本发明提供了一种机械式钢套管安装装置，包括钢套管、导轨、顶推装置、切削机头、进浆管、排浆管、钢丝绳、钢丝绳导管、动力装置、液压站、排浆泵泥浆处理单元、进浆泵、减阻泥浆注入管、减阻泥浆环向分流装置、减阻泥浆注入系统和旋转回收系统；本发明还提供了一种机械式钢套管安装方法，包括如下工序：（1）场地准备；（2）设备安装；（3）顶进切削；（4）钢套管接续；（5）继续顶进；（6）钢套管安装到位；（7）收回切削机头；（8）钢套管安装完成；本发明提供的机械式钢套管安装装置及其安装方法，能够挖掘盲孔，将钢套管准备安装到位，适合全地质型管道安装，且安全可靠，安装效率高。
1.一种机械式钢套管安装装置，其特征在于：包括钢套管、导轨、顶推装置、切削机头、进浆管、排浆管、钢丝绳、钢丝绳导管、动力装置、液压站、排浆泵泥浆处理单元、进浆泵、减阻泥浆注入管、减阻泥浆环向分流装置、减阻泥浆注入系统和旋转回收系统；所述顶推装置固定在导轨发送端，顶推装置与所述液压站连接，所述钢套管后端抵在所述顶推装置上、钢套管前端安装所述切削机头，所述切削机头尾部安装有所述旋转回收系统；所述减阻泥浆环向分流装置和所述减阻泥浆注入管固定在所述钢套管前端外壁，所述减阻泥浆注入管与所述减阻泥浆注入系统连接；所述进浆管和所述排浆管设置在所述钢套管内部，所述进浆管与所述进浆泵连接，所述排浆管与所述排浆泵泥浆处理单元连接；所述钢丝绳导管一端固定在所述顶推装置上，所述钢丝绳一端穿过所述钢丝绳导管和所述顶推装置连接到所述切削机头尾端中部的U形扣上、另一端与所述动力装置连接。
2.根据权利要求1所述的机械式钢套管安装装置，其特征在于：所述切削机头的头部设置有活动刀盘和用于固定所述活动刀盘的刀盘固定销轴，切削机头后部设置有“I”形钢条，与所述钢套管端部内壁设置的“[”形钢条相匹配。
3.根据权利要求2所述的机械式钢套管安装装置，其特征在于：所述切削机头尾部设置有后隔板，所述后隔板后侧安装所述旋转回收系统。
4.根据权利要求3所述的机械式钢套管安装装置，其特征在于：所述旋转回收系统由支撑架、液压支腿、旋转回收液压缸和销轴构成，所述液压支腿和所述旋转回收液压缸固定在所述支撑架上，所述液压支腿伸长后支撑在所述钢套管内壁上，所述旋转回收液压缸收缩时伸出端通过所述销轴固定在所述切削机头后隔板上。
5.根据权利要求1所述的机械式钢套管安装装置，其特征在于：所述减阻泥浆环向分流装置是一个“L”形截面的环形圆板，固定在所述钢套管外壁上，所述减阻泥浆注入管出浆端位于“L”形截面的环形圆板后部且距离“L”形截面的环形圆板4-6cm。
6.一种用权利要求1所述装置安装钢套管的方法，其特征在于，包括如下工序：（1）场地准备；（2）设备安装；（3）顶进切削；（4）钢套管接续；（5）继续顶进；（6）钢套管安装到位；（7）收回切削机头；（8）钢套管安装完成；其中，所述工序（2）设备安装包括：
a)铺设导轨，安装顶推装置，将所述钢丝绳导管埋设在地层内，左端焊接在所述顶推装置上;
b)安装止水密封圈，安装切削机头，安装旋转回收系统，使旋转回收系统通过固定切削机头的后隔板而固定切削机头；
c)安装减阻泥浆环向分流装置和减阻泥浆注入管，安装进浆管和排浆管，将钢丝绳穿过钢丝绳导管和顶推装置固定到切削机头尾端中心部位的U形扣上；
所述工序（7）收回切削机头工序包括：将钢丝绳与动力装置连接，启动旋转回收系统，依靠旋转回收液压缸提供的扭矩将切削机头上的“I”形钢条从钢套管内壁的“[”型钢条内旋转脱出；再启动动力装置拉动切削机头，切削机头的活动刀盘卡在钢套管端部，在钢丝绳拉力作用下折叠活动刀盘，活动刀盘折叠收缩将刀盘固定销轴剪断；继续启动动力装置将切削机头从钢套管拉出。
7.根据权利要求6所述的钢套管安装方法，其特征在于：所述安装顶推装置的方法是在导轨的右侧放置顶推装置，将顶推装置与顶推装置的后靠背通过钢铁预埋件焊接固定在一起。
8.根据权利要求6所述的钢套管安装方法，其特征在于：所述安装切削机头的方法是将切削机头上的“I”形钢条对准钢套管内壁的“[”形钢条空隙处插入并旋转切削机头使“I”形钢条和“[”形钢条的端面紧密贴合。
9.根据权利要求6所述的钢套管安装方法，其特征在于：所述安装旋转回收系统的方法是调节液压支腿使其伸长支撑在钢套管内壁上固定整个旋转回收系统，调节旋转回收液压缸处于收缩状态，使旋转回收液压缸的伸出端通过销轴固定在与其相邻的切削机头后隔板上。
一种机械式钢套管安装装置及其安装方法
技术领域
[0001] 本发明涉及非开挖管道敷设技术领域，特别涉及一种机械式钢套管安装装置及其安装方法。
背景技术
[0002] 传统的水平定向钻穿越砂层、卵砾石层等难成孔地层时采用的是用夯管锤夯套管隔离卵砾石的工艺方法。但该方法不是全地质型，近年来在实际应用中也不断出现失败的案例。主要存在的问题有以下四点：（1）套管夯击不到位，例如某条河水平定向钻穿越套管设计距离150米，实际仅夯入50米，导致定向钻穿越无法施工，改为大开挖。（2）套管端部下沉度数较大（高达4°），导致定向钻进轨迹发生变化、穿越距离变长，增加施工成本和时间。（3）因地下水位高，无法完成人工套管内取土作业，机械式螺旋出土器易被大的砾石卡住，无法使用。（4）因套管长度大、摩擦阻力大，夯击的钢套管无法完全深入硬度60Mpa的硬岩地层，导致水平定向钻扩孔时泥浆泄露和冒浆现象。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种能够机械式挖掘盲孔、安装长距离钢套管的机械式钢套管安装装置及其安装方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种机械式钢套管安装装置，包括钢套管、导轨、顶推装置、切削机头、进浆管、排浆管、钢丝绳、钢丝绳导管、动力装置、液压站、排浆泵泥浆处理单元、进浆泵、减阻泥浆注入管、减阻泥浆环向分流装置、减阻泥浆注入系统和旋转回收系统；所述顶推装置固定在导轨发送端，顶推装置与所述液压站连接，所述钢套管后端抵在所述顶推装置上、钢套管前端安装所述切削机头，所述切削机头尾部安装有所述旋转回收系统；所述减阻泥浆环向分流装置和所述减阻泥浆注入管固定在所述钢套管前端外壁，所述减阻泥浆注入管与所述减阻泥浆注入系统连接；所述进浆管和所述排浆管设置在所述钢套管内部，所述进浆管与所述进浆泵连接，所述排浆管与所述排浆泵泥浆处理单元连接；所述钢丝绳导管一端固定在所述顶推装置上，所述钢丝绳一端穿过所述钢丝绳导管和所述顶推装置连接到所述切削机头尾端中部的U形扣上、另一端与所述动力装置连接。
[0005] 进一步地，所述切削机头的头部设置有活动刀盘和用于固定所述活动刀盘的刀盘固定销轴，切削机头后部设置有“I”形钢条，与所述钢套管端部内壁设置的“[”形钢条相匹配。
[0006] 进一步地，所述切削机头尾部设置有后隔板，所述后隔板后侧安装所述旋转回收系统。
[0007] 进一步地，所述旋转回收系统由支撑架、液压支腿、旋转回收液压缸和销轴构成，所述液压支腿和所述旋转回收液压缸固定在所述支撑架上，所述液压支腿伸长后支撑在所述钢套管内壁上，所述旋转回收液压缸收缩时伸出端通过所述销轴固定在所述伸缩切削机头后隔板上。
[0008] 进一步地，所述减阻泥浆环向分流装置是一个“L”形截面的环形圆板，固定在所述钢套管外壁上，所述减阻泥浆注入管出浆端位于所述减阻泥浆环向分流装置后部且距离所述减阻泥浆环向分流装置4-6cm。
[0009] 本发明还提供了一种机械式钢套管安装方法，包括如下工序：（1）场地准备；（2）设备安装；（3）顶进切削；（4）钢套管接续；（5）继续顶进；（6）钢套管安装到位；（7）收回切削机头；（8）钢套管安装完成；
[0010] 其中，所述工序（2）设备安装包括：
[0011] a)铺设导轨，安装顶推装置，将所述钢丝绳导管埋设在地层内，左端焊接在所述顶推装置上;
[0012] b)安装止水密封圈，安装切削机头，安装旋转回收系统，使旋转回收系统通过固定切削机头的后隔板而固定切削机头；
[0013] c)安装减阻泥浆环向分流装置和减阻泥浆注入管，安装进浆管和排浆管，将钢丝绳穿过钢丝绳导管和顶推装置固定到切削机头尾端中心部位的U形扣上。
[0014] 所述工序（7）收回切削机头工序包括：将钢丝绳与动力装置相连，启动旋转回收系统，依靠旋转回收液压缸提供的扭矩将切削机头上的“I”形钢条从钢套管内壁的“[”型钢条内旋转脱出；再启动动力装置拉动切削机头，切削机头的活动刀盘卡在钢套管端部，在钢丝绳拉力作用下折叠活动刀盘，活动刀盘折叠收缩将刀盘固定销轴剪断；继续启动动力装置将切削机头从钢套管拉出。
[0015] 进一步地，所述安装顶推装置的方法是在导轨的右侧放置顶推装置，将顶推装置与顶推装置的后靠背通过钢铁预埋件焊接固定在一起。
[0016] 进一步地，所述安装切削机头的方法是将切削机头上的“I”形钢条对准钢套管内壁的“[”形钢条空隙处插入并旋转切削机头使“I”形钢条和“[”形钢条的端面紧密贴合。
[0017] 进一步地，所述安装旋转回收系统的方法是调节液压支腿使其伸长支撑在钢套管内壁上固定整个旋转回收系统，调节旋转回收液压缸处于收缩状态，使旋转回收液压缸的伸出端通过销轴固定在与其相邻的伸缩切削机头后隔板上。
[0018] 本发明提供的机械式钢套管安装装置及其安装方法具有以下特点：
[0019] 1）能够挖掘盲孔，将钢套管安装到位，伸缩切削机头能够从套管内整体收回；不用人员进入拆卸成散件分块运出，保证了高水压下人员的安全，提高了施工效率。
[0020] 2）机械式挖掘、液体排渣，代替了以往人工取土落后的施工方式，降低了人工劳动强度；效率高，安全可靠。
[0021] 3）全地质型，可在砂层、卵砾石、碎石、较大石块（φ100mm以上）和抗压强度高达100Mpa的岩层完成套管安装；突破了夯管锤夯击套管的地质不适应性和局限性。
附图说明
[0022] 图1为本发明实施例提供的钢套管安装装置垂直截面图。
[0023] 图2为本发明实施例提供的钢套管安装装置平面布置图。
[0024] 图3为本发明实施例提供的钢套管安装装置的旋转回收系统的垂直截面图。
[0025] 图4为本发明实施例提供的钢套管安装装置的旋转回收系统的俯视图。
[0026] 图5为本发明实施例提供的钢套管安装装置的减阻泥浆环向分流装置结构示意图。
[0027] 图6为本发明实施例提供的钢套管安装方法实施工艺示意图。
具体实施方式
[0028] 参见图1和图2，本发明实施例提供的一种机械式钢套管安装装置，包括切削机头1、钢套管2、导轨5、进浆管6、排浆管7、顶推装置8、钢丝绳9、钢丝绳导管10、动力装置11、液压站12、排浆泵泥浆处理单元13、进浆泵14、减阻泥浆注入管21、减阻泥浆注入系统15、旋转回收系统16和减阻泥浆环向分流装置22。导轨5锚固在作业坑4底部，顶推装置8固定在导轨5发送端，顶推装置8与液压站12连接，钢套管2后端抵在顶推装置8上，钢套管
2前端安装切削机头1，切削机头1尾部安装有旋转回收系统16；减阻泥浆环向分流装置22和减阻泥浆注入管21固定在钢套管2前端外壁，减阻泥浆注入管21与减阻泥浆注入系统
15通过软管连接；进浆管6和排浆管7设置在钢套管2内部，进浆管6另一端与进浆泵14连接，排浆管7另一端与排浆泵泥浆处理单元13连接；钢丝绳导管10一端固定在顶推装置
8上，钢丝绳9一端穿过钢丝绳导管10和顶推装置8连接到切削机头1尾端中部的U形扣上、另一端与动力装置11连接。
[0029] 切削机头1的头部设置有活动刀盘24和用于固定活动刀盘24的刀盘固定销轴23，切削机头1后部设置有“I”形钢条20，钢套管2端部的内壁设置有与“I”形钢条20相匹配的“[”形钢条19。
[0030] 参见图3和图4，切削机头1尾部设置有后隔板28，后隔板28后侧安置旋转回收系统16，旋转回收系统16由支撑架17、液压支腿29、旋转回收液压缸31和销轴30构成，液压支腿29和旋转回收液压缸31通过螺栓32固定在支撑架17上，液压支腿29伸长支撑在钢套管2内壁固定整个旋转回收系统16，处于收缩状态的旋转回收液压缸31的伸出端通过销轴30固定在与其相邻的切削机头1的后隔板28上，防止切削机头1旋转；需要回收时，旋转回收液压缸31伸出，提供扭矩将切削机头1的“I”形钢条20旋转至“[”形钢条19的空隙18处，再用钢丝绳9拉出。
[0031] 参见图5，减阻泥浆环向分流装置22是一个“L”形截面的环形圆板，固定在所述钢套管2前端外壁上，减阻泥浆注入管21焊接在钢套管2前端外壁，减阻泥浆注入管21的出浆端位于减阻泥浆环向分流装置22后部且距离减阻泥浆环向分流装置22有4-6cm。
[0032] 参见图6，本发明提供的一种机械式钢套管安装方法，具体包括如下工序：
[0033] 1）场地准备
[0034] 清理场地，按施工要求开挖发送作业坑4，做好顶推装置靠背墙26。
[0035] 2）设备安装
[0036] A、铺设导轨，安装顶推装置：在作业坑的底部铺设导轨5、右侧放置顶推装置8，并将顶推装置8与顶推装置8的后靠背26通过钢铁预埋件焊接固定在一起；钢丝绳导管10埋设在地层25内，其左端焊接固定在顶推装置8上，用于穿过钢丝绳9。
[0037] B、在入土点27安装止水密封圈3防止钢套管在顶进过程中注入的减阻泥浆泄露，将切削机头1上的“I”形钢条20对准焊接在钢套管2内壁的“[”形钢条形成的空隙18插入并旋转切削机头1使“I”形钢条20与“[”形钢条19端面紧密贴合；在切削机头1的后隔板28后侧安放旋转回收系统16，旋转回收系统16的液压支腿29伸长支撑在钢套管2内壁固定整个旋转回收系统16，处于收缩状态的旋转回收液压缸31的伸出端通过销轴30固定在与其相邻的切削机头1的后隔板28上，防止切削机头1旋转；最后通过吊车将切削机头1和钢套管2放置在导轨5上。
[0038] C、管路安装：在钢套管2外部安装减阻泥浆环向分流装置22，在钢套管2外面焊接减阻泥浆注入管21，减阻泥浆注入管21后端部与减阻泥浆注入系统15用软管连接；在钢套管2内部安装进浆管6和排浆管7，并将进浆管6的另一端与进浆泵14连接，将排浆管7的另一端与排浆泵泥浆处理单元13连接；将钢丝绳9通过U形扣固定到切削机头1尾端中心部位。
[0039] 3）顶进切削
[0040] 启动切削机头1、顶推装置8和减阻泥浆注入系统15，将钢套管2缓缓送入止水密封圈3，然后通过液压站12驱动顶推装置8推动钢套管2、在切削机头1的不断切削下正常顶进，切削下的岩屑从排浆管7排除。
[0041] 4）钢套管接续
[0042] 第一根钢套管顶进后，顶推装置8的油缸收回，吊装下一根钢套管（长度10m），将两个钢套管用管道外对口器对齐、手工焊接在一起；重新接通进浆管6和排浆管7；焊接接续减阻泥浆注入管21，用软管将接续延长后的减阻泥浆注入管21与减阻泥浆注入系统15连接好。
[0043] 5）按步骤3）继续顶进。
[0044] 6）顶进完成再接续新的钢套管2，然后重复步骤4）和5）。
[0045] 7）钢套管2安装到位，收回切削机头1。
[0046] 钢套管2安装到位后，拆卸进浆管6和排浆管7，将钢丝绳9穿过钢丝绳导管10并与动力装置11（如挖掘机）相连；启动旋转回收系统16，旋转回收液压缸31伸出，提供扭矩将切削机头1的“I”形钢条20旋转至钢套管2内壁的“[”形钢条19的空隙18处，启动动力装置11通过钢丝绳9拉动切削机头1，切削机头1的活动刀盘24卡在钢套管2端部，在钢丝绳9拉力作用下活动刀盘24折叠收缩并将刀盘固定销轴23剪断，继续启动动力装置11将切削机头1从钢套管2拉出。
[0047] 8）拆除施工设备，钢套管安装完成。
[0048] 下面以具体实施例说明本发明提供的机械式钢套管安装方法，本实施例适用于卵砾石层，石块最大直径500mm，岩石最大抗压强度85Mpa，地下水压0.2Mpa，所安装钢套管长191m、直径φ2064mm、入土角16°，具体方案如下：
[0049] 进入施工现场后，将所需设备按图1和图2所示进行布置安装，在作业坑4的底部铺设导轨5、右侧放置顶推装置8并将其与地层25和顶推装置后靠背26牢牢固定，钢丝绳导管10埋设在地层25内，其左端焊接固定在顶推装置8上，用于穿过钢丝绳9；在入土点27安装止水密封圈3，将切削机头1安装在钢套管2内部并吊装在导轨5上；在钢套管2内部安装进浆管6和排浆管7，并将进浆管6与进浆泵14连接，将排浆管7与排浆泵泥浆处理单元13连接；将钢丝绳9连接到切削机头1尾端中心部位U形扣上。
[0050] 启动切削机头1、顶推装置8和减阻泥浆注入系统15，将钢套管2缓缓送入止水密封圈3，然后正常顶进，切削下的岩屑从排浆管7排除。
[0051] 第一根钢套管顶进后，顶推装置8的油缸收回，吊装另一根钢套管（长度10m），将两个钢套管焊接在一起，重新接通进浆管6和排浆管7，焊接并连通减阻泥浆注入管21，钢套管2安装到位后，拆卸进浆管6和排浆管7，将钢丝绳9穿过钢丝绳导管10并与动力装置11（如挖掘机）相连，启动旋转回收液压缸16，依靠旋转回收液压缸16提供的扭矩将切削机头1从钢套管2内的“[”型钢条19内旋转脱出，启动动力装置11（如挖掘机）通过钢丝绳
9拉动切削机头1，切削机头1的活动刀盘24卡在钢套管2端部，在钢丝绳9拉力作用下活动刀盘24折叠收缩并将刀盘固定销轴23剪断，继续启动动力装置11（如挖掘机）将切削机头1从钢套管2拉出，最后拆除施工设备，钢套管安装完成。
[0052] 本发明提供的机械式钢套管安装方法经现场应用，能够将钢套管安装到位，并深入基岩内20m，且能够顺利把切削机头从套管内整体收回。经测量，套管安装位置准确，端部下沉不明显。所安装的地质条件为卵砾石层，石块最大直径500mm，岩石最大抗压强度85Mpa，地下水压0.2Mpa。工程实践表明该机械式钢套管安装方法符合工程实际，切削机头回收方案合理、简单可靠、无卡死现象。达到了设计目标。
[0053] 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
