[实用新型]适用于城市环境施工的水平定向钻孔系统

说明书

技术领域

本技术方案属于非开挖钻进技术领域，具体是一种适用于城市环境施工的水平定向钻系统及施工结构。 

背景技术

目前城市生活污水排放已是中国城市水的主要污染源，城市生活污水处理是当前和今后城市节水和城市水环境保护工作的重中之重。城市污水收集管网、提升泵站系统工程施工主要集中于人口聚居区的各级道路。由于采用传统的开槽埋管方法施工所导致的各种社会、交通和环境污染等问题，越来越受人们的关注，特别是在人口密集，道路狭窄，不具备开槽埋管施工条件的道路上作业等情况，因此，非开挖水平定向钻施工技术应运而生。非开挖水平定向钻孔技术是一种采用定向钻和控向仪器，按照预先设定的轨迹钻一个小直径导向孔，随后在导向孔出口段的钻杆头部安装旋转器、扩孔器，回拉扩孔，当扩孔达到要求后，更换扩孔器为拉管工具头，并连接管道，回拉敷设地下管道的施工技术。目前，在石油、天然气、自来水、电力和通信等领域，水平定向钻施工已得到认可使用。但是，对于城市特殊环境下的施工，对水平定向钻施工系统要求更高。 

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，经过研究，只要能控制水平定向钻施工精度，将可大大提高其施工应用范围。为此，本实用新型提出以下技术方案： 

一种适用于城市环境施工的水平定向钻孔系统，包括水平定向钻整机、扩孔器、钻头和待铺管线；所述水平定向钻整机包括钻机系统、动力系统、泥浆系统； 

所述钻机系统包括钻机架、钻机主机和转盘；钻机主机在钻机架上；转盘装在钻机主机前端，并连接有钻杆； 

所述动力系统包括液压动力源，液压动力源通过液压管线连接钻机系统，为钻机系统提供动力； 

泥浆系统：泥浆系统包括泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路；泥浆混合搅拌罐通过泥浆管路连接泥浆泵的入口端，泥浆泵的出口端通过泥浆管路为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆； 

在钻进阶段，所述水平定向钻整机的钻杆的顶端连接钻头，钻头正向钻进构成导向孔； 在扩孔阶段，所述水平定向钻整机的钻杆顶端连接扩孔器的首端，扩孔器的尾端连接待铺管线沿导向孔的轨迹反向钻进； 

在钻进阶段，所述水平定向钻整机的钻杆的顶端连接钻头，钻头正向钻进构成导向孔； 

在扩孔阶段，所述水平定向钻整机的钻杆顶端连接扩孔器的首端，扩孔器的尾端连接待铺管线沿导向孔的轨迹反向钻进； 

所述扩孔器的结构有两种： 

扩孔器的第一种结构是：扩孔器是圆锥体；圆锥体的顶端设有导向杆连接器，圆锥体的底面设有用于连接铺管线的分离器；在圆锥体的外壁上设有切削刃；所述切削刃的刃口朝外，成带状自圆锥体的顶端到低端盘旋在圆锥体的外壁上（切削刃成螺旋形状）；扩孔器的中间是空腔，在空腔与圆锥体外壁之间开有水孔。该扩孔器适用于硬土，可以挤压土体前进。 

扩孔器的第二种结构是：扩孔器是由圆锥体和圆柱体拼接构成；圆锥体的底面与圆柱体的一个顶面连接，且二者半径相同；圆锥体的顶端设有导向杆连接器，圆柱体的另一个顶面设有用于连接铺管线的分离器；圆锥体的外壁和圆柱体的外壁上布设有多个切削刃，该切削刃是尖齿形状；所述圆锥体的外壁和圆柱体的外壁上还设有水槽，水槽自圆锥体的顶端到圆柱体的低端，盘旋在扩孔器的外壁上（水槽成螺旋形状）；扩孔器的中间是空腔，在空腔与水槽之间开有水孔。所述各个切削刃的分别形状是点状或者是线状。该扩孔器适用于砂性土，表面有螺旋凹槽的锥体以及具有点或者线状分布的切削刃，兼备切削和挤压双重功能。 

在钻进阶段，所述导向孔的轨迹包括自地面倾斜向下的第一曲线段、地面下的水平的直线段和自地面下倾斜向上的第二曲线段；第一曲线段、直线段和第二曲线段依次相连；设第一曲线段进入地面处的切线与地面所成角度为α1，8°≤α1≤20°；第二曲线段钻出地面处的切线与地面所成角度为α2，为0°＜α2≤20°。 

所述α2为0°＜α2≤15°。该角度适用于小直径钢管。PE管、PVC管等较软材质管道对α2要求不高，0°＜α2≤20°范围都可以适用。 

通过工程实践，本系统扩孔器的两种形状可以满足城市环境施工的大多数城市地底土质特性要求。同时本系统的导向孔的轨迹的可以保证施工精度，使本系统更好应用于城市施工环境中。本系统的使用效果经过工程验证，满足工期和质量的双重要求。 

附图说明

图1是本系统的结构示意图； 

图2是适用于硬土的扩孔器外形示意图； 

图3是适用于砂性土得到扩孔器外形示意图； 

图4是导向孔的轨迹示意图；