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专利名称：一种水平定向钻顶管

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202310856636.5

专利申请（专利权）人：中际城市建设有限公司
权利人地址：海南省海口市美兰区大英山一路10号国瑞城(铂仕苑)1单元20层2003房

专利发明（设计）人：张开平,陈建武,黄尚聪,高菲,黎规虞

专利摘要：本发明提供一种水平定向钻顶管，包括顶管本体，其具有一作业端和排泥端，在作业端设置至少一个水平定向钻，作业端还设置有多个与排泥端连通的入泥孔；以及适应减震组件，至少一个适应减震组件设置在顶管外周，通过适应运动机构连接至顶管本体，适应运动机构包括环状支撑件以及传动组件，环状支撑件为嵌设于顶管本体外周；以及传感震动模块，其至少包括第一传感器和第二传感器，第一传感器设置于作业端的外沿处，第二传感器设置于刚性支撑件；以及电气组件，电气组件提供组件间的电连接和电控制。本发明实现了对局部震动的阻尼支撑，减少局部震动对整体顶进工作的干扰。

主权利要求：
1.一种水平定向钻顶管，其特征在于，包括：
顶管本体，其具有一作业端和相对作业端位置设置的排泥端，在所述作业端设置有同轴或不同轴于作业端几何中心的至少一个水平定向钻，所述作业端还设置有多个与所述排泥端连通的入泥孔；
以及适应减震组件，至少一个所述适应减震组件设置在所述顶管本体外周，其包括伸缩连接件、阻尼支撑件和刚性支撑件，所述伸缩连接件通过适应运动机构连接至所述顶管本体，且所述伸缩连接件顺序连接所述阻尼支撑件和所述刚性支撑件，所述适应运动机构包括环状支撑件以及传动组件，所述环状支撑件为嵌设于所述顶管本体外周，且所述环状支撑件的外壁连接所述伸缩连接件形成支撑区，由所述支撑区边沿向一侧延伸形成传动区，所述传动组件包括固定于所述顶管本体的直线驱动件和圆周驱动件，所述圆周驱动件与所述传动区连接适于执行所述环状支撑件的圆周运动，所述直线驱动件连接至圆周驱动件，适于执行所述圆周驱动件和环形支撑件的直线运动；
所述圆周驱动件包括圆周驱动机和连接至所述驱动机的输出轴的驱动齿轮，所述传动区内壁设有与所述驱动齿轮连接的从动齿；所述直线驱动件为液动直线驱动机或气动直线驱动机，且其输出轴连接至所述圆周驱动机；
以及传感震动模块，其至少包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器设置于所述作业端的外沿处，所述第二传感器设置于所述刚性支撑件；
以及电气组件，所述电气组件提供组件间的电连接和电控制，由电气组件控制适应运动机构运动至震动来源地的方位，对震动来源地进行局部支撑。
2.根据权利要求1所述的水平定向钻顶管，其特征在于，所述环形支撑件的两侧外沿均设置有支撑蒙皮，两个所述支撑蒙皮对应连接至所述作业端和所述排泥端；
所述支撑蒙皮为双层蒙皮复合形成，且由所述双层蒙皮的间隙形成充气区，所述充气区连接双向气泵。
3.根据权利要求1所述的水平定向钻顶管，其特征在于，还包括搅泥仓，其设置于顶管本体内，所述搅泥仓连通所述入泥孔且具有至少一进水口，且连通所述排泥端形成排泥孔。
4.根据权利要求3所述的水平定向钻顶管，其特征在于，所述入泥孔设置于所述作业端的端平面上，其沿顶管本体轴线投影呈三角形，且其向顶管本体内部内陷形成倒三角入泥区。
5.根据权利要求1所述的水平定向钻顶管，其特征在于，所述入泥孔为间隔设置的多个，且以所述作业端的几何中心为圆心呈圆周放射状排列。
6.根据权利要求1所述的水平定向钻顶管，其特征在于，还包括滑动支撑件，其具有相对设置的内接触面和外接触面，所述内接触面呈与所述顶管本体外壁配合的形状。
7.根据权利要求6所述的水平定向钻顶管，其特征在于，所述滑动支撑件的外接触面具有间隔设置的多个沿所述外接触面轴向的第一辊轴，
以及间隔设置的多个沿所述外接触面圆周方向的第二辊轴。 说明书 : 一种水平定向钻顶管技术领域[0001] 本发明属于施工装置的领域，特别涉及一种水平定向钻顶管。背景技术[0002] 随着城市建设的发展，管道施工技术应用得越来越广泛，目前开挖铺设通常会采用顶管技术，不影响周围环境或者影响较。┕こ〉匦。胍粜。而且能够深入地下作业。现有的顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的工作管埋设在两井之间，再通过吊装机将工作管取出接收井，以期实现非开挖敷设地下管道的施工。目前普遍采用的顶管技术缺点在于路线规划不清晰，顶进过程中容易出现顶管震动剧烈，尤其在管道具有非标准管径时，由于震动出现不均匀的局部管道塌陷。发明内容[0003] 有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种水平定向钻顶管，以解决顶管作业过程中的由震动导致的局部管道塌陷。[0004] 一种水平定向钻顶管，[0005] 包括：[0006] 顶管本体，其具有一作业端和相对所述作业端位置设置的排泥端，在所述作业端设置有同轴或不同轴于所述作业端几何中心的至少一个水平定向钻，所述作业端还设置有多个与所述排泥端连通的入泥孔；[0007] 以及适应减震组件，至少一个所述适应减震组件设置在所述顶管外周，其包括伸缩连接件、阻尼支撑件和刚性支撑件，所述伸缩连接件通过适应运动机构连接至所述顶管本体，且所述伸缩连接件顺序连接所述阻尼支撑件和所述刚性支撑件，[0008] 所述适应运动机构包括环状支撑件以及传动组件，所述环状支撑件为嵌设于所述顶管本体外周，且所述环状支撑件的外壁连接所述伸缩连接件形成支撑区，由所述支撑区边沿向一侧延伸形成传动区，[0009] 所述传动组件包括固定于所述顶管本体的直线驱动件和圆周驱动件，所述圆周驱动件与所述传动区连接适于执行所述环状支撑件的圆周运动，所述直线驱动件连接至圆周驱动件，适于执行所述圆周驱动件和环形支撑件的直线运动；[0010] 以及传感震动模块，其至少包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器设置于所述作业端的外沿处，所述第二传感器设置于所述刚性支撑件；[0011] 以及电气组件，所述电气组件提供组件间的电连接和电控制。[0012] 进一步，所述圆周驱动件包括圆周驱动机和连接至所述驱动机的输出轴的驱动齿轮，所述传动区内壁设有与所述驱动齿轮连接的从动齿。[0013] 进一步，所述直线驱动件为液动直线驱动机或气动直线驱动机，且其输出轴连接至所述圆周驱动机。[0014] 进一步，所述环形支撑件的两侧外沿均设置有支撑蒙皮，两个所述支撑蒙皮对应连接至所述作业端和所述排泥端；[0015] 所述支撑蒙皮为双层蒙皮复合形成，且由所述双层蒙皮的间隙形成充气区，所述充气区连接双向气泵。[0016] 进一步，还包括搅泥仓，其设置于顶管本体内，所述搅泥仓连通所述入泥孔且具有至少一进水口，且连通所述排泥端形成排泥孔。。[0017] 进一步，所述入泥孔设置于所述作业端的端平面上，其沿顶管本体轴线投影呈三角形，且其向顶管本体内部内陷形成倒三角入泥区。[0018] 进一步，所述入泥孔为间隔设置的多个，且一所述作业端的几何中心为圆心呈圆周放射状排列。。[0019] 进一步，[0020] 所述支撑区上形成一收纳部，用于收纳所述适应支撑件；[0021] 当所述适应支撑件中，所述伸缩件运动至收缩死点时，所述刚性支撑件的外表面和所述支撑区位于同一几何面；[0022] 所述收缩死点为所述伸缩件的最短行程位置。[0023] 进一步，还包括滑动支撑件，其具有相对设置的内接触面和外接触面，所述内接触面呈与所述顶管本体外壁配合的形状。[0024] 进一步，所述滑动支撑件的外接触面具有[0025] 间隔设置的多个沿所述外接触面轴向的第一辊轴，[0026] 以及间隔设置的多个沿所述外接触面圆周方向的第二辊轴。。[0027] 本发明相比现有技术具有以下优点：[0028] (1)本申请通过设置传感震动模块，由传感震动模块中的第一传感器检测震动来源地，然后由电气组件控制适应运动机构运动至震动来源地的方位，对震动来源地进行局部支撑，并且通过适应减震组件上的阻尼结构，对震动来源地进行减震和支撑阻尼，以避免局部震动导致的局部塌陷。[0029] (2)使用的泥水平衡顶管在作业过程能均匀形成减阻泥浆管套，降低顶管机头的顶进阻力。[0030] (3)安装减震装置，减少顶管作业时的震动，保持管体的平稳运行。附图说明[0031] 图1是本发明实施例一的整体结构示意图；[0032] 图2是本发明实施例一去除支撑蒙皮后的结构示意图；[0033] 图3是图2于另一视角的结构示意图；[0034] 图4是本发明实施例一中适应减震组件的结构示意图；[0035] 图5是本发明实施例一中滑动支撑件的结构示意图；[0036] 图6是本发明实施例一中第一辊轴和第二辊轴的布置结构示意图；[0037] 图7是本发明实施例一中顶管本体的内部结构示意图。[0038] 其中：[0039] 1、顶管本体；2、水平定向钻；3、适应减震组件；4、适应运动组件；5、滑动支撑件；[0040] 11、作业端；12、排泥端；13、入泥孔；14、支撑蒙皮；15、搅泥仓；[0041] 21、钻头；22钻杆；[0042] 31、伸缩连接件；32、阻尼支撑件；33、刚性支撑件[0043] 41、环状支撑件；42、传动组件；[0044] 51、内接触面；52、外接触面；[0045] 141、蒙皮收卷机；[0046] 151、进水口；152、排泥孔；[0047] 411、支撑区；412、传动区；[0048] 421、直线驱动件；422、圆周驱动件；、[0049] 521、第一辊轴；522、第二辊轴；[0050] 4221、圆周驱动机；4222、驱动齿轮；[0051] 4121、从动齿。具体实施方式[0052] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。[0053] 实施例一[0054] 本实施例提供一种水平定向钻顶管，如图1所示，包括顶管本体、适应减震组件和电气组件。[0055] 顶管本体为整体呈圆柱形的管状构件，其具有一作业端和相对所述作业端位置设置的排泥端，在所述作业端设置有同轴或不同轴于所述作业端几何中心的至少一个水平定向钻，所述作业端还设置有多个与所述排泥端连通的入泥孔，由于本实施例的顶管本体为圆柱体形，作业端几何中心为端部圆心。[0056] 值得说明的是，尽管在本实施例中只示出了一个位于作业端圆心的水平定向钻，但是在一种可能的实施例中，水平定向钻的设置不限于一个也不限于位于几何中心处，水平定向钻的位置和数量根据实际钻探的岩土地质情况可选择地具有适应性选择之处。[0057] 以及适应减震组件，至少一个所述适应减震组件设置在所述顶管外周，其包括伸缩连接件、阻尼支撑件和刚性支撑件，所述伸缩连接件通过适应运动机构连接至所述顶管本体，且所述伸缩连接件顺序连接所述阻尼支撑件和所述刚性支撑件，在本实施例中阻尼支撑件为间隔设置在刚性支撑件的多个阻尼球，且阻尼球为柔性材质制成，同时刚性支撑件在阻尼球之间的间隔区域之间间隔设置，本实施例的刚性支撑件以多个铰接的刚性件为例，其铰接点设置于阻尼球的间隔处，并且伸缩连接件对应被刚性支撑件被分隔的区域数量设置，在本实施例中伸缩连接件为气缸，且各气缸之间独立作业，以实现对需要支撑的区域的形状适应功能。[0058] 所述适应运动机构包括环状支撑件以及传动组件，所述环状支撑件为嵌设于所述顶管本体外周，且所述环状支撑件的外壁连接所述伸缩连接件形成支撑区，由所述支撑区边沿向一侧延伸形成传动区，[0059] 所述传动组件包括固定于所述顶管本体的直线驱动件和圆周驱动件，所述圆周驱动件与所述传动区连接适于执行所述环状支撑件的圆周运动，所述直线驱动件连接至圆周驱动件，适于执行所述圆周驱动件和环形支撑件的直线运动。所述圆周驱动件包括圆周驱动机和连接至所述驱动机的输出轴的驱动齿轮，所述传动区内壁设有与所述驱动齿轮连接的从动齿。所述直线驱动件为液动直线驱动机或气动直线驱动机，且其输出轴连接至所述圆周驱动机。[0060] 作为本实施例的进一步优选方式，还包括传感震动模块，其至少包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器设置于所述作业端的外沿处，所述第二传感器设置于所述刚性支撑件。[0061] 在本实施例中未示出第一传感器和第二传感的连接关系，在一种可行的实现方式下，本实施例的第一传感器为多个且沿着排泥端的端面圆设置。[0062] 以及电气组件，所述电气组件提供组件间的电连接和电控制，本实施例中的电控制为基本的电气控制，因此仅需可以实现传感器检测并根据需求对检测的区域执行本实施例中的各电气设备运动后进行支撑。[0063] 所述环形支撑件的两侧外沿均设置有支撑蒙皮，两个所述支撑蒙皮对应连接至所述作业端和所述排泥端；所述支撑蒙皮为双层蒙皮复合形成，且由所述双层蒙皮的间隙形成充气区，所述充气区连接双向气泵(图中未示出)，本实施例的双向气泵是指能向同一侧进行供气和抽气的气泵，该气泵为本领域常规技术手段，且本实施例的双层蒙皮复合结构也是常规技术手段，因此不再具体赘述两者之间的工作原理。[0064] 本实施例的顶管本体内设置有与支撑蒙皮连接的蒙皮收卷机，蒙皮收卷机通过连接支撑蒙皮的端部，以对蒙皮进行收卷，当需要张开时，可通过手动固定蒙皮的另一端或者在两相对侧分别设置蒙皮收卷机，且其中一侧的蒙皮可拆卸，实现收卷和张开。[0065] 本实施例的顶管本体内部还设置有搅泥仓，所述搅泥仓连通所述入泥孔且具有至少一进水口，且连通所述排泥端形成排泥孔，其目的在于将作业时产生的泥土搅拌后以泥水的方式排出，便于进一步作业。所述入泥孔设置于所述作业端的端平面上，其沿顶管本体轴线投影呈三角形，且其向顶管本体内部内陷形成倒三角入泥区。所述入泥孔为间隔设置的多个，且一所述作业端的几何中心为圆心呈圆周放射状排列。[0066] 作为本实施例的进一步优选方式，所述支撑区上形成一收纳部(图中未示出)，用于收纳所述适应支撑件；当所述适应支撑件中，所述伸缩件运动至收缩死点时，所述刚性支撑件的外表面和所述支撑区位于同一几何面；所述收缩死点为所述伸缩件的最短行程位置。[0067] 作为本实施例的进一步优选方式，还包括滑动支撑件，其具有相对设置的内接触面和外接触面，所述内接触面呈与所述顶管本体外壁配合的形状。所述滑动支撑件的内接触面具有间隔设置的多个沿所述外接触面轴向的第一辊轴，以及间隔设置的多个沿所述内接触面圆周方向的第二辊轴。[0068] 本实施例的工作原理如下：[0069] 本申请通过设置传感震动模块，由传感震动模块重的第一传感器检测震动来源地，然后由电气组件控制适应运动机构至震动来源地的方位，对震动来源地进行局部支撑，并且通过适应减震组件上的阻尼结构，对震动来源地进行减震和支撑，以避免局部震动导致的局部塌陷。[0070] 实施例二[0071] 本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的作业端相对顶管本体转动，其转动由设置在顶管本体内部的一圆周驱动机构驱动，在本领域对某一结构执行圆周运动为常见的技术特征，因此不再赘述。[0072] 在作业端发生圆周运动时，本实施例相对于实施例一，本实施例中的传感震动模块有所不同，具体地，第一传感器的数量可以根据圆周运动的速度进行设置。[0073] 若作业端旋转一周所需时间在预设的传感周期内，则设置第一传感器时，可选择地设置一个第一传感器于作业端的端平面边沿上，此时，第一传感器随着作业端的运动对工作区域的数据进行采集，当第一传感器检测到震动大于预设值时，第一传感器发送信号，电气组件则根据信号发生源的时间、位置和信号传输的时间延迟，计算实际的震源来源地。[0074] 因此在本实施例当中，第一传感器至少具有惯性传感模块和方位传感模块，以定位震动来源地，[0075] 以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

专利地区：海南

专利申请日期：2023-07-12

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN116838357B