[发明专利]一种非开挖扩孔机、扩孔钻头及其扩孔方法

说明书

本发明涉及一种非开挖扩孔机、扩孔钻头及其扩孔方法。该扩孔机包括卷筒系统、正反循环系统和液压动力驱动系统，其具有正、反循环两运行形式。该扩孔钻头设置切削刀齿和连接上述非开挖扩孔机的抽吸管的吸渣口，一次扩孔即可完成扩孔要求，降低了逐级扩孔对孔壁周围土壤的扰动，减少了孔壁塌陷的风险，避免了因传统非开挖扩孔、清孔工序无法彻底清除孔内流动性差的泥土，造成回拖管道失败的风险。本发明提供的扩孔方法的步骤为开导向孔、一次扩孔和回拖拉管，提高了作业效率，降低了施工消耗，降低了用水量，分离后的泥土可装车运走，控制污染，降低了因反复运出渣土对环境造成的污染，减少了清污工作量。

技术领域

本发明涉及非开挖管道铺设的施工工艺，特别涉及一种非开挖扩孔机、扩孔钻头及其扩孔方法。

背景技术

目前，传统水平定向钻非开挖管道铺设施工原理和工序是，首先水平定向钻机根据管道设计轨迹挖设导向孔，然后逐级扩孔，再进行清孔工序，最后回拖拉管。该传统水平定向钻非开挖管道铺设施工工艺缺点如下：

1)逐级扩孔工序效率低。一般回拖直径1200mm的管道，一般要扩孔到1400-1500mm，一般需要200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500逐级扩孔，14次扩孔，根据钻机大小，可以适当越级扩孔，但是至少需要8次扩孔，才能扩孔到可拉管的孔径。完成一次扩孔的时间随着扩孔钻头直径的加大越来越慢，例如，42吨钻机，通常的土层，扩孔钻头直径300mm，扩孔长度100米，需要2-3小时，扩孔钻头直径增加到1200mm，大概需要6-8小时。

2)清孔工序效率低。一般一次穿越100米长距离，回拖直径1200mm管道，至少需要用直径1400-1500mm的回扩钻头，清孔1-2次，把扩孔工序中没有搅成泥浆的泥土搅成泥浆，已经搅成的流动性不好的泥浆，再搅成流动性好的，以便回拖管道时，孔内的泥浆能够随着铺设管道拉入孔内，能够挤排出孔外，每清一次孔大约需要2--4小时。

3)施工风险高。尽管经过逐级扩孔、两次清孔，由于地层的不同，铺设长度间的地层变化，有限长度的扩孔钻头泥浆往钻机端堆积的直到挤排出孔外的过程中，不少泥浆又通过钻头和孔壁的间隙流回钻头另一端，留在孔内。逐级扩孔，长时间对孔周边地层扰动，存在局部塌陷隐患，没有可视的孔内泥浆观测仪器，仅靠操作者的传统经验，仍然不能确定孔内是否扩成理想的流动性泥浆。留在孔内的泥浆，当回拖管道时，管道前段堆积的泥浆不断增多，泥浆也会回流到管壁和孔壁间的缝隙，这些逐渐增加了回拖管道的阻力，当阻力大于钻机回拖力时，管道就被卡在孔内，一旦这种情形出现，准备滑轮组、更换大的钻机，最短都需要5--10小时准备时间，在这段时间内，泥浆的沉淀，又加大了数倍的回拖阻力，大多数情况下的再拖动管道的可能性很小。所以，孔内泥浆是非开挖回拖管道失败最大的风险源，通常PE管道拉断、拉扁，钢管挤在孔内无法拉动，这些拉管失败的原因90％来源于逐级扩孔和清孔工序中无法确切的判断孔内剩余泥浆的多少，回拖管道时泥浆的堆积程度。

4)水的消耗量大。目前非开挖扩孔、清孔工序原理就是水软化土、切削的土搅拌成泥浆，所有扩孔时间内都要通过泥浆泵注水，通常在扩孔到直径600mm时，需要运走孔内排出的泥浆。根据施工经验，一般一次穿越100米长距离，回拖直径1200mm管道，需要水量大约在400立方。

5)难控制泥浆污染。目前非开挖扩孔工艺当中，32吨以下钻机很难做到地面泥土分离，一般，扩孔直径到600-700mm时就要清运一次泥浆，该泥浆没法做到泥水分离，水重复利用，而是泥浆整车运走。继续扩孔，孔内没有形成流动性泥浆的泥土，在清孔、回拖管线时还要再次重复泥水搅拌，挤出孔外，产生更大量的泥浆需要清运。而回拖管道成功经验要求，24小时不能停顿回拖管道，回拖管道用时越短越好，这就造成回拖管道泥浆清运工作很难彻底，难以控制泥浆的污染。