CN115263329A - 一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，包括钻杆接头、接头套管、破碎涨管头以及拉管机构；还包括前铰链接头、后铰链接头、锥筒拉杆以及旋转破碎机构；所述钻杆接头与前铰链接头的一端活动连接，所述前铰链接头的另一端与后铰链接头的一端活动连接，所述后铰链接头的另一端与接头套管上的回转接头活动连接；所述锥筒拉杆位于接头套管内并且与破碎涨管头连接；所述旋转破碎机构位于破碎涨管头外壁，所述旋转破碎机构包括转轮涨破刀。本发明一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件的自身结构可发生较大的弯曲，适应地下管道的弯曲处，降低被卡住的几率；并且将滑动摩擦改为滚动摩擦，降低摩擦力，进一步降低被卡住的几率。

Description

一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件

技术领域

本发明涉及非开挖地下管道置换领域，具体涉及一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件。

背景技术

在以前的管道置换施工的方法是开挖式的，就是把原有的旧管道用挖掘机挖开，取出来，然后再把新的管道铺设好，埋在地下。这样施工工艺的弊端是破坏地表路面和其它建筑物，或者是河流湖泊等地下管道置换是无法施工实现的，并且，开挖管道置换的施工方法成本非常高，施工时间也很长。

现有的工艺是基于原有施工弊端而改进的一种快速低成本的施工工艺，不需要开挖，即采用非开挖方式，并且在原有的管道轨迹上原位置置换新的管道，成本和施工时间大大的降低，更重要的是在城市施工的环保清洁。

上述施工工艺是利用成熟的非开挖定向钻机作为动力源，带动一套连接组件，进行地下原有旧管道的轨迹穿杆，然后回拉管道破碎装置，把旧管道破碎同时做防塌方成孔，最后把新管道拉管铺设，一次完成所有的工艺过程。

由于地下管道在铺设时会根据实际的位置、障碍等因素而改变走向，故地下管道并非直线。在上述非开挖置换管道的施工中，经常会出现连接组件在管道弯曲处卡住的不良现象，一旦被卡住，较难脱困，会给非开挖置换管道施工造成严重影响。

连接组件卡住的原因为：

1、现有的连接组件大多通过切刀来实现旧管道的内部撑裂，切刀固定在连接组件外部，因此切刀与旧管道之间为滑动摩擦，容易被卡住；

2、连接组件由于要连接旋转的钻杆与不旋转的新管道，并且需要固定上述切刀实现撑裂，因此连接组件的长度较长；且现有的连接组件由于结构原因，仅能轻微弯曲，如遇弯曲程度稍大的管道位置，则容易被卡住。

发明内容

本发明的目的是：

设计一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，通过设置多组铰链接头的方式，在连接钻杆的同时，自身结构可发生较大的弯曲，从而适应地下管道的弯曲处，降低被卡住的几率；并且通过转轮刀代替原有的固定切刀，将滑动摩擦改为滚动摩擦，降低摩擦力，进一步降低被卡住的几率。

为了实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，包括钻杆接头、接头套管、破碎涨管头以及拉管机构，所述破碎涨管头一端与接头套管同轴连接，所述拉管机构与破碎涨管头另一端同轴连接；还包括前铰链接头、后铰链接头、锥筒拉杆以及旋转破碎机构；所述钻杆接头与前铰链接头的一端活动连接，所述前铰链接头的另一端与后铰链接头的一端活动连接，所述后铰链接头的另一端与接头套管上的回转接头活动连接；所述锥筒拉杆位于接头套管内并且与破碎涨管头连接；所述旋转破碎机构位于破碎涨管头外壁，所述旋转破碎机构包括转轮涨破刀。

优选的，所述旋转破碎机构具体位于破碎涨管头的锥面上，并且旋转破碎机构相对于破碎涨管头的中心轴线呈圆周阵列状设置；所述旋转破碎机构还包括轴压板。

优选的，所述转轮涨破刀具体位于破碎涨管头的锥面上的凹槽内，所述转轮涨破刀的轴与凹槽侧壁活动连接，所述轴压板通过螺钉与破碎涨管头的锥面可拆卸式连接，所述轴压板底部与转轮涨破刀的轴位置相对应。

优选的，所述转轮涨破刀呈回转体结构，并且转轮涨破刀的轴与破碎涨管头的中心轴线向垂直；所述转轮涨破刀外沿设置有刀刃，刀刃之间设置有缺槽。

优选的，所述钻杆接头与前铰链接头、后铰链接头、回转接头、接头套管、破碎涨管头以及拉管机构相同轴；所述锥筒拉杆的杆段固定在接头套管内，锥筒拉杆的锥段位于破碎涨管头的锥面内侧。

优选的，所述拉管机构包括螺纹拉杆、挡板、压紧锥头以及张紧卡瓦；所述螺纹拉杆、挡板、压紧锥头以及张紧卡瓦均位于破碎涨管头内部，所述螺纹拉杆一端插入锥筒拉杆固定连接，所述螺纹拉杆贯穿挡板与压紧锥头上的孔。

优选的，所述张紧卡瓦的端面通过螺钉与挡板可拆卸式连接，所述压紧锥头位于张紧卡瓦内侧，并且压紧锥头通过锥面与张紧卡瓦内壁面相接触；新管道的端头插入破碎涨管头内壁与张紧卡瓦外壁之间的空隙，并且新管道端面顶紧挡板。

本发明的有益效果为：提供一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，通过设置前铰链接头和后铰链接头，形成多组铰链接头的方式，在连接钻杆的同时，可使自身结构可发生较大的弯曲，从而适应地下管道的弯曲处，降低因地下管道的弯曲而被卡住的几率；并且通过旋转破碎机构的转轮涨破刀代替原有的固定切刀，转轮涨破刀可沿旧管道内壁滚动，实现撑裂，将滑动摩擦改为滚动摩擦，从而大幅降低钻机在拉管时的摩擦力，实现进一步降低被卡住的几率，保障非开挖置换管道施工顺利进行。

附图说明

图1为本发明一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件的整体结构示意图。

图2为本发明一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件另一角度的结构示意图。

图3为本发明一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件的部分结构示意图。

图4为本发明一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件的整体结构剖视图。

图5为本发明一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件的破碎涨管头以及旋转破碎机构的示意图。

图中：1、钻杆接头；2、回转接头；3、接头套管；4、破碎涨管头；5、拉管机构；51、螺纹拉杆；52、挡板；53、压紧锥头；54、张紧卡瓦；6、前铰链接头；7、后铰链接头；8、锥筒拉杆；9、旋转破碎机构；91、凹槽；92、转轮涨破刀；93、轴压板；10、新管道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

破碎扩头组件是用来破碎旧管道、同时拉新管道10进入地下孔洞中的连接组件，一端连接钻机上的钻杆，另一端连接新管道10。

参考图1至图5，一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，包括钻杆接头1、接头套管3、破碎涨管头4以及拉管机构5，钻杆接头1用于连接钻杆，所述破碎涨管头4一端与接头套管3同轴连接，所述拉管机构5与破碎涨管头4另一端同轴连接，拉管机构5用于固定新管道10的端头处；还包括前铰链接头6、后铰链接头7、锥筒拉杆8以及旋转破碎机构9；所述钻杆接头1与前铰链接头6的一端活动连接，具体为通过销轴铰接，所述前铰链接头6的另一端与后铰链接头7的一端活动连接，具体为通过销轴铰接，所述后铰链接头7的另一端与接头套管3上的回转接头2活动连接，具体为通过销轴铰接，由此钻杆接头1、前铰链接头6、后铰链接头7以及回转接头2形成多段铰接的活节结构，便于适应地下管道的角度；所述锥筒拉杆8位于接头套管3内并且与破碎涨管头4连接，用于实现接头套管3与破碎涨管头4的连接；所述旋转破碎机构9位于破碎涨管头4外壁，用于在拉管时对旧管道进行由内而外的割裂与撑开，所述旋转破碎机构9包括转轮涨破刀92，转轮涨破刀92通过滚动的方式对旧管道进行割裂与撑开；转轮涨破刀92用合金工具钢淬火后磨削加工而成的，具有高硬度和高的抗冲击力，能够破碎塑料管道、铸铁管道以及普通钢管。

所述旋转破碎机构9具体位于破碎涨管头4的锥面上，并且旋转破碎机构9相对于破碎涨管头4的中心轴线呈圆周阵列状设置，起到应力集中，形成多处割裂与撑开，从而实现旧管道的充分破碎撑扩；所述旋转破碎机构9还包括轴压板93。

所述转轮涨破刀92具体位于破碎涨管头4的锥面上的凹槽91内，凹槽91用于容纳转轮涨破刀92，所述转轮涨破刀92的轴与凹槽91侧壁活动连接，转轮涨破刀92可在凹槽91内旋转，所述轴压板93通过螺钉与破碎涨管头4的锥面可拆卸式连接，所述轴压板93底部与转轮涨破刀92的轴位置相对应，轴压板93呈T字形，底部的弧形槽压紧转轮涨破刀92的轴，对轴实现径向约束。

当需要更换转轮涨破刀92时，拆卸凹槽91两侧的轴压板93，即可取出转轮涨破刀92。

所述转轮涨破刀92呈回转体结构，并且转轮涨破刀92的轴与破碎涨管头4的中心轴线向垂直，从而使转轮涨破刀92可以沿拉管的方向滚动；所述转轮涨破刀92外沿设置有刀刃，刀刃用于起切割作用，刀刃之间设置有缺槽，缺槽用于容纳杂物，避免损坏刀刃。

接头套管3的外部设置有支撑套筒，支撑套筒的主要作用是起到在旧管道的内壁支撑、导正的作用。

所述钻杆接头1与前铰链接头6、后铰链接头7、回转接头2、接头套管3、破碎涨管头4以及拉管机构5相同轴，确保拉动顺畅；所述锥筒拉杆8的杆段固定在接头套管3内，锥筒拉杆8的锥段位于破碎涨管头4的锥面内侧，锥筒拉杆8用于传递拉力。

所述拉管机构5包括螺纹拉杆51、挡板52、压紧锥头53以及张紧卡瓦54；所述螺纹拉杆51、挡板52、压紧锥头53以及张紧卡瓦54均位于破碎涨管头4内部，所述螺纹拉杆51一端插入锥筒拉杆8固定连接，所述螺纹拉杆51贯穿挡板52与压紧锥头53上的孔，螺纹拉杆51的外围设置有外螺纹用于固定挡板52与压紧锥头53。

所述张紧卡瓦54的端面通过螺钉与挡板52可拆卸式连接，所述压紧锥头53位于张紧卡瓦54内侧，并且压紧锥头53通过锥面与张紧卡瓦54内壁面相接触，压紧锥头53通过与螺纹拉杆51螺纹作用，产生轴向拉紧力，并通过锥面作用，实现对张紧卡瓦54的内侧撑顶，从而使张紧卡瓦54顶紧新管道10；张紧卡瓦54的外围加工有倒齿，用于增强摩擦力，避免新管道10脱出；新管道10的端头插入破碎涨管头4内壁与张紧卡瓦54外壁之间的空隙，并且新管道10端面顶紧挡板52，实现新管道10的约束与定位。

本发明的非开挖管道置换的施工流程为：

导向杆是用在施工第一步，钻机连接钻杆，钻杆再在前端连接导向杆，钻机往前送钻杆和导向杆从旧管道的一端进入旧管道里，钻杆一根接一根的往前推送，直到把钻杆导入到旧管道的另一端，完成钻杆在久管道里的连续铺设；

然后在旧管道的另一端的坑道里，换上本破碎扩孔头组件，将钻杆接头1与钻杆远离钻机的末端连接，将新管道10的末端插入破碎涨管头4里，直至顶到挡板52上，然后装上张紧卡瓦54和压紧锥头53，用螺纹拉杆51拧到压紧锥头53上，在螺纹拉杆51拧紧压紧锥头53的时候，在锥面配合作用下，就会把张紧卡瓦54撑开，张紧卡瓦54上加工有倒齿，会把新管道10紧紧的压在破碎涨管头4里，使新管道10在拉管的时候不会脱落；钻机带动钻杆回拉，破碎扩孔头组件进入位于地下的旧管道内；

钻杆是旋转的，因此驱动钻杆接头1、前铰链接头6、后铰链接头7以及回转接头2旋转，回转接头2与接头套管3起到分动器的作用，即接头套管3仅沿轴线方向移动，并不旋转；

接头套管3拉动转筒拉杆8，转筒拉杆8的锥段拉动破碎涨管头4，进而拉动拉管机构5沿轴向移动，实现新管道10的轴向移动；

在拉动过程中，如与地下管道的弯曲处，则钻杆接头1、前铰链接头6、后铰链接头7以及回转接头2由于依次铰接结构，可形成多个活节，可以根据需要进行弯曲，从而适应管道的弯曲处，避免因为无法弯曲而在管道的弯曲处卡住；

在拉动过程中，接头套管3外部的支撑导筒用于在旧管道的内壁支撑导正的作用，旋转破碎机构9接触旧管道的内壁面，并对旧管道的内壁面进行由内而外的切割、撑开；具体为：凹槽91内的转轮涨破刀92的刀刃在内撑作用下紧压旧管道的内壁面，尖锐的刀刃可在较大压力下形成旧管道的内割，并且在割裂后进行撑开，实现破碎和扩孔；由于转轮涨破刀92是旋转切割，因此是滚动摩擦，故摩擦力较低；沿破碎涨管头4圆周阵列布置的旋转破碎机构9，可对旧管道进行均匀的切割、撑开，从而为新管道10的布设腾出位置；

在拉动过程中，拉管机构5拉动新管道10沿轴向移动，实现新管道10在地下孔洞内的贯穿布设，直至到达靠近钻机一端的孔口处，完成新管道10的非开挖式铺设。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述实施例用于对本发明作进一步的说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应理解为在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，包括钻杆接头(1)、接头套管(3)、破碎涨管头(4)以及拉管机构(5)，所述破碎涨管头(4)一端与接头套管(3)同轴连接，所述拉管机构(5)与破碎涨管头(4)另一端同轴连接；其特征在于：还包括前铰链接头(6)、后铰链接头(7)、锥筒拉杆(8)以及旋转破碎机构(9)；所述钻杆接头(1)与前铰链接头(6)的一端活动连接，所述前铰链接头(6)的另一端与后铰链接头(7)的一端活动连接，所述后铰链接头(7)的另一端与接头套管(3)上的回转接头(2)活动连接；所述锥筒拉杆(8)位于接头套管(3)内并且与破碎涨管头(4)连接；所述旋转破碎机构(9)位于破碎涨管头(4)外壁，所述旋转破碎机构(9)包括转轮涨破刀(92)。

2.根据权利要求1所述的一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，其特征在于：所述旋转破碎机构(9)具体位于破碎涨管头(4)的锥面上，并且旋转破碎机构(9)相对于破碎涨管头(4)的中心轴线呈圆周阵列状设置；所述旋转破碎机构(9)还包括轴压板(93)。

3.根据权利要求2所述的一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，其特征在于：所述转轮涨破刀(92)具体位于破碎涨管头(4)的锥面上的凹槽(91)内，所述转轮涨破刀(92)的轴与凹槽(91)侧壁活动连接，所述轴压板(93)通过螺钉与破碎涨管头(4)的锥面可拆卸式连接，所述轴压板(93)底部与转轮涨破刀(92)的轴位置相对应。

4.根据权利要求3所述的一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，其特征在于：所述转轮涨破刀(92)呈回转体结构，并且转轮涨破刀(92)的轴与破碎涨管头(4)的中心轴线向垂直；所述转轮涨破刀(92)外沿设置有刀刃，刀刃之间设置有缺槽。

5.根据权利要求4所述的一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，其特征在于：所述钻杆接头(1)与前铰链接头(6)、后铰链接头(7)、回转接头(2)、接头套管(3)、破碎涨管头(4)以及拉管机构(5)相同轴；所述锥筒拉杆(8)的杆段固定在接头套管(3)内，锥筒拉杆(8)的锥段位于破碎涨管头(4)的锥面内侧。

6.根据权利要求1所述的一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，其特征在于：所述拉管机构(5)包括螺纹拉杆(51)、挡板(52)、压紧锥头(53)以及张紧卡瓦(54)；所述螺纹拉杆(51)、挡板(52)、压紧锥头(53)以及张紧卡瓦(54)均位于破碎涨管头(4)内部，所述螺纹拉杆(51)一端插入锥筒拉杆(8)固定连接，所述螺纹拉杆(51)贯穿挡板(52)与压紧锥头(53)上的孔。

7.根据权利要求6所述的一种非开挖管道置换破碎扩孔头组件，其特征在于：所述张紧卡瓦(54)的端面通过螺钉与挡板(52)可拆卸式连接，所述压紧锥头(53)位于张紧卡瓦(54)内侧，并且压紧锥头(53)通过锥面与张紧卡瓦(54)内壁面相接触；新管道(10)的端头插入破碎涨管头(4)内壁与张紧卡瓦(54)外壁之间的空隙，并且新管道(10)端面顶紧挡板(52)。

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