[发明专利]地下造管机及其施工方法

说明书

一种用于地下管道施工的开孔造管机械及其施工方法。

在现有国内外各种管道施工中，均采用先开沟槽后埋管（钢管、铸铁管或水泥管等）的施工方法。不仅耗费大量的工时和材料，且成本高、周期长，还破坏了地面或路面，影响了地面上的道路交通和环境。在寒冷的地带（如我国北方），由于冬季冻土层较深，这种施工方法还受到季节的限制，影响了管道施工工程的进度。

本发明的目的在于改变现有传统的地下管道施工方法，使其在不破坏地面、不埋设任何管材的情况下，在地下直接造出所需要的管道来。

本发明之地下造管机及施工方法，完全改变常规的地下管道铺设方法，采用机械造管设备，自动在土层、沙层或岩石层中成孔，并应用现代泥土化学固化技术，使孔壁固化形成所需的管道，直接在地下造出管道来，而不需要花费大量的人力、物力开挖沟槽，埋设管材，也不需要破坏地表及其上面道路或设施，不受施工条件的限制，也不受管道埋深的限制，这几乎是地下管道施工的一次革命。

地下造管机由铰接于机体上的机头，步进器、造管机构、电源及控制信号传输系统和辅助系统所构成。机头装于机体的最前端，在动力机构的驱动下，在地下直接挤压或旋转挤压或切削成300mm以上的孔径。多组步进器具有在径向支撑油缸液力的驱动下，使其支撑板向径向方向伸展，将整个造管机支撑在孔壁面上，及由轴向驱动油缸驱动造管机向前成孔，并实现主进给和步进器步进的功能。它在程序控制下，由一组或多组步进器驱动支撑板支撑于已成孔的孔壁上，伸出支撑板外的多个支撑柱并插入泥土中，亦即将造管机的机体固定于管壁上。与此同时，轴向驱动油缸（主进给及步进油缸）高压油路接通，使装于油缸内并联接于机体轴杆上的活塞被驱动，这时连同于机体前部的机头处于挤孔进给的状态。当该组步进器的轴向驱动油缸的活塞走完一定的行程后，主进给高压油路回油反向接通，与此同时，径向支撑油缸也反向接通，快速复位拔出支撑板及支撑柱，当轴向驱动油缸的活塞继续保持行进的状态下，其外面的油缸连同步进器其他部分被反向液力向前驱动一个步进行程，之后径向支撑油缸驱动支撑板再次伸展，使其固定于孔壁上，紧接着轴向驱动油缸又开始处于主进给状态。就这样，多组步进器彼此交替作用，实现造管机挤孔（包括旋转挤压）及切削成孔的造管功能。

随着造管机在土层中向前行进逐渐成孔，装于机身尾部、具有将泥土固化材料与泥土搅拌作用的犁式喷头的造管机构相继在泥土中制成所需管径、具有足够强度、密闭性和表面光滑的管道。

犁式喷头的圆周面布有多把既具有犁土功能又有喷射液体材料功能的钉耙，随着造管机的向前行进，尖锐的钉耙深入孔壁层一定的深度，将泥土与液体材料搅拌（边行进边注入液体材料），再经过压光头压光后，便迅速形成坚硬的管壁。

本发明所应用的液体材料是一种能迅速使孔壁层的泥土固化并相当坚硬的化学材料。南朝鲜特许权7328号（1988年）所提供的“KOO-END土壤改良安定急结剂”就是这类材料的一种。该类材料是一种能与土质急剧起化学反应的系列化工材料，根据土质、湿度、凝固时间要求等不同状况，使用不同的配方和配比，使其在不同液体材料之间，以及液体材料与泥土之间迅速发生化学变化，在孔壁上迅速固化，而主要由孔壁层的泥土自身为原料，形成所需厚度的管壁。

造管机体中的液压动力系统，向旋转动力机构，调整控制油缸，步进器轴向驱动油缸和径向油缸等装置，输出足够的液压动力。该系统由油箱、油泵、集成控制阀、油路系统及各执行机构构成。

对造管机机头行进偏差和整机在地下行进路线的修正，是由装于机头部位的传感器、机身中的机内控制中心及机外的计算机系统联合控制实现的。根据预先输入计算机的有关数据，传感器检测机头行进的坐标位置，是否偏离预定路线并发出检测信号。如果发生偏离，则由机内控制中心和计算机控制系统发出修正控制信号，控制机头调整某一个或几个调整控制油缸增减压力，修正机头行进的摆角。由于机头是通过万向传递机构联接于机身上的（相当于十字联接构造），具有向任何方向转动一定角度的功能，因此机头行进的偏离角极易调整。直至符合预定路线各个坐标点要求。并不断将测得所行进的坐标点输入计算机系统，并控制打印机，描绘出实际的行进路线及诸个坐标数据。

除上述机构外，还设有其他辅助系统，如电源及控制信号传输系统、液体材料输送系统、切削下来的泥土砂石输送系统、地面计算站等。