[发明专利]微型隧道掘进系统和设备

说明书

发明领域

本发明涉及地下钻进，更具体地，本发明涉及一种改进的微型隧道掘进系 统和设备。

本发明中，“微型隧道掘进”是指包括对约600毫米或更小量级的孔进行非 开挖水平钻进。

背景技术

现代安装技术可用于公共基础设施所需服务的地下安装。为了提高安全性， 并且在视觉上产生与开放式服务不相干扰的更满意的环境，越来越多地把污水、 自来水、电力、煤气和通讯服务安放在地下。

目前，地下作业中使用最多的方法是挖出一个明挖沟。该沟是从顶面开挖 的，其后插入管子或者光缆，然后在该处回填。这种方法在新建筑区比较实用， 因为在该区域内，缺乏建筑、道路和地下结构，不会对这种方法造成障碍。然 而，在支承着现有建筑的区域中，明挖沟具有明显的不利之处，其会对路面造 成较大的破坏，并且非常可能会对现有的地下结构(也就是以前填埋的公用设 施)造成破坏。此外，由于挖沟的位置经常会下沉，所以当完成且回填了明挖 沟后，地上结构的最终变动很少导致令人满意的结果。

地下作业所使用的另一个概念就是钻个水平的地下孔洞。由于它克服了上 述明挖沟对道路和地下结构造成破坏的问题，有几种方法已采用了这种原理， 但是这些方法仍有其固有的问题。

一种方法是水平定向钻孔(HDD)。在这种方法中，钻孔设备位于地表面上， 然后相对于地表面以一斜角在地上钻个孔。钻井泥浆通常流经钻杆柱，从钻具 流出，并且从井筒上返，以便清除挖屑和泥土。当钻探工具达到理想的深度后， 工具就沿着大体水平的路线导向，以产生水平的钻孔。在获得理想长度的钻孔 后，工具然后直接向上突破地面。然后，扩孔器与钻杆柱相连，该钻杆柱是通 过钻孔退回的，因此，将钻孔扩成较大的直径。通常将公共设施管线或者其他 管道与扩孔器连接，这样，这些管道与扩孔器一起被拖过钻孔。使用这种方法 的较大问题就是转向机构非常不精确，并且不适于在斜坡上应用。操作者使用 的停止和开始动作导致钻孔不完全笔直。操作者没有办法精确地知道孔钻到哪 里能导致对现有的公用设施造成破坏。这可能造成安全威胁，特别是如果该区 域内的设施具有易挥发特性的时候，威胁较大。

另一种方法是导向位移方法。该法将钻杆柱推入地中并且由顶进式框架将 其旋转。经纬仪沿着钻杆柱聚焦成一参考点，以在斜坡上保持直线。这个系统 不能精确地操作。在预计转向的方向上，指出精确的斜度。头部的位置是通过 具有坡度和直线设定的全站仪监测的，并对固定在导杆头部的靶子测量该点。 如果地面条件均匀，并且环境绝对理想，它将产生令人满意的孔。但是很不幸， 这种情况非常少。地面条件通常都是易变的，所以不管你要转到哪个方向，导 管往往会趋向转到地面具有最小阻力的地方。由于钻杆柱通常很短，钻孔的时 间经常很慢，且重复连接使得过程很冗长。一旦钻孔达到接收轴，螺旋钻就沿 着孔的方向连接和退回，以将挖出物移到接收轴内。然后，不得不手动去除这 些挖出物，而这是非常耗费时间的。

泥浆类型的微型隧道掘进利用网状泥浆传送在整个安装过程中去除的挖出 物。通过起动轴沿着钻孔送入两条管线。通过液压顶进式框架将这些管子顶入 孔中。沿着进水管将水压至开挖面，在这里挖出的岩浆和泥浆被迫沿着回水管 返回。在享有良好精确度的同时，该体系需要结构轴，而该轴需要巨大的力量 以推动这些管子。这导致了大量的、昂贵的浅井坑(jacking shaft pit)，而这需要 大量时间建造。部件的绝对重量和尺寸使其连接很慢，并且用起来很笨重。如 果单元受损或者卡在孔中，取回设备的唯一可用方法就是向下挖到钻头位置上。