CN106223855A - 一种用于嵌岩桩软硬不均地层的气压控制式切岩装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于嵌岩桩软硬不均地层的气压控制式切岩装置，能够满足嵌岩桩施工过程中遇软硬不均匀分布地层的精确钻进要求，保证钻孔质量符合设计标准。包括切岩护筒、锥形切削刀具系统、齿形切削刀具系统、振动传感系统、气压传感系统、气压囊系统、高压水管、多径接驳器、隔振弹簧、钻杆、气压控制器、振动控制器、高压水泵、电缆线、强力胶粘剂、气压流量控制器、气压稳固螺栓、橡胶减震垫、隔振紧固螺栓、固位销钉。优点：针对软硬岩切岩时的受力情况，对钻空的软岩保持恒压，对未全部切入的硬岩施加气压，利用“恒压‑加压”的准则，解决了嵌岩桩在软硬不均匀地层中施工易偏斜、钢筋笼无法下设安装的普遍问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种嵌岩桩切岩装置，具体是一种用于嵌岩桩软硬不均地层的气压控制式切岩装置，属于嵌岩桩施工技术领域。
背景技术
嵌岩桩是当前桥梁工程、港口工程、建筑工程中广泛应用的一种桩基模式，具有较好的承载力。但在嵌岩桩施工过程中，由于基岩起伏不平，土层、岩层厚薄不一，软硬分布不均，致使工程地质条件达不到理想的均匀性地层，非常容易造成钻头由较硬地层偏向较软地层一侧，使钻孔偏斜，不能够保证成孔的垂直度，使后续钢筋笼无法安装，无法保证混凝土灌注的质量，造成施工成本增加，使工程建设存在严重的安全隐患。因此，在软硬不均匀地层中进行大直径嵌岩桩基础施工是嵌岩桩钻掘施工的一个重要技术难点。
中国专利CN 103573188B一种处理不均匀地质的回旋钻钻头装置，包括回旋钻头，其特征是回旋钻头的外部套装有钢套筒，回旋钻头的钻头围壁的外圆与钢套筒的上端内侧壁固定连接，钢套筒的下端端面上沿其圆周均匀设置有若干个合金齿头。但是该专利主要是利用钻头切割土体进行钻进施工，不能用于软硬不均匀分布的岩层施工。
中国专利CN 103628821B适用于软—硬钻进对象的取心钻头，包括钻头基体和设置在钻头基体下方的锥状头，钻头基体为空心圆筒状，在钻头上端设有钻杆连接部，锥状头开口内径小于钻头基体空心圆筒的内径，在钻头基体外表面设置有外螺旋，在锥状头的斜面和底面开槽，在槽内安装有相应形状的切削具，切削具通过铆钉铰接在槽内，铆钉和切削具上的孔之间设置有限制切削具初始位置的限位件，限位件与槽底之间具有切削具与槽之间设置有耐高温弹性垫块。但是该专利主要是针对月壤取心钻进时频频变化的松散月壤和月岩的软硬工况，不能用于软岩、硬岩同层不均匀分布的钻进，也不能用于嵌岩桩钻探施工。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于嵌岩桩软硬不均地层的气压控制式切岩装置，能够满足嵌岩桩施工过程中遇软硬不均匀分布地层的精确钻进要求，保证钻孔质量符合设计标准。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案表征为：
一种用于嵌岩桩软硬不均地层的气压控制式切岩装置，其特征在于，包括切岩护筒1、锥形切削刀具系统2、齿形切削刀具系统3、振动传感系统4、气压传感系统5、气压囊系统6、高压水管7、多径接驳器8、隔振弹簧9、钻杆10、气压控制器11、振动控制器12、高压水泵13、电缆线14、强力胶粘剂15、气压流量控制器17、气压稳固螺栓18、橡胶减震垫19、隔振紧固螺栓20、固位销钉21；
所述的切岩护筒1内置锥形切削刀具系统2、齿形切削刀具系统3、振动传感系统4、气压传感系统5、气压囊系统6，锥形切削刀具系统2、齿形切削刀具系统3均与振动传感系统4连接，气压囊系统6与气压传感系统5连接，振动传感系统4、气压传感系统5通过电缆线14分别与振动控制器12、气压控制器11连接，高压水管7贯穿整个切岩护筒1并与多径接驳器8、钻杆10依次连接。
所述的切岩护筒1包括第一水平固力板101、第二水平固力板102、第三水平固力板103、底部高压喷嘴104、水平高压喷嘴系统105、中空区106、实体区107、预留洞口108、双层过滤网109，其作用主要是保证嵌岩桩钻孔的直径符合设计要求，同时保护内置的敏感元件在入岩钻进过程中的破坏。
所述的第一水平固力板101限位在刀具系统中各刀具的中部，主要用于刀具中部的受力稳定，确保锥形切削刀具系统2、齿形切削刀具系统3中锥形切削刀具、齿形切削刀具切岩时刀具中部的受力稳定。
所述的第二水平固力板102限位在刀具系统中各刀具的尾部，主要用于刀具尾部的受力稳定，确保锥形切削刀具系统2、齿形切削刀具系统3中锥形切削刀具、齿形切削刀具切岩时刀具尾部的受力稳定。
所述的第三水平固力板103固定和承载稳气压传感系统5、固气压囊系统6，主要用于稳固气压囊系统6，确保气压囊加压、恒压时的受力均衡。
所述的底部高压喷嘴104通过高压水管7与高压水泵13连接，主要用于嵌岩桩切岩时底部高压水流的射出口。
所述的水平高压喷嘴系统105包括两层，每一层均匀分布有喷嘴，通过高压水管7与高压水泵13连接，，主要用于嵌岩桩切岩时由钻进中心向钻孔壁方向射出高压水流的射水口。
所述中空区106位于切岩护筒1的最中心，中空区106内置高压水管7，其外围是实体区107。
所述实体区107主要承担切岩护筒1旋转时所需的轴力、扭力以及材料强度；所述实体区107外围设有预留洞口108。
所述预留洞口108主要用于振动传感系统4、气压传感系统5与外部控制系统的连接。
所述双层过滤网109设于喷嘴外，主要作用是避免岩石碎渣随水流流入内置的高压水管7内，保持内置高压水管7的畅通。
所述的锥形切削刀具系统2与齿形切削刀具系统3互为45°设置。
所述的锥形切削刀具系统2共设20把锥形切削刀具，包括第一锥形切削刀201、第二锥形切削刀202、第三锥形切削刀203、第四锥形切削刀204、第五锥形切削刀205、第六锥形切削刀206、第七锥形切削刀207、第八锥形切削刀208、第九锥形切削刀209、第十锥形切削刀210、第十一锥形切削刀211、第十二锥形切削刀212、第十三锥形切削刀213、第十四锥形切削刀214、第十五锥形切削刀215、第十六锥形切削刀216、第十七锥形切削刀217、第十八锥形切削刀218、第十九锥形切削刀219、第二十锥形切削刀220，各锥形刀具的刀刃均为硬质合金材料，且尾部内设安置振动型传感器的预留洞口，并通过隔振紧固螺栓20进行稳固。
所述的齿形切削刀具系统3共设16把齿形切削刀具，包括第一齿形切削刀具301、第二齿形切削刀具302、第三齿形切削刀具303、第四齿形切削刀具304、第五齿形切削刀具305、第六齿形切削刀具306、第七齿形切削刀具307、第八齿形切削刀具308、第九齿形切削刀具309、第十齿形切削刀具310、第十一齿形切削刀具311、第十二齿形切削刀具312、第十三齿形切削刀具313、第十四齿形切削刀具314、第十五齿形切削刀具315、第十六齿形切削刀具316，各齿形刀具的刀刃均为硬质合金材料，且尾部内设安置振动型传感器的预留洞口，并通过隔振紧固螺栓20进行稳固。
所述的振动传感系统4共设36个振动传感器，包括第一振动传感器401、第二振动传感器402、第三振动传感器403、第四振动传感器404、第五振动传感器405、第六振动传感器406、第七振动传感器407、第八振动传感器408、第九振动传感器409、第十振动传感器410、第十一振动传感器411、第十二振动传感器412、第十三振动传感器413、第十四振动传感器414、第十五振动传感器415、第十六振动传感器416、第十七振动传感器417、第十八振动传感器418、第十九振动传感器419、第二十振动传感器420、第二十一振动传感器421、第二十二振动传感器422、第二十三振动传感器423、第二十四振动传感器424、第二十五振动传感器425、第二十六振动传感器426、第二十七振动传感器427、第二十八振动传感器428、第二十九振动传感器429、第三十振动传感器430、第三十一振动传感器431、第三十二振动传感器432、第三十三振动传感器433、第三十四振动传感器434、第三十五振动传感器435、第三十六振动传感器436。
第一锥形切削刀201与第一振动传感器401连接，第二锥形切削刀202与第二振动传感器402连接，第三锥形切削刀203与第三振动传感器403连接，第四锥形切削刀204与第四振动传感器404连接，第五锥形切削刀205与第五振动传感器405连接，第六锥形切削刀206与第六振动传感器406连接，第七锥形切削刀207与第七振动传感器407连接，第八锥形切削刀208与第八振动传感器408连接，第九锥形切削刀209与第九振动传感器409连接，第十锥形切削刀210与第十振动传感器410连接，第十一锥形切削刀211与第十九振动传感器419连接，第十二锥形切削刀212与第二十振动传感器420连接，第十三锥形切削刀213与第二十一振动传感器421连接，第十四锥形切削刀214与第二十二振动传感器422连接，第十五锥形切削刀215与第二十三振动传感器423连接，第十六锥形切削刀216与第二十四振动传感器424连接，第十七锥形切削刀217与第二十五振动传感器425连接，第十八锥形切削刀218与第二十六振动传感器426连接，第十九锥形切削刀219与第二十七振动传感器427连接，第二十锥形切削刀220与第二十八振动传感器428连接。
第一齿形切削刀具301与第十一振动传感器411连接，第二齿形切削刀具302与第十二振动传感器412连接，第三齿形切削刀具303与第十三振动传感器413连接，第四齿形切削刀具304与第十四振动传感器414连接，第五齿形切削刀具305与第十五振动传感器415连接，第六齿形切削刀具306与第十六振动传感器416连接，第七齿形切削刀具307与第十七振动传感器417连接，第八齿形切削刀具308与第十八振动传感器418连接，第九齿形切削刀具309与第二十九振动传感器429连接，第十齿形切削刀具310与第三十振动传感器430连接，第十一齿形切削刀具311与第三十一振动传，感器431连接，第十二齿形切削刀具312与第三十二振动传感器432连接，第十三齿形切削刀具313与第三十三振动传感器433连接，第十四齿形切削刀具314与第三十四振动传感器434连接，第十五齿形切削刀具315与第三十五振动传感器435连接，第十六齿形切削刀具316与第三十六振动传感器436连接。
所述的振动传感系统4通过电缆线14伸入预留洞口108内与振动控制器12连接。
所述的气压传感系统5共设4个气压传感器，包括第一气压传感器501、第二气压传感器502、第三气压传感器503、第四气压传感器504。
所述的气压囊系统6共设4个气压囊，包括第一气压囊601、第二气压囊602、第三气压囊603、第四气压囊604，4个气压囊互为90°分布，并通过强力胶粘剂15粘贴于切岩护筒1内壁。
所述的气压囊系统6中各气压囊的进气口通过气压稳固螺栓18与第三水平固力板103固定，然后与气压流量控制器17、气压传感系统5依次连接，其中，第一气压囊601对应连接的是第一气压传感器501，第二气压囊602对应连接的是第二气压传感器502，第三气压囊603对应连接的是第三气压传感器503，第四气压囊604对应连接时第四气压传感器504。
所述的气压传感系统5通过电缆14伸入预留洞口108内与气压控制器11连接。
所述的高压水管7通过中空区106贯穿整个切岩护筒1与高压水泵13连接。
所述的多径接驳器8为中空圆形结构，内设第一接驳槽801、第二接驳槽802、销钉孔803。当多径接驳器8与钻杆10连接时，可根据钻杆10的直径大小选择第一接驳槽801或第二接驳槽802进行接驳，然后利用固位销钉21插入对应的销钉孔803进行固定。
所述的隔振弹簧9设于切岩护筒1与多径接驳器8之间，其上端、下端分别设橡胶减震垫19。
本发明还可以包括清渣口22，所述的清渣口22设于切岩护筒1的底部，共设8个，互为45°设置，分别与高压水管7连接，作用是利用高压大流量水流清除嵌岩桩切岩时底部的破碎岩渣。
工作原理：当嵌岩桩施工进入软硬不均地层时，首先保持气压囊系统6内设的第一气压囊601、第二气压囊602、第三气压囊603、第四气压囊604中的气压处于恒压状态，保证锥形切削刀具系统2和齿形切削刀具系统3中的各刀具处于水平钻进施工状态，通过各刀具的水平钻进保证钻头在软硬不均匀地层中不偏斜；当钻头在软硬地层中发生倾斜时，振动传感系统4会根据各刀具的受力情况，及时反馈钻头偏斜的部位至振动控制器12，然后利用地面现有钻机，将发生由硬岩层向软岩层偏斜的切岩护筒1往上提升至硬岩1602的表面；此时，软岩1601面上方已经钻穿，但硬岩1602面还未全部钻入，为确保钻头在软硬不均匀地层中处置钻入，先保持软岩1601面上方的气压囊气压不变，同时利用气压控制器11向硬岩1602面上方的气压囊注入气压，使硬岩1602面上方的气压大于软岩1601面上方的气压，利用这种气压差保持切岩护筒1的平衡，确保钻头在软硬地层中不发生偏斜，保证钻孔的垂直度。
本发明具有如下优点：
(1)本发明针对软硬岩切岩时的受力情况，对钻空的软岩保持恒压，对未全部切入的硬岩施加气压，利用“恒压-加压”的准则，较好地解决了嵌岩桩在软硬不均匀地层中施工易偏斜、钢筋笼无法下设安装的普遍问题，保证了成孔的质量，节约了施工成本，提高了施工速度。
(2)本发明具有结构简单、成本较低、切岩位置准确的优点，降低了施工风险，使嵌岩桩施工质量易于保证。
附图说明
图1是恒压状态下嵌岩桩施工剖面图。
图2是图1逆时针旋转45°后的剖面图。
图3是图1逆时针旋转90°后的剖面图。
图4是图1逆时针旋转135°后的剖面图。
图5是图1逆时针旋转22.5°后的剖面图。
图6是图1中A-A剖面的俯视图。
图7是图1加压状态下嵌岩桩施工剖面图。
图中，
1切岩护筒，101第一水平固力板，102第二水平固力板，103第三水平固力板，104底部高压喷嘴，105水平高压喷嘴系统，106中空区，107实体区，108预留洞口，109双层过滤网，
2锥形切削刀具系统，201第一锥形切削刀，202第二锥形切削刀，203第三锥形切削刀，204第四锥形切削刀，205第五锥形切削刀，206第六锥形切削刀，207第七锥形切削刀，208第八锥形切削刀，209第九锥形切削刀，210第十锥形切削刀，211第十一锥形切削刀，212第十二锥形切削刀，213第十三锥形切削刀，214第十四锥形切削刀，215第十五锥形切削刀，216第十六锥形切削刀，217第十七锥形切削刀，218第十八锥形切削刀，219第十九锥形切削刀，220第二十锥形切削刀，
3齿形切削刀具系统，301第一齿形切削刀具，302第二齿形切削刀具，303第三齿形切削刀具，304第四齿形切削刀具，305第五齿形切削刀具，306第六齿形切削刀具，307第七齿形切削刀具，308第八齿形切削刀具，309第九齿形切削刀具，310第十齿形切削刀具，311第十一齿形切削刀具，312第十二齿形切削刀具，313第十三齿形切削刀具，314第十四齿形切削刀具，315第十五齿形切削刀具，316第十六齿形切削刀具，
4振动传感系统，401第一振动传感器，402第二振动传感器，403第三振动传感器，404第四振动传感器，405第五振动传感器，406第六振动传感器，407第七振动传感器，408第八振动传感器，409第九振动传感器，410第十振动传感器，411第十一振动传感器，412第十二振动传感器，413第十三振动传感器，414第十四振动传感器，415第十五振动传感器，416第十六振动传感器，417第十七振动传感器，418第十八振动传感器，419第十九振动传感器，420第二十振动传感器，421第二十一振动传感器，，422第二十二振动传感器，423第二十三振动传感器，424第二十四振动传感器，425第二十五振动传感器，426第二十六振动传感器，427第二十七振动传感器，428第二十八振动传感器，429第二十九振动传感器，430第三十振动传感器，431第三十一振动传感器，432第三十二振动传感器，433第三十三振动传感器，434第三十四振动传感器，435第三十五振动传感器，436第三十六振动传感器，
5气压传感系统，501第一气压传感器，502第二气压传感器，503第三气压传感器，504第四气压传感器，
6气压囊系统，601第一气压囊，602第二气压囊，603第三气压囊，604第四气压囊，
7高压水管，
8多径接驳器，801第一接驳槽，802第二接驳槽，803销钉孔，
9隔振弹簧，10钻杆，11气压控制器，12振动控制器，13高压水泵，14电缆线，15强力胶粘剂，
16软硬地层，1601软岩，1602硬岩，1603软土，
17气压流量控制器，18气压稳固螺栓，19橡胶减震垫，20隔振紧固螺栓，21固位销钉，22清渣口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图1～6所示，一种用于嵌岩桩软硬不均地层的气压控制式切岩装置，包括切岩护筒1、锥形切削刀具系统2、齿形切削刀具系统3、振动传感系统4、气压传感系统5、气压囊系统6、高压水管7、多径接驳器8、隔振弹簧9、钻杆10、气压控制器11、振动控制器12、高压水泵13、电缆线14、强力胶粘剂15、软硬地层16、气压流量控制器17、气压稳固螺栓18、橡胶减震垫19、隔振紧固螺栓20、固位销钉21、清渣口22；
切岩护筒1内置锥形切削刀具系统2、齿形切削刀具系统3、振动传感系统4、气压传感系统5、气压囊系统6，锥形切削刀具系统2、齿形切削刀具系统3均与振动传感系统4连接，气压囊系统6与气压传感系统5连接，振动传感系统4、气压传感系统5通过电缆线14分别与振动控制器12、气压控制器11连接，高压水管7贯穿整个切岩护筒1并与多径接驳器8、钻杆10依次连接。
所述的切岩护筒1包括第一水平固力板101、第二水平固力板102、第三水平固力板103、底部高压喷嘴104、水平高压喷嘴系统105、中空区106、实体区107、预留洞口108、双层过滤网109，其作用主要是保证嵌岩桩钻孔的直径符合设计要求，同时保护内置的敏感元件在入岩钻进过程中的破坏。
所述的第一水平固力板101主要用于刀具中部的受力稳定，确保锥形切削刀具系统2、齿形切削刀具系统3中锥形切削刀具、齿形切削刀具切岩时刀具中部的受力稳定。
所述的第二水平固力板102主要用于刀具尾部的受力稳定，确保锥形切削刀具系统2、齿形切削刀具系统3中锥形切削刀具、齿形切削刀具切岩时刀具尾部的受力稳定。
所述的第三水平固力板103主要用于稳固气压囊系统6，确保气压囊加压、恒压时的受力均衡。
所述的底部高压喷嘴104主要用于嵌岩桩切岩时底部高压水流的射出口。
所述的水平高压喷嘴系统105包括两层，每一层有8个喷嘴，两层共16个喷嘴，每一层的喷嘴角度互为45°，主要用于嵌岩桩切岩时由钻进中心向钻孔壁方向射出高压水流的射水口。
所述中空区106内置高压水管7。
所述实体区107主要承担切岩护筒1旋转时所需的轴力、扭力以及材料强度。
所述预留洞口108主要用于振动传感系统4、气压传感系统5与外部控制系统的连接。
所述双层过滤网109主要作用是避免岩石碎渣随水流流入内置的高压水管7内，保持内置高压水管7的畅通。
所述的锥形切削刀具系统2与齿形切削刀具系统3互为45°设置。
所述的锥形切削刀具系统2共设20把锥形切削刀具，包括第一锥形切削刀201、第二锥形切削刀202、第三锥形切削刀203、第四锥形切削刀204、第五锥形切削刀205、第六锥形切削刀206、第七锥形切削刀207、第八锥形切削刀208、第九锥形切削刀209、第十锥形切削刀210、第十一锥形切削刀211、第十二锥形切削刀212、第十三锥形切削刀213、第十四锥形切削刀214、第十五锥形切削刀215、第十六锥形切削刀216、第十七锥形切削刀217、第十八锥形切削刀218、第十九锥形切削刀219、第二十锥形切削刀220，各锥形刀具的刀刃均为硬质合金材料，且尾部内设安置振动型传感器的预留洞口，并通过隔振紧固螺栓20进行稳固。
所述的齿形切削刀具系统3共设16把齿形切削刀具，包括第一齿形切削刀具301、第二齿形切削刀具302、第三齿形切削刀具303、第四齿形切削刀具304、第五齿形切削刀具305、第六齿形切削刀具306、第七齿形切削刀具307、第八齿形切削刀具308、第九齿形切削刀具309、第十齿形切削刀具310、第十一齿形切削刀具311、第十二齿形切削刀具312、第十三齿形切削刀具313、第十四齿形切削刀具314、第十五齿形切削刀具315、第十六齿形切削刀具316，各齿形刀具的刀刃均为硬质合金材料，且尾部内设安置振动型传感器的预留洞口，并通过隔振紧固螺栓20进行稳固。
所述的振动传感系统4共设36个振动传感器，包括第一振动传感器401、第二振动传感器402、第三振动传感器403、第四振动传感器404、第五振动传感器405、第六振动传感器406、第七振动传感器407、第八振动传感器408、第九振动传感器409、第十振动传感器410、第十一振动传感器411、第十二振动传感器412、第十三振动传感器413、第十四振动传感器414、第十五振动传感器415、第十六振动传感器416、第十七振动传感器417、第十八振动传感器418、第十九振动传感器419、第二十振动传感器420、第二十一振动传感器421、第二十二振动传感器422、第二十三振动传感器423、第二十四振动传感器424、第二十五振动传感器425、第二十六振动传感器426、第二十七振动传感器427、第二十八振动传感器428、第二十九振动传感器429、第三十振动传感器430、第三十一振动传感器431、第三十二振动传感器432、第三十三振动传感器433、第三十四振动传感器434、第三十五振动传感器435、第三十六振动传感器436。
第一锥形切削刀201与第一振动传感器401连接，第二锥形切削刀202与第二振动传感器402连接，第三锥形切削刀203与第三振动传感器403连接，第四锥形切削刀204与第四振动传感器404连接，第五锥形切削刀205与第五振动传感器405连接，第六锥形切削刀206与第六振动传感器406连接，第七锥形切削刀207与第七振动传感器407连接，第八锥形切削刀208与第八振动传感器408连接，第九锥形切削刀209与第九振动传感器409连接，第十锥形切削刀210与第十振动传感器410连接，第十一锥形切削刀211与第十九振动传感器419连接，第十二锥形切削刀212与第二十振动传感器420连接，第十三锥形切削刀213与第二十一振动传感器421连接，第十四锥形切削刀214与第二十二振动传感器422连接，第十五锥形切削刀215与第二十三振动传感器423连接，第十六锥形切削刀216与第二十四振动传感器424连接，第十七锥形切削刀217与第二十五振动传感器425连接，第十八锥形切削刀218与第二十六振动传感器426连接，第十九锥形切削刀219与第二十七振动传感器427连接，第二十锥形切削刀220与第二十八振动传感器428连接。
第一齿形切削刀具301与第十一振动传感器411连接，第二齿形切削刀具302与第十二振动传感器412连接，第三齿形切削刀具303与第十三振动传感器413连接，第四齿形切削刀具304与第十四振动传感器414连接，第五齿形切削刀具305与第十五振动传感器415连接，第六齿形切削刀具306与第十六振动传感器416连接，第七齿形切削刀具307与第十七振动传感器417连接，第八齿形切削刀具308与第十八振动传感器418连接，第九齿形切削刀具309与第二十九振动传感器429连接，第十齿形切削刀具310与第三十振动传感器430连接，第十一齿形切削刀具311与第三十一振动传，感器431连接，第十二齿形切削刀具312与第三十二振动传感器432连接，第十三齿形切削刀具313与第三十三振动传感器433连接，第十四齿形切削刀具314与第三十四振动传感器434连接，第十五齿形切削刀具315与第三十五振动传感器435连接，第十六齿形切削刀具316与第三十六振动传感器436连接。
所述的振动传感系统4通过电缆线14伸入预留洞口108内与振动控制器12连接。
所述的气压传感系统5共设4个气压传感器，包括第一气压传感器501、第二气压传感器502、第三气压传感器503、第四气压传感器504。
所述的气压囊系统6共设4个气压囊，包括第一气压囊601、第二气压囊602、第三气压囊603、第四气压囊604，4个气压囊互为90°分布，并通过强力胶粘剂15粘贴于切岩护筒1内壁。
所述的气压囊系统6中各气压囊的进气口通过气压稳固螺栓18与第三水平固力板103固定，然后与气压流量控制器17、气压传感系统5依次连接，其中，第一气压囊601对应连接的是第一气压传感器501，第二气压囊602对应连接的是第二气压传感器502，第三气压囊603对应连接的是第三气压传感器503，第四气压囊604对应连接时第四气压传感器504。
所述的气压传感系统5通过电缆14伸入预留洞口108内与气压控制器11连接。
所述的高压水管7通过中空区106贯穿整个切岩护筒1与高压水泵13连接。
所述的多径接驳器8为中空圆形结构，内设第一接驳槽801、第二接驳槽802、销钉孔803。当多径接驳器8与钻杆10连接时，可根据钻杆10的直径大小选择第一接驳槽801或第二接驳槽802进行接驳，然后利用固位销钉21插入对应的销钉孔803进行固定。
所述的隔振弹簧9设于切岩护筒1与多径接驳器8之间，其上端、下端分别设橡胶减震垫19。
所述的软硬地层16包括软岩1601、硬岩1602、软土1603。
所述的清渣口22设于切岩护筒1的底部，共设8个，互为45°设置，分别与高压水管7连接，作用是利用高压大流量水流清除嵌岩桩切岩时底部的破碎岩渣。
如图7所示，其工作原理是：
当嵌岩桩施工进入软硬不均地层时，首先保持气压囊系统6内设的第一气压囊601、第二气压囊602、第三气压囊603、第四气压囊604中的气压处于恒压状态，保证锥形切削刀具系统2和齿形切削刀具系统3中的各刀具处于水平钻进施工状态，通过各刀具的水平钻进保证钻头在软硬不均匀地层中不偏斜；当钻头在软硬地层中发生倾斜时，振动传感系统4会根据各刀具的受力情况，及时反馈钻头偏斜的部位至振动控制器12，然后利用地面现有钻机，将发生由硬岩层向软岩层偏斜的切岩护筒1往上提升至硬岩1602的表面；此时，软岩1601面上方已经钻穿，但硬岩1602面还未全部钻入，为确保钻头在软硬不均匀地层中处置钻入，先保持软岩1601面上方的气压囊气压不变，同时利用气压控制器11向硬岩1602面上方的气压囊注入气压，使硬岩1602面上方的气压大于软岩1601面上方的气压，利用这种气压差保持切岩护筒1的平衡，确保钻头在软硬地层中不发生偏斜，保证钻孔的垂直度。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
Claims (2)
1.一种用于嵌岩桩软硬不均地层的气压控制式切岩装置，其特征在于，包括切岩护筒(1)、锥形切削刀具系统(2)、齿形切削刀具系统(3)、振动传感系统(4)、气压传感系统(5)、气压囊系统(6)、高压水管(7)、多径接驳器(8)、隔振弹簧(9)、钻杆(10)、气压控制器(11)、振动控制器(12)、高压水泵(13)、电缆线(14)、强力胶粘剂(15)、气压流量控制器(17)、气压稳固螺栓(18)、橡胶减震垫(19)、隔振紧固螺栓(20)、固位销钉(21)；
所述的切岩护筒(1)内置锥形切削刀具系统(2)、齿形切削刀具系统(3)、振动传感系统(4)、气压传感系统(5)、气压囊系统(6)，锥形切削刀具系统(2)、齿形切削刀具系统(3)均与振动传感系统(4)连接，气压囊系统(6)与气压传感系统(5)连接，振动传感系统(4)、气压传感系统(5)通过电缆线(14)分别与振动控制器(12)、气压控制器(11)连接，高压水管(7)贯穿整个切岩护筒(1)并与多径接驳器(8)、钻杆(10)依次连接；
所述的切岩护筒(1)包括第一水平固力板(101)、第二水平固力板(102)、第三水平固力板(103)、底部高压喷嘴(104)、水平高压喷嘴系统(105)、中空区(106)、实体区(107)、预留洞口(108)、双层过滤网(109)，其作用主要是保证嵌岩桩钻孔的直径符合设计要求，同时保护内置的敏感元件在入岩钻进过程中的破坏；
所述的第一水平固力板(101)限位在刀具系统中各刀具的中部，主要用于刀具中部的受力稳定，确保锥形切削刀具系统(2)、齿形切削刀具系统(3)中锥形切削刀具、齿形切削刀具切岩时刀具中部的受力稳定；
所述的第二水平固力板(102)限位在刀具系统中各刀具的尾部，主要用于刀具尾部的受力稳定，确保锥形切削刀具系统(2)、齿形切削刀具系统(3)中锥形切削刀具、齿形切削刀具切岩时刀具尾部的受力稳定；
所述的第三水平固力板(103)固定和承载稳气压传感系统(5)、固气压囊系统(6)，主要用于稳固气压囊系统(6)，确保气压囊加压、恒压时的受力均衡；
所述的底部高压喷嘴(104)通过高压水管(7)与高压水泵(13)连接，主要用于嵌岩桩切岩时底部高压水流的射出口；
所述的水平高压喷嘴系统(105)包括两层，每一层均匀分布有喷嘴，通过高压水管(7)与高压水泵(13)连接，主要用于嵌岩桩切岩时由钻进中心向钻孔壁方向射出高压水流的射水口；
所述中空区(106)位于切岩护筒(1)的最中心，中空区(106)内置高压水管(7)，其外围是实体区(107)；
所述实体区(107)主要承担切岩护筒(1)旋转时所需的轴力、扭力以及材料强度；所述实体区(107)外围设有预留洞口(108)；
所述预留洞口(108)主要用于振动传感系统(4)、气压传感系统(5)与外部控制系统的连接；
所述双层过滤网(109)设于喷嘴外，主要作用是避免岩石碎渣随水流流入内置的高压水管(7)内，保持内置高压水管(7)的畅通；
所述的锥形切削刀具系统(2)与齿形切削刀具系统(3)互为45°设置。
所述的锥形切削刀具系统(2)共设(20)把锥形切削刀具，包括第一锥形切削刀(201)、第二锥形切削刀(202)、第三锥形切削刀(203)、第四锥形切削刀(204)、第五锥形切削刀(205)、第六锥形切削刀(206)、第七锥形切削刀(207)、第八锥形切削刀(208)、第九锥形切削刀(209)、第十锥形切削刀(210)、第十一锥形切削刀(211)、第十二锥形切削刀(212)、第十三锥形切削刀(213)、第十四锥形切削刀(214)、第十五锥形切削刀(215)、第十六锥形切削刀(216)、第十七锥形切削刀(217)、第十八锥形切削刀(218)、第十九锥形切削刀(219)、第二十锥形切削刀(220)，各锥形刀具的刀刃均为硬质合金材料，且尾部内设安置振动型传感器的预留洞口，并通过隔振紧固螺栓(20)进行稳固；
所述的齿形切削刀具系统(3)共设(16)把齿形切削刀具，包括第一齿形切削刀具(301)、第二齿形切削刀具(302)、第三齿形切削刀具(303)、第四齿形切削刀具(304)、第五齿形切削刀具(305)、第六齿形切削刀具(306)、第七齿形切削刀具(307)、第八齿形切削刀具(308)、第九齿形切削刀具(309)、第十齿形切削刀具(310)、第十一齿形切削刀具(311)、第十二齿形切削刀具(312)、第十三齿形切削刀具(313)、第十四齿形切削刀具(314)、第十五齿形切削刀具(315)、第十六齿形切削刀具(316)，各齿形刀具的刀刃均为硬质合金材料，且尾部内设安置振动型传感器的预留洞口，并通过隔振紧固螺栓(20)进行稳固；
所述的振动传感系统(4)共设(36)个振动传感器，包括第一振动传感器(401)、第二振动传感器(402)、第三振动传感器(403)、第四振动传感器(404)、第五振动传感器(405)、第六振动传感器(406)、第七振动传感器(407)、第八振动传感器(408)、第九振动传感器(409)、第十振动传感器(410)、第十一振动传感器(411)、第十二振动传感器(412)、第十三振动传感器(413)、第十四振动传感器(414)、第十五振动传感器(415)、第十六振动传感器(416)、第十七振动传感器(417)、第十八振动传感器(418)、第十九振动传感器(419)、第二十振动传感器(420)、第二十一振动传感器(421)、第二十二振动传感器(422)、第二十三振动传感器(423)、第二十四振动传感器(424)、第二十五振动传感器(425)、第二十六振动传感器(426)、第二十七振动传感器(427)、第二十八振动传感器(428)、第二十九振动传感器(429)、第三十振动传感器(430)、第三十一振动传感器(431)、第三十二振动传感器(432)、第三十三振动传感器(433)、第三十四振动传感器(434)、第三十五振动传感器(435)、第三十六振动传感器(436)；
第一锥形切削刀(201)与第一振动传感器(401)连接，第二锥形切削刀(202)与第二振动传感器(402)连接，第三锥形切削刀(203)与第三振动传感器(403)连接，第四锥形切削刀(204)与第四振动传感器(404)连接，第五锥形切削刀(205)与第五振动传感器(405)连接，第六锥形切削刀(206)与第六振动传感器(406)连接，第七锥形切削刀(207)与第七振动传感器(407)连接，第八锥形切削刀(208)与第八振动传感器(408)连接，第九锥形切削刀(209)与第九振动传感器(409)连接，第十锥形切削刀(210)与第十振动传感器(410)连接，第十一锥形切削刀(211)与第十九振动传感器(419)连接，第十二锥形切削刀(212)与第二十振动传感器(420)连接，第十三锥形切削刀(213)与第二十一振动传感器(421)连接，第十四锥形切削刀(214)与第二十二振动传感器(422)连接，第十五锥形切削刀(215)与第二十三振动传感器(423)连接，第十六锥形切削刀(216)与第二十四振动传感器(424)连接，第十七锥形切削刀(217)与第二十五振动传感器(425)连接，第十八锥形切削刀(218)与第二十六振动传感器(426)连接，第十九锥形切削刀(219)与第二十七振动传感器(427)连接，第二十锥形切削刀(220)与第二十八振动传感器(428)连接；
第一齿形切削刀具(301)与第十一振动传感器(411)连接，第二齿形切削刀具(302)与第十二振动传感器(412)连接，第三齿形切削刀具(303)与第十三振动传感器(413)连接，第四齿形切削刀具(304)与第十四振动传感器(414)连接，第五齿形切削刀具(305)与第十五振动传感器(415)连接，第六齿形切削刀具(306)与第十六振动传感器(416)连接，第七齿形切削刀具(307)与第十七振动传感器(417)连接，第八齿形切削刀具(308)与第十八振动传感器(418)连接，第九齿形切削刀具(309)与第二十九振动传感器(429)连接，第十齿形切削刀具(310)与第三十振动传感器(430)连接，第十一齿形切削刀具(311)与第三十一振动传，感器(431)连接，第十二齿形切削刀具(312)与第三十二振动传感器(432)连接，第十三齿形切削刀具(313)与第三十三振动传感器(433)连接，第十四齿形切削刀具(314)与第三十四振动传感器(434)连接，第十五齿形切削刀具(315)与第三十五振动传感器(435)连接，第十六齿形切削刀具(316)与第三十六振动传感器(436)连接；
所述的振动传感系统(4)通过电缆线(14)伸入预留洞口(108)内与振动控制器(12)连接；
所述的气压传感系统(5)共设(4)个气压传感器，包括第一气压传感器(501)、第二气压传感器(502)、第三气压传感器(503)、第四气压传感器(504)；
所述的气压囊系统(6)共设(4)个气压囊，包括第一气压囊(601)、第二气压囊(602)、第三气压囊(603)、第四气压囊(604)，4个气压囊互为90°分布，并通过强力胶粘剂(15)粘贴于切岩护筒(1)内壁；
所述的气压囊系统(6)中各气压囊的进气口通过气压稳固螺栓(18)与第三水平固力板(103)固定，然后与气压流量控制器(17)、气压传感系统(5)依次连接，其中，第一气压囊(601)对应连接的是第一气压传感器(501)，第二气压囊(602)对应连接的是第二气压传感器(502)，第三气压囊(603)对应连接的是第三气压传感器(503)，第四气压囊(604)对应连接时第四气压传感器(504)；
所述的气压传感系统(5)通过电缆(14)伸入预留洞口(108)内与气压控制器(11)连接；
所述的高压水管(7)通过中空区(106)贯穿整个切岩护筒(1)与高压水泵(13)连接；
所述的多径接驳器(8)为中空圆形结构，内设第一接驳槽(801)、第二接驳槽(802)、销钉孔(803)；当多径接驳器(8)与钻杆(10)连接时，可根据钻杆(10)的直径大小选择第一接驳槽(801)或第二接驳槽(802)进行接驳，然后利用固位销钉(21)插入对应的销钉孔(803)进行固定；
所述的隔振弹簧(9)设于切岩护筒(1)与多径接驳器(8)之间，其上端、下端分别设橡胶减震垫(19)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括清渣口(22)，所述的清渣口(22)设于切岩护筒(1)的底部，共设(8)个，互为45°设置，分别与高压水管(7)连接。
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