氣動夯管錘及其鋪管工藝研究

《氣動夯管錘及其鋪管工藝研究》是中國地質科學院勘探技術研究所為主要研究單位，周升風、董向宇、楊楠、陳知一、車延崗、張光列、袁明昕、花容、李文秀、王朝建為主要完成人的科研項目。

基本介紹

• 中文名：氣動夯管錘及其鋪管工藝研究
• 依託單位：中國地質科學院勘探技術研究所
• 完成人：周升風、董向宇、楊楠、陳知一、車延崗、張光列、袁明昕、花容、李文秀、王朝建
• 類別：科研項目

基礎信息

獲獎序號	20030034
項目名稱	氣動夯管錘及其鋪管工藝研究
主要完成單位	中國地質科學院勘探技術研究所
主要完成人	周升風、董向宇、楊楠、陳知一、車延崗、張光列、袁明昕、花容、李文秀、王朝建
獲獎證書編號	KJ2003－2－31
獎種	國土資源科學技術獎
等級	二等

項目摘要

1． 立項背景 現代非開挖技術的發展已有20多年的歷史。90年代，非開挖技術被世界公認，並迅速發展。 氣動夯管錘鋪管技術作為非開挖技術的一個分支同時得到了迅速的發展。國外已經有DITCH WITCH公司、VERMEER公司、TRACTO-TECHNIK（TT）公司、TERRA公司等生產夯管錘，鋪管直徑覆蓋範圍50～2000mm。北京城建1995年引進德國TT公司的OLYMPUS夯管錘用於首都機場穿越飛機跑道鋪管工程，為夯管錘鋪管技術在我國的套用起到了極大的推動作用。此後，我國的管道工程部門開始認識到夯管錘鋪管的優越性，相繼進口或租用國外的夯管錘進行管道鋪設，同時迫切希望有國產夯管錘投入市場。國外夯管錘由於智慧財產權、生產成本、運輸、關稅等一系列的關係，其售價一直居高不下。為了發展民族產業，促進競爭， 1996年，原地礦部科技司在1996年將“氣動夯管錘及其鋪管工藝研究”列為地礦部“九五”地質科技項目“定向鑽探新技術及其套用研究”的一個課題，編號為9505401－6。此項目由地礦部勘探所組織完成。 勘探所在1994年已經先期研製出H108、H180型夯管錘，隨後通過本課題的研究又相繼推出了H300S、H300L型夯管錘，並探索形成了完整的氣動夯管錘施工工藝。此後對該項成果進行了推廣套用，形成了系列產品，鋪管直徑範圍覆蓋?89～?1520mm。 2． 主要科學技術內容 （1）氣動夯管錘的研製 氣動夯管錘實質上是一個低頻、大衝擊功的氣動衝擊器，它是由壓縮空氣驅動,將要鋪設的鋼管沿設計路線直接夯入地層，從而實現非開挖穿越鋪管的一種鋪管設備。包括主機、注油與管路系統、連線固定系統、注漿系統、清土系統幾部分。 主機 是氣動夯管錘鋪管系統中的錘體部分，H系列氣動夯管錘主機由缸體、沖錘和配氣閥等組成，其配氣部分經過了計算機最佳化設計。夯管錘外缸體為整體式結構；錘體各零件間無螺紋、焊接連線；減震緩衝機構大大延長了錘體各部件的使用壽命。 注油與管路系統 注油器用於向壓縮空氣中注油，潤滑夯管錘中的運動零件。注油量可調。夯管錘通過管路系統與氣源連線。 連線固定系統 由夯管頭、出土器、調節錐套和張緊器組成。夯管頭用於防止鋼管端部因承受巨大的衝擊力而擴徑或損壞，出土器用於排出在夯管過程中進入鋼管內的部分土體，調節錐套用於調節鋼管直徑、出土器直徑和夯管錘直徑間的相配關係。 注漿系統 由儲漿罐、注漿頭、注漿管、傳壓管和控制閥等部分組成，其獨特性在於用壓縮空氣作動力，可持續地向進入地層的鋼管內外兩側注漿。 清土系統 包括封蓋和清土球，封蓋用於防止進入鋼管內的壓縮空氣從管端泄漏，清土球在鋼管內相當於一個活塞，在空氣壓力作用下在鋼管內不斷前進，從而將鋼管內的土芯從鋼管另一端推出。 （2）施工工藝的研究 地層可夯性研究 根據土壤的物理、化學性質、夯管錘的破土機理，通過大量的工程實踐，創造性地提出了地層的可夯性分級。夯管錘鋪管對地層的適應性較廣泛，除岩層及高密度卵石地層以外的所有地層均可用夯管锺鋪管，但在堅硬土層、乾砂層和卵石含量超過50％的地層中鋪管難度較大。試驗研究表明，土的含水量越大，在震動載荷作用下液化程度越好，可夯性越好；土的密實度越大，可夯性越差。土顆粒間的內聚力，也影響夯管錘的鋪管速度。 氣動夯管錘鋪管的注漿潤滑 通過大量的現場實驗，提出了注漿潤滑的施工工藝。目的就是要使潤滑漿液在鋼管的內外周形成一個比較完整的漿套，使土體與鋼管之間的乾摩擦轉化為濕潤摩擦，並使濕潤摩擦在夯管過程中一直保持。在多數地層中，通過注漿潤滑可以大大減小地層與鋼管間的摩擦係數，減小鋼管進入地層中的阻力，因而注漿潤滑是提高夯管成功率的一個極其重要的環節。針對不同的地層採用不同的漿液材料和處理劑來進行注漿潤滑。目前常用注漿材料為膨潤土和人工合成的高分子造漿材料。 管道鋪設精度 由於不同的地質條件和鋼管的自重的差異，存在著較長距離管道鋪設時的精度問題，在總結了眾多工程實踐的基礎上，給出了經驗公式。 自行設計的夯管錘鋪管動態模擬軟體，可以形象的模擬出不同地質條件下、使用不同型號的設備產生不同的夯管結果，對夯管工程的施工方案、設備配套具有指導作用。 3．主要研究成果、與國內外同類研究成果對比 H300型氣動夯管錘的主要性能指標與德國TRACTO-TECHNIK公司的GIGANT型夯管錘相近，有些參數略有出入。 原地質礦產部探礦（岩土鑽掘）工程專業科技情報查新工作站提供的查新報告顯示：H300型夯管錘是目前國內同型號夯管錘中能力最大的，其整體式缸體結構在國內外屬先進技術，國內產品尚未採用。從查得資料看，在國內夯管施工中尚無採用壓力注漿潤滑技術的報導。 H系列氣動夯管錘具的性能接近代表國外先進水平的德國TRACTO—TECHNIK公司的產品，但其售價不到該公司產品售價的30%，具有極高的性能價格比。H系列氣動夯管錘通過一系列的實踐檢驗，表明其整體結構設計先進，在國內處於領先水平，使用壽命及套用效果已經達到了國外用類產品的水平。 4．成果套用和取得效益情況 為了適應市場的需求，先後成功研製了H110、H190、H260、H300、H350、H420、H510七種型號的產品，完成了產品的系列化。用戶遍及地礦、煤炭、石油、自來水、煤氣、天然氣、電力、電信、鐵道等部門。此外這項技術還在尾礦壩水平降水、捷運或隧道的超前管棚支護、地層冷凍法冷凍管的施工、鋼板或鋼管樁的施工及沙金礦勘探等工程領域進一步得到拓展。 目前已經銷售不同型號的夯管錘五十一台套。創造產值1008萬元，創造利稅274.4萬餘元。22個使用單位，完成鋪管工作量22000多米，創產值六千餘萬元。為各個套用單位帶來了可觀的經濟效益，同時也為本單位的發展做出了貢獻。 5．推動科技進步的意義 作為非開挖鋪管技術的一個分支，施工時不破壞路面，對環境影響小，是一種綠色環保工法。氣動夯管施工工藝，成功地解決了小直徑非進人鋼管穿越鋪設雜填和含卵石地層的施工難題；在捷運隧道施工中，解決了在高含水粉沙層中鋪設水平注漿管、冷凍管的技術難題。H系列氣動夯管錘的研製，填補了我國在非開挖技術領域的空白，打破了氣動夯管錘依賴進口的被動局面，此項成果的研究過程採用的是邊研究邊滾動發展的方式，為科研成果及時地轉化為生產力積累了寶貴的經驗，推動了國內非開挖技術的發展。