排渣管9排入检查井内。
修复机构还包括气囊胀套10，气囊胀套10在压缩空气作用下膨胀，并使由弧形管片12合围所形成的环状结构的直径变大；随后，气囊胀套10卸压收缩，由弧形管片12合围所形成的环状结构在周围土体挤压作用下自锁并形成完整的内衬结构，进而对管道变形或坍塌区进行支撑。
在本方案中，气囊胀套10套设于壳体1的外表面，弧形管片12套设于气囊胀套10的外表面。气囊胀套10的进气口连接有进气管11，进气管与空气压缩机连通。压缩空气经由进气管11进入气囊胀套10并使其膨胀。
如图3所示，弧形管片12由不锈钢板热轧成型，其直径与待修复排水管道管径一直，其圆心角β和数量N必须满足N·β＞360°以确保管片间的重叠。
弧形管片12的两端各设有2段限位滑槽13，相邻弧形管片12间的限位滑槽13重叠设置且在限位滑槽13内穿设有限位件。在本方案中，限位件优选为双头螺纹杆。限位滑槽13和限位件的设置可确保弧形管片12沿既有轨道错动扩张时，不会产生轴向错位。
进一步地，每段限位滑槽13沿弧形管片12的圆周方向平行设置，其宽度和长度可依据待修复排水管道的管径而调整。
弧形管片12的一端内侧设置有带倒角的内凸台14，另一端外侧设置有不带倒角的外凸台15。相邻弧形管片12的内凸台14和外凸台15相互抵接以实现自锁。同时，弧形管片12的内凸台14和外凸台15间的圆心角γ与弧形管片12数量N满足γ*N＝360°，以确保弧形管片12自锁后形成完整的内衬结构。
在使用过程中，压缩空气经由进气管11进入气囊胀套10并使其膨胀。膨胀的气囊胀套10使弧形管片12沿限位滑槽13错动扩张，进而使由弧形管片12合围所形成的环状结构直径增加并对周围土体产生径向挤压。观察膨胀情况，待其内径略大于壳体1外径时，对气囊胀套10缓慢卸压。弧形管片12在周围土体的挤压作用下沿限位滑槽13缓慢错动收缩，直至相邻弧形管片12的内凸台14和外凸台15相接触，进而使弧形管片12自锁以形成完整的内衬结构。
如图4所示，爬行机构包括履带组、履带轮组和第三驱动件；履带组具有间隔设置的两条履带；履带轮组具有两组，啮合设置在履带组的两端；每组履带轮组具有两个履带轮，即每个履带轮和每个履带的一端啮合连接。
与两组履带轮组对应设置有两组第三驱动件，第三驱动件的驱动端通过第一传动结构与驱动轴连接，且履带轮组中的两个履带轮设置在驱动轴的两端。
进一步的，履带轮间设置有动力盒18，动力盒18内设置有两组第三驱动电机19和第二齿轮箱20；具体的，第二齿轮箱20的一端与第三驱动电机19的传动轴连接，另一端与驱动轴27连接。驱动轴27的两端分别连接有履带轮17。第三驱动电机19驱动履带轮17转动并使其与履带啮合，进而驱使机体7沿待修复排水管道往返移动。
爬行机构和机体7之间通过连接杆26连接。具体的，连接杆26的一端与动力盒18铰接，另一端与机体7铰接。连接杆26的中部与伸缩机构铰接。
在机体内部开设有放置腔体，在机体上开设有与放置腔体贯通设置的条形槽。
如图5所示，伸缩机构包括第四驱动件，第四驱动件的传动轴通过第二传动组件连接有伸缩杆25。具体的，第四驱动件优选为第四驱动电机22，第二传动组件优选为丝杠23、轴套24和联轴器28。第四驱动电机22的传动轴通过联轴器28与丝杠23连接，丝杠23上套设有轴套24。伸缩杆25的一端与轴套24铰接，另一端穿过条形槽21与连接杆26中部铰接。
当该修复装置进入待修复排水管道后，第四驱动电机22通过联轴器28带动丝杠23转动，进而驱动轴套24沿丝杠23往返运动。轴套24沿丝杠23的往返运动改变伸缩杆25和连接杆26的倾斜程度，进而改变爬行机构与机体7间的距离，以使其与待修复排水管道相适应。
同时履带两端安装有压力传感器。压力传感器用以监测该修复装置与排水管道内壁之间的接触压力。依据接触压力的不同，该修复装置的工作状态可分为行进状态和掘进状态：当该修复装置处于行进状态时，通过伸缩结构调整连接杆26和伸缩杆25的倾斜程度，使履带16和待修复排水管道保持适当的接触压力，确保该修复装置在待修复排水管道内稳定行进；当该修复装置处于掘进状态时，通过伸缩结构调整连接杆26和伸缩杆25的倾斜程度，增加履带16和待修复排水管道间的接触压力，增大该修复装置与待修复排水管道内壁间的滑动摩擦阻力，进而为顶推油缸6提供足够的支反力。
同时，机体7上设置有摄像头29和灯珠30，以便于地表操控人员观察由弧形管片12合围所形成的环状结构的膨胀情况。
该修复装置通过检查井进入待修复排水管道后，首先通过伸缩结构使爬行机构与待修复排水管道相适应，并使其行进至待修复排水管道变形或坍塌处。随后，切削刀盘2沿待修复排水管道轴线方向对变形或坍塌区土体进行切削掘进，并通过由弧形管片12合围所形成的环状结构在管道变形或坍塌处自锁形成完整的内衬结构，进而完成单个进尺的修复。变形或坍塌管段贯通后，采用局部原位固化法对其进行二次加固。本发明尤其适用于小直径排水管道严重变形或完全坍塌后的修复处理，具有操作快捷简单、施工速度快、安全程度高等特点，具有良好的社会效益和经济效益。
实施例2
本实施例提供一种用于排水管道变形或坍塌修复的修复方法。采用实施例1所述的用于修复排水管道变形或坍塌修复的装置，包括以下步骤：
(1)通过CCTV管道检测机器人对待修复排水管道进行视频检测，进而确定变形或坍塌程度、位置及范围；
(2)在上下游泵站的配合下，采用气囊对待修复排水管道上游邻近管道进行封堵，并对待修复管道进行适当预处理；
(3)通过与待修复排水管道相邻的检查井吊入实施例1所述修复装置，操控第四驱动电机22使修复装置的爬行机构变径，并使其进入行进状态；
(4)操控第三驱动电机19，驱动修复装置在待修复排水管道内行进至变形或坍塌处；
(5)操控第四驱动电机22使修复装置的爬行机构变径，并使其进入掘进状态；
(6)操控第一驱动电机3和顶推油缸6，驱使切削刀盘2对变形或坍塌区土体进行掘进切削，并通过螺旋输料机8和排渣管9将切削土体排入检查井内；
(7)单个进尺的掘进切削结束后，通过进气管11向气囊胀套10泵送压缩空气，待由弧形管片12合围所形成的环状结构膨胀到位后对气囊胀套10缓慢卸压；
(8)操控第四驱动电机22使修复装置的爬行机构变径，并使其再次进入行进状态；
(9)操控第三驱动电机19，驱使修复装置返回至邻近检查井内并吊出；
(10)将由弧形管片12合围所形成的环状结构套设在气囊胀套10上，重复上述步骤以开始下一个进尺的修复，直至变形或坍塌管段完全贯通；
(11)采用局部原位固化法对贯通后的变形或坍塌管段进行二次加固。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种用于排水管道变形和坍塌修复的装置，其特征在于，包括：
机体(7)，所述机体(7)内部开设有放置腔体；所述机体(7)上开设有与所述放置腔体贯通设置的条形槽(21)；
掘进机构，设置在机体(7)的前端；所述掘进机构具有切削刀盘(2)；所述切削刀盘(2)在第一驱动件的驱动下转动，用于对待修复排水管道变形或坍塌区土体进行掘进切削；所述掘进机构和所述机体(7)之间设置有多个第二驱动件；所述第二驱动件的本体与所述机体(7)连接，驱动端与所述掘进机构的壳体(1)连接，所述第二驱动件为顶推油缸(6)；
修复机构，套设在所述掘进机构的外表面；所述修复机构具有至少两片弧形管片(12)；所述弧形管片(12)合围形成可变径的环状结构；所述环状结构可通过自锁形成完整的内衬结构并对管道变形或坍塌区进行支撑；
爬行机构，至少具有两组；所述爬行机构沿所述机体(7)圆周方向等间隔设置，用于带动修复装置在待修复排水管道内往返运动，所述爬行机构包括：
履带组，具有间隔设置的两条履带；
履带轮(17)组，具有两组，啮合设置在所述履带组的两端；每组所述履带轮(17)组具有两个履带轮(17)；所述履带轮(17)与所述履带啮合连接；
第三驱动件，具有两组，与所述履带轮(17)组对应设置；所述第三驱动件的驱动端通过第一传动结构与驱动轴(27)连接；所述履带轮(17)组中的两个履带轮(17)设置在所述驱动轴(27)的两端；
所述爬行机构和所述机体(7)之间通过连接杆(26)铰接；所述连接杆(26)的中部铰接有伸缩机构；
所述伸缩机构包括：
第四驱动件，设置在放置腔体内；
伸缩杆(25)，一端通过第二传动组件与第四驱动件的驱动端连接，另一端穿过所述条形槽(21)与所述连接杆(26)的中部铰接；所述第二传动组件将驱动电机的旋转运动转换成直线运动；
所述履带的两端安装有压力传感器，所述压力传感器用以检测所述用于排水管道变形和坍塌修复的装置与所述排水管道内壁之间的接触压力；
依据接触压力的不同，该用于排水管道变形和坍塌修复的装置的工作状态可分为行进状态和掘进状态，当该用于排水管道变形和坍塌修复的装置处于行进状态时，通过伸缩结构调整连接杆(26)和伸缩杆(25)的倾斜程度，使所述用于排水管道变形和坍塌修复的装置在待修复排水管道内稳定行进；当所述用于排水管道变形和坍塌修复的装置处于掘进状态时，通过伸缩结构调整连接杆(26)和伸缩杆(25)的倾斜程度，增加履带(16)和待修复排水管道间的接触压力，增大所述用于排水管道变形和坍塌修复的装置与待修复排水管道内壁间的滑动摩擦阻力，进而为顶推油缸(6)提供支反力。
2.根据权利要求1所述的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，其特征在于，所述掘进机构包括壳体(1)，所述壳体(1)内具有容纳腔体；所述切削刀盘(2)设置在所述壳体(1)的端部；所述第一驱动件设置在所述容纳腔体内。
3.根据权利要求2所述的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，其特征在于，
螺旋输料机(8)，设置在所述壳体(1)的容纳腔体内；所述螺旋输料机(8)具有进料口和出料口；进料口设置在所述切削刀盘(2)的一侧，出料口通过排渣管(9)与检查井连通。
4.根据权利要求1所述的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，其特征在于，所述修复机构还包括：
气囊胀套(10)，套设在掘进机构的壳体(1)的外表面；所述弧形管片(12)设置在所述气囊胀套(10)的外表面；所述气囊胀套(10)具有进气口，所述进气口通过进气管(11)与空气压缩机连通。
5.根据权利要求1所述的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，其特征在于，所述弧形管片(12)的两端开设有限位滑槽(13)；相邻两片所述弧形管片(12)的限位滑槽(13)之间穿设有限位件。
6.根据权利要求5所述的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，其特征在于，所述弧形管片(12)一端的内侧设置有内凸台(14)，另一端外侧设置有外凸台(15)；相邻两片所述弧形管片(12)的内凸台(14)和外凸台(15)适于配合抵接。
7.一种用于排水管道变形和坍塌修复的修复方法，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的用于排水管道变形和坍塌修复的装置，包括以下步骤：
对待修复的排水管道进行检测，确定变形或坍塌程度、位置及范围；
通过与待修复排水管道相邻的检查井吊入修复装置；
操控爬行机构，带动修复装置移动至待修复排水管道的变形或坍塌处；
操控切削机构，驱使切削刀盘(2)对变形或坍塌区土体进行掘进切削；
通过修复机构在待修复排水管道变形或坍塌处形成完整的内衬支撑结构；
操控爬行机构，带动修复装置返回至相邻检查井中，并吊出。
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