CN109268023A - 用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于地下工程岩土体钻进、切割和地下工程防灾减灾技术领域，提供一种用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置。当钻切硬地层时，通过高压水仓内聚集的高压水压力集中施加在工字加压器内部对应的一字隔断板上部空间，进而集中传递给高强弹簧，此时高强弹簧在集中压力作用下进一步压缩变形，从而驱使抗磨损外壳底部的各类型钻切刀具快速钻切硬地层，同时可以利用抗高压管将倒杯型排泥通道内的岩屑高速排出到管外；反之，遇软地层施工，则降低注入高压水仓内的水压力，保持高压水仓的水压力与软土地层的土压力在同一水平。本发明装置具有钻进切割一体化、钻切力均匀、成本低、成孔精度高、钻切速度快的特点。

Description

用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置

技术领域

本发明属于地下工程岩土体钻进、切割和地下工程防灾减灾技术领域，尤其是涉及一种用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置。

背景技术

地质复杂多变的软硬地层是一种非均质地层，是地下工程建设过程中面临的工程难题，如盾构隧道穿越软硬地层、桩基施工穿越软硬地层、深基坑降水穿越软硬地层、地铁运营区地面分层沉降标穿越软硬地层、深部岩土体聚能切缝穿越软硬地层等。地下工程建设过程中遇软硬地层，必须引起足够重视，否则会引发桩位偏差、桩身混凝土离析松散、裂缝、夹泥以及地表沉降、地下管线破坏、地表建筑物倾斜或倒塌等质量事故，这是因为该地层穿越施工不同于单一的软地层和硬地层施工，由于软地层和硬地层的刚度差异大，钻切速度以及软硬不同地层对钻切刀具的反作用力不相等，致使软硬地层可钻切性不同于单一的软地层和硬地层，导致钻切施工面的钻切力比在单一软地层和硬地层中更难控制。

现有的用于软硬地层施工的钻进装置主要有超大直径的盾构刀盘、盾构刮刀、盾构机刀具、PDC钻头、物探冲刮钻头等，现有的用于软硬地层施工的切割装置主要是嵌岩桩气压控制式切割，但超大直径的盾构刀盘、盾构刮刀、盾构机刀具等盾构类钻进装置体型庞大、造价昂贵，PDC钻头、物探冲刮钻头等工程勘察类钻进装置成孔直径小、刀翼分布角度和切削齿分布设置不合理，嵌岩桩气压控制式切割软硬地层时切割面钻切力不能随地层变化而实时变化，功能性有待提高。因此，现有的软硬地层施工成孔装置，主要是单一的钻入装置和切割装置，缺少同时兼具钻进、切割功能于一体的复合型钻切装置。

中国专利CN106907158A一种用于软硬不均地层的超大直径盾构刀盘系统，包括大型刀盘、中型刀盘、小型刀盘，辐条、面板、滚刀、切刀、先行刀、中心刀、搅拌棒、减速器、液压马达、动力传送装置、护盾和螺旋出土装置，但是该刀盘系统布设方式为多层刀盘空间交错分布，造价昂贵，当刀盘遇软硬地层进行钻进施工时，由于受限于盾构前端刀盘为整体结构，仅能通过控制各类刀盘驱使盾构钻入软硬区，难以有效控制软硬不同地层施工时各地层对应切割面的钻切力，同时也不能切割软硬地层中的硬地层。

中国专利CN206495679U一种在软硬不均地层中使用的盾构刮刀，包括刀体，在刀体的上面一侧边上设有刃口，在刀体上部的斜面上设有安装孔，在刀体的背部设有硬质合金，在刀体的刃口部位设有耐磨合金层，但是该盾构刮刀主要是增强其在不良地层中的抗冲击性能，且成本高，无法保证软硬地层施工时主体结构的精准度，不能用于钻切软硬地层中的岩土体。

中国专利CN204552753U一种适用于软硬不均地层的盾构机刀具，包括安装在刀盘上的多个刀具组合，刀具组合包括滚刀和切削刀，滚刀的轴部安装有传感器，滚刀后部固定安装在刀盘上，切削刀后部通过具有液压伸缩装置的基座安装在刀盘上，基座可沿着盾构机轴向前后移动，但是该盾构机刀具由于受限于盾构前端刀盘为整体结构，仅能通过控制滚刀和切削刀钻入岩土体，不能精准调节软地层、硬地层、软硬相互地层等各类不同地层施工时盾构刀盘钻入面的钻入力，且成本高，也不能切割软硬地层中的硬地层。

中国专利CN203891774U一种适于软硬交错地层的五刀翼PDC钻头，包括钻头本体及凸设于钻头本体冠部的五个刀翼，刀翼之间形成用于排出杂物的数个沟槽，该钻头通过调整刀翼的分布角度以及刀翼上的主切削齿分布来钻孔，当遇软硬地层时，刀翼上的主切削齿不能随着地层的变化以调整主切削齿的钻力，无法保证软硬地层中主体结构的受力均匀性，不能用于岩土体中软硬地层的钻进和切割。

中国专利CN106223855A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、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。该装置主要是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，但是该装置无法解决遇软地层、硬地层、软硬交互地层等不同地层切割面的切割力实时调整问题，同时也无法解决软硬地层切割时切屑的快速排出，特别是不能切割硬地层，无法保持切割装置的受力均匀性。

发明内容

本发明的目的是，为了克服上述现有技术的不足，提供一种用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，该装置具有钻进切割一体化、钻切力均匀、成本低、成孔精度高、钻切速度快的特点。

本发明的技术方案如下：

一种用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，包括倒杯型排泥系统、多型复合钻头系统、强压水加压系统、传感系统、泵水冲刷系统、收纳支撑系统。

其中，倒杯型排泥系统，包括第一排泥机、倒杯型排泥通道、倒杯框架。多型复合钻头系统，包括钻头。强压水加压系统，包括工字加压器、隔断板、高强弹簧、连接管、高压水仓、高压进水管。传感系统，包括电线管、传感应变处理装置。泵水冲刷系统，包括高压水泵、抗高压管、高强橡胶弹性管、底盘水管、橡胶连接管。收纳支撑系统，包括容纳室、抗磨损外壳。

此外，地层系统包括软土层、硬土层。

具体的，倒杯型排泥通道设置于容纳室内部，抗磨损外壳设置于容纳室外部。本发明中，容纳室由合金制成，具有空间大，容纳性好的优点；倒酒杯排泥通道和抗磨损外壳均由高强合金制成，具有耐磨损，强度高的优点。

进一步，倒杯型排泥通道置于容纳室中，并位于容纳室的中心，同时倒杯型排泥通道外侧焊接有抗高压管，倒杯型排泥通道及抗高压管的上端均延伸至容纳室外。

抗高压管的上端与高压水泵连接，抗高压管的下端与通过高强橡胶弹性管与底盘水管的一端连通，即抗高压管的下端与高强橡胶弹性管的上端连接，高强橡胶弹性管的下端与底盘水管的一端连接；底盘水管安装在抗磨损外壳的内底部，底盘水管的另一端与倒杯框架的底部连通；同时抗高压管的中部外侧套设有橡胶连接管，用以提供水管可上下的空间。

本发明中，抗高压管由不锈钢管制成外壳，内部镶嵌耐高压材料，具有外刚内柔的优点；高强橡胶弹性管由合成橡胶制成，具有伸缩自由的特点；底盘水管由不锈钢管制成外壳，内部镶嵌耐高压材料，具有送水快的优点。

高压水仓位于容纳室内部上端，且呈圆柱形设置在抗高压管壁面外侧。高压水仓由耐高压材料制成内胆，高强合金制成外壳，具有耐高压，安全的优点。高压进水管通过固定螺栓安置于高压水仓的顶部，且其底端与高压水仓连通。固定螺栓由高强合金制成，耐腐蚀强度高，高压进水管由耐高压材料制成内胆，高强合金制成外壳，具有耐高压，安全的优点。

进一步，工字加压器的顶部与高压水仓底部连通，工字加压器的下部通过高强弹簧与抗磨损外壳的内底部连接。具体的，工字加压器的内部设置有一字隔断板，一字隔断板由耐高压材料制成，起隔断作用；高强弹簧的一端与一字隔断板的底部连接，其另一端延伸出工字加压器底部并与抗磨损外壳的内底部连接。高强弹簧由特极优质合金钢制成，拥有极高的强度。

进一步，工字加压器的外部焊接有密封的连接管。连接管和工字加压器均用耐高压材料和合金外壳组成，具有耐高强水压和施工安全的优点。

进一步，连接管与工字加压器的中部通过阀门连通，且连通位置位于一字隔断板之上；传感应变处理装置设置在抗磨损外壳的内底部上，且与所述阀门之间通过电线管连接。电线管中设置有电线，电线管的电线管由绝缘材料制成，安全绝缘，传感应变处理装置由传感器和控制器组成的统一体，具有高效处理数据，下达命令的优点。传感应变处理装置用以采集抗磨损外壳底部受到的压力，并根据压力变化，控制连接管与工字加压器连通处的阀门开关。当阀门打开时，工字加压器中的高压水进入连接管中，从而减低一字连接板上部的压力，促使高强弹簧恢复初始长度。

抗磨损外壳的底部设有各种类型的钻头，包括三角形钻头、螺纹钻头、锯齿型钻头和巨型台阶式叠合钻头。

倒杯型排泥系统中第一排泥机设置在地面，并与倒杯型排泥通道的连接，倒杯框架焊接在抗磨损外壳的下部，第一排泥机外部设引泥管、出泥管、离心扇、机壳、马达、输电线组，具有高效排泥的优点，倒杯框架由高强度合金制成，具有耐磨损、耐腐蚀的特点。

作为举例而非限定，倒杯型排泥管道的外侧可以焊接有四个抗高压管，分别为第一抗高压管、第二抗高压管、第三抗高压管、第四抗高压管，四个抗高压管均匀布设在倒杯型排泥管道的外侧，并在水平方向上互成90°；进一步，四个抗高压管的顶部均与高压水泵连接。

相应的，高强橡胶弹性管设置有四个，分别为第一高强橡胶弹性管、第二高强橡胶弹性管、第三高强橡胶弹性管、第四高强橡胶弹性管；底盘水管设置有四个，分别为第一底盘水管、第二底盘水管、第三底盘水管、第四底盘水管。第一抗高压管的下端通过第一高强橡胶弹性管与第一底盘水管的一端连通、第二抗高压管的下端通过第二高强橡胶弹性管与第二底盘水管的一端连通、第三抗高压管的下端通过第三高强橡胶弹性管与第三底盘水管的一端连通、第四抗高压管的下端通过第四高强橡胶弹性管与第四底盘水管的一端连通；第一底盘水管、第二底盘水管、第三底盘水管、第四底盘水管的另一端均与倒杯框架的底部连通。

相应的，橡胶连接管设置有四个，分别为第一橡胶连接管、第二橡胶连接管、第三橡胶连接管、第四橡胶连接管。第一橡胶连接管安置在第一抗高压管中部、第二橡胶连接管安置在第二抗高压管中部、第三橡胶连接管安置在第三抗高压管中部、第四橡胶连接管安置在第四抗高压管中部。

高压水仓呈圆柱形设置在第一抗高压管、第二抗高压管、第三抗高压管、第四抗高压管壁面外侧。

作为举例而非限定，工字加压器可以设置有四个，分别为第一工字加压器、第二工字加压器、第三工字加压器、第四工字加压器；第一工字加压器、第二工字加压器、第三工字加压器、第四工字加压器的顶部均与高压水仓的底部连通。

进一步，一字隔断板也设置有四个，分别为第一一字隔断板、第二一字隔断板、第三一字隔断板、第四一字隔断板。第一一字隔断板安置在第一工字加压器内部、第二一字隔断板安置在第二工字加压器内部、第三一字隔断板安置在第三工字加压器内部、第四一字隔断板安置在第四工字加压器内部。相应的，高强弹簧也设置有四个，分别为第一高强弹簧、第二高强弹簧、第三高强弹簧、第四高强弹簧。第一高强弹簧的一端焊接于第一一字隔断板底部、第二高强弹簧的一端焊接于第二一字隔断板底部、第三高强弹簧的一端焊接于第三一字隔断板底部、第四高强弹簧的一端焊接于第四一字隔断板底部；第一高强弹簧、第二高强弹簧、第三高强弹簧、第四高强弹簧的另一端均焊接于抗磨损外壳的内底部。

相应的，连接管设置有四个，分别为第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管。第一连接管焊接在第一工字加压器外部、第二连接管焊接在第二工字加压器外部、第三连接管焊接在第三工字加压器外部、第四连接管焊接在第四工字加压器外部。

作为举例而非限定，三角形钻头包括一号三角型钻头、二号三角型钻头、三号三角型钻头、四号三角型钻头、五号三角型钻头、六号三角型钻头、七号三角型钻头、八号三角型钻头、九号三角型钻头、十号三角型钻头、十一号三角型钻头、十二号三角型钻头，螺纹钻头包括第一螺纹钻头、第二螺纹钻头、第三螺纹钻头、第四螺纹钻头、第五螺纹钻头、第六螺纹钻头、第七螺纹钻头、第八螺纹钻头、第九螺纹钻头、第十螺纹钻头、第十一螺纹钻头、第十二螺纹钻头，锯齿型钻头包括第一锯齿型钻头、第二锯齿型钻头、第三锯齿型钻头、第四锯齿型钻头，巨型台阶式叠合钻头包括巨型台阶式叠合钻头。

作为举例而非限定，一号三角型钻头、二号三角型钻头、三号三角型钻头、四号三角型钻头、五号三角型钻头、六号三角型钻头安置于抗磨损外壳外底部的左上部，七号三角型钻头、八号三角型钻头、九号三角型钻头、十号三角型钻头、十一号三角型钻头、十二号三角型钻头安置在抗磨损外壳外底部的右下部，三角型钻头由高强度金刚石制成，耐磨，切土效率好；第一螺纹钻头、第二螺纹钻头、第三螺纹钻头、第四螺纹钻头、第五螺纹钻头、第六螺纹钻头安置在抗磨损外壳外底部的右上部，第七螺纹钻头、第八螺纹钻头、第九螺纹钻头、第十螺纹钻头、第十一螺纹钻头、第十二螺纹钻头安置在抗磨损外壳外底部的左下部，螺纹钻头由高强度金刚石制成，耐磨，破碎岩石效率好；巨型台阶式叠合钻头安置在抗磨损外壳外底部的中部，巨型台阶式叠合钻头由高强度金刚石制成，在碎石，平土的同时，不影响排土；第一锯齿型钻头、第二锯齿型钻头、第三锯齿型钻头、第四锯齿型钻头互成°安置在巨型台阶式叠合钻头四周的抗磨损外壳外底部上，锯齿型钻头由高强度合金制成，有较好的碎土碎石能力，且抗磨损。

进一步，传感系统中的电线管和传感应变处理装置分别设置有四个，分别为第一电线管、第二电线管、第三电线管、第四电线管、第一传感应变处理装置、第二传感应变处理装置、第三传感应变处理装置、第四传感应变处理装置。其中，第一电线管连接第一传感应变处理装置、第二电线管连接第二传感应变处理装置、第三电线管连接第三传感应变处理装置、第一电线管连接第四传感应变处理装置。

本发明的工作原理如下：

当本发明装置钻切硬地层时，通过向高压进水管中注入加压后的高压水进入到高压水仓内，通过高压水仓内聚集的高压水压力集中施加在工字加压器内部对应的一字隔断板的上部空间，从而通过一字隔断板将压力集中传递给高强弹簧，此时高强弹簧在集中压力作用下进一步压缩变形，进而驱使抗磨损外壳底部的各类型钻切刀具快速钻切硬地层，同时利用抗高压管将倒杯型排泥通道内的岩屑高速排出到管外；反之，遇软地层施工，则降低注入高压水仓内的水压力，保持高压水仓的水压力与软土地层的土压力在同一水平。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1.本发明装置采用高水压伸缩控制的方式，通过向高压进水管中注入加压后的高压水进入到高压水仓内，通过高压水仓内聚集的高压水压力集中施加在工字加压器内部对应的一字隔断板的上部空间，从而通过一字隔断板将压力集中传递给高强弹簧，此时高强弹簧在集中压力作用下进一步压缩变形，进而驱使抗磨损外壳底部的各类型钻切刀具快速钻切硬地层，从而通过施加高水压压缩高强弹簧控制钻切刀具钻切硬土，通过施加低水压使高压水仓内的水压力与软土地层的土压力在同一水平以控制钻切软土，施工伸缩灵活可控。

2.本发明装置采用抗高压管与倒杯型排泥通道连接，且抗高压管还与高强橡胶弹性管连接，并伸入到容纳室且与底盘水管连接，实现了通过高压水泵快速将多型复合钻头钻切岩土体的岩屑排出管外，实现了利用底盘内置水管向上冲水提供动力和充足的水润滑，达到排泥快速、不堵孔的效果，提高了施工钻切速度，降低了施工成本。

3.本发明装置采用多型复合钻头系统，包括三角型钻头、螺纹钻头、锯齿型钻头、巨型台阶式叠合钻头，三角型钻头破土效率好，螺纹钻头碎石能力强，三角型钻头和螺纹钻头构成主要钻头，安置在抗磨损外壳的外底部的外圈；锯齿型钻头安置在抗磨损外壳的外底部的中部，具有良好的碎石破土功能，巨型台阶式叠合钻头是体积大，硬度最强，能开凿坚硬的硬地层，破碎能力强。

附图说明

图1为本发明用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置主视结构剖面图。

图2为图1逆时针旋转45°的剖面示意图。

图3为图1逆时针旋转67.5°的剖面示意图。

图4为图1的底部仰视示意图。

图5为图1的A-A’切线仰视图。

图6为图1的B-B’切线俯视图。

图7为图1的C-C’切线俯视图。

图8为图1的D-D’切线俯视图。

图9为本发明装置在软硬地层掘进前的剖面示意图。

图10为本发明装置在软硬地层掘进后的剖面示意图。

其中：

1为倒杯型排泥系统、101为第一排泥机、102为倒杯框架；

2为多型复合钻头系统、201为一号三角型钻头、202为二号三角型钻头、203为三号三角型钻头、204为四号三角型钻头、205为五号三角型钻头、206为六号三角型钻头、207为七号三角型钻头、208为八号三角型钻头、209为九号三角型钻头、210为十号三角型钻头、211为十一号三角型钻头、212为十二号三角型钻头、213为第一螺纹钻头、214为第二螺纹钻头、215为第三螺纹钻头、216为第四螺纹钻头、217为第五螺纹钻头、218为第六螺纹钻头、219为第七螺纹钻头、220为第八螺纹钻头、221为第九螺纹钻头、222为第十螺纹钻头、223为第十一螺纹钻头、224为第十二螺纹钻头、225为第一锯齿型钻头、226为第二锯齿型钻头、227为第三锯齿型钻头、228为第四锯齿型钻头、229为巨型台阶式叠合钻头；

3为强压水加压系统、301为第一工字加压器、302为第二工字加压器、303为第三工字加压器、304为第四工字加压器、305为第一一字隔断板、306为第二一字隔断板、307为第三一字隔断板、308为第四一字隔断板、309为第一高强弹簧、310为第二高强弹簧、311为第三高强弹簧、312为第四高强弹簧、313为第一连接管、314为第二连接管、315为第三连接管、316为第四连接管、317为高压水仓、318为高压进水管、319为固定螺栓；

4为传感系统、401为第一电线管、402为第二电线管、403为第三电线管、404为第四电线管、405为第一传感应变处理装置、406为第二传感应变处理装置、407为第三传感应变处理装置、408为第四传感应变处理装置；

5为泵水冲刷系统、501为第一抗高压管、502为第二抗高压管、503为第三抗高压管、504为第四抗高压管、505为高压水泵，506为第一高强橡胶弹性管、507为第二高强橡胶弹性管、508为第三高强橡胶弹性管、509为第四高强橡胶弹性管、510第一底盘水管、511第二底盘水管、512第三底盘水管、513第四底盘水管、第一橡胶连接管514、第二橡胶连接管515、第三橡胶连接管516、第四橡胶连接管517；

6为收纳支撑系统、601为倒杯型排泥通道、602为容纳室、603为抗磨损外壳；

7为地层系统、701为软土层、702为硬土层。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步说明。

实施例

如图1-图10所示，一种用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，包括倒杯型排泥系统1、多型复合钻头系统2、强压水加压系统3、传感系统4、泵水冲刷系统5、收纳支撑系统6。

倒杯型排泥系统1，包括第一排泥机101、倒杯型排泥通道601、倒杯框架102。

多型复合钻头系统2，包括一号三角型钻头201、二号三角型钻头202、三号三角型钻头203、四号三角型钻头204、五号三角型钻头205、六号三角型钻头206、七号三角型钻头207、八号三角型钻头208、九号三角型钻头209、十号三角型钻头210、十一号三角型钻头211、十二号三角型钻头212、第一螺纹钻头213、第二螺纹钻头214、第三螺纹钻头215、第四螺纹钻头216、第五螺纹钻头217、第六螺纹钻头218、第七螺纹钻头219、第八螺纹钻头220、第九螺纹钻头221、第十螺纹钻头222、第十一螺纹钻头223、第十二螺纹钻头224、第一锯齿型钻头225、第二锯齿型钻头226、第三锯齿型钻头227、第四锯齿型钻头228、巨型台阶式叠合钻头229。

强压水加压系统3，包括第一工字加压器301、第二工字加压器302、第三工字加压器303、第四工字加压器304、第一一字隔断板305、第二一字隔断板306、第三一字隔断板307、第四一字隔断板308、第一高强弹簧309、第二高强弹簧310、第三高强弹簧311、第四高强弹簧312、第一连接管313、第二连接管314、第三连接管315、第四连接管316、高压水仓317、高压进水管318、固定螺栓319。

传感系统4，包括第一电线管401、第二电线管402、第三电线管403、第四电线管404、第一传感应变处理装置405、第二传感应变处理装置406、第三传感应变处理装置407、第四传感应变处理装置408。

泵水冲刷系统5，包括第一抗高压管501、第二抗高压管502、第三抗高压管503、第四抗高压管504、高压水泵505，第一高强橡胶弹性管506、第二高强橡胶弹性管507、第三高强橡胶弹性管508、第四高强橡胶弹性管509、第一底盘水管510、第二底盘水管511、第三底盘水管512、第四底盘水管513、第一橡胶连接管514、第二橡胶连接管515、第三橡胶连接管516、第四橡胶连接管517。

收纳支撑系统6，包括容纳室602、抗磨损外壳603。

此外，地层系统7包括软土层701、硬土层702。

倒杯型排泥通道601设置于容纳室602内部，抗磨损外壳603设置于容纳室602外部。

倒杯型排泥通道601位于的整个钻切装置的中心，其外侧与四个互成90°的第一抗高压管501、第二抗高压管502、第三抗高压管503、第四抗高压管504焊接连接；同时，第一抗高压管501、第二抗高压管502、第三抗高压管503、第四抗高压管504的上端均与高压水泵505连接；第一抗高压管501、第二抗高压管502、第三抗高压管503、第四抗高压管504的下端分别与第一高强橡胶弹性管506、第二高强橡胶弹性管507、第三高强橡胶弹性管508、第四高强橡胶弹性管509的上端连接，即第一高强橡胶弹性管506的上端固接于第一抗高压管501下端、第二高强橡胶弹性管507的上端固接于第二抗高压管502下端、第三高强橡胶弹性管508的上端固接于第三抗高压管503下端、第四高强橡胶弹性管509的上端固接于第四抗高压管504下端，第一高强橡胶弹性管506、第二高强橡胶弹性管507、第三高强橡胶弹性管508、第四高强橡胶弹性管509的下端均伸入容纳室602，并分别与第一底盘水管510、第二底盘水管511、第三底盘水管512、第四底盘水管513连接，从而使第一底盘水管510与第一抗高压管501的底部连通、使第二底盘水管511与第一抗高压管502的底部连通、使第三底盘水管512与第一抗高压管503的底部连通、使第四底盘水管513与第一抗高压管504的底部连通。

作为举例而非限定，抗磨损外壳603的底部可以开设有孔洞，高强橡胶弹性管的底部可以插入孔洞中，并与底盘水管连接。

作为举例而非限定，底盘水管还可以是分叉管，包括四个分叉支管和一个总管，且总管分别与四个分叉支管连通，同时四个分叉支管分别与第一高强橡胶弹性管506、第二高强橡胶弹性管507、第三高强橡胶弹性管508、第四高强橡胶弹性管509的底部连通，总管与倒杯框架102的底部连通。

进一步，第一橡胶连接管514安置在第一抗高压管501外侧中部、第二橡胶连接管515安置在第二抗高压管502外侧中部、第三橡胶连接管516安置在第三抗高压管503外侧中部、第四橡胶连接管517安置在第四抗高压管504外侧中部。

高压水仓317置于容纳室602内，并位于容纳室602的上端，呈圆柱形设置在第一抗高压管501、第二抗高压管502、第三抗高压管503、第四抗高压管504壁面外侧。高压水仓由耐高压材料制成内胆，高强合金制成外壳，具有耐高压，安全的优点。

高压进水管318通过固定螺栓319安置于高压水仓317上部左侧，且高压进水管318的下端与高压水仓317连通。固定螺栓由高强合金制成，耐腐蚀强度高，高压进水管318由耐高压材料制成内胆，高强合金制成外壳，具有耐高压，安全的优点。

第一工字加压器301、第二工字加压器302、第三工字加压器303、第四工字加压器304的上端均采用螺栓与高压水仓317底部连接，其下端分别通过对应的第一高强弹簧309、第二高强弹簧310、第三高强弹簧311、第四高强弹簧312与抗磨损外壳603的内底部连接。

进一步，第一工字加压器301内部中间设置有第一一字隔断板305、第二工字加压器302内部中间设置有第二一字隔断板306、第三工字加压器303内部中间设置有第三一字隔断板307、第四工字加压器304内部中间设置有第四一字隔断板308，一字隔断板均由耐高压材料制成，起隔断作用。第一高强弹簧309的一端焊接于第一一字隔断板305底部、第二高强弹簧310的一端焊接于第二一字隔断板306底部、第三高强弹簧311的一端焊接于第三一字隔断板307底部、第四高强弹簧312的一端焊接于第四一字隔断板308底部；第一高强弹簧309、第二高强弹簧310、第三高强弹簧311、第四高强弹簧312的另一端均焊接于抗磨损外壳603的内底部。高强弹簧均由特极优质合金钢制成，拥有极高的强度。

进一步，第一连接管313焊接在第一工字加压器301外部、第二连接管314焊接在第二工字加压器302外部、第三连接管315焊接在第三工字加压器303外部、第四连接管316焊接在第四工字加压器304外部；连接管和工字加压器均用耐高压材料和合金外壳组成，具有耐高强水压和施工安全的优点。

传感系统4中第一电线管401连接第一传感应变处理装置405、第二电线管402连接第二传感应变处理装置406、第三电线管403连接第三传感应变处理装置407、第一电线管404连接第四传感应变处理装置408，电线管由绝缘材料制成，安全绝缘，传感应变处理装置由传感器和控制器组成的统一体，具有高效处理数据，下达命令的优点。

抗磨损外壳603的下端设有一号三角型钻头201、二号三角型钻头202、三号三角型钻头203、四号三角型钻头204、五号三角型钻头205、六号三角型钻头206、七号三角型钻头207、八号三角型钻头208、九号三角型钻头209、十号三角型钻头210、十一号三角型钻头211、十二号三角型钻头212、第一螺纹钻头213、第二螺纹钻头214、第三螺纹钻头215、第四螺纹钻头216、第五螺纹钻头217、第六螺纹钻头218、第七螺纹钻头219、第八螺纹钻头220、第九螺纹钻头221、第十螺纹钻头222、第十一螺纹钻头223、第十二螺纹钻头224、第一锯齿型钻头225、第二锯齿型钻头226、第三锯齿型钻头227、第四锯齿型钻头228、巨型台阶式叠合钻头229。如图4所示，从整个钻切装置底部的仰视图中可以看出，一号三角型钻头201、二号三角型钻头202、三号三角型钻头203、四号三角型钻头204、五号三角型钻头205、六号三角型钻头206安置于抗磨损外壳603左上部，七号三角型钻头207、八号三角型钻头208、九号三角型钻头209、十号三角型钻头210、十一号三角型钻头211、十二号三角型钻头212安置在抗磨损外壳603右下部，三角型钻头由高强度金刚石制成，耐磨，切土效率好；第一螺纹钻头213、第二螺纹钻头214、第三螺纹钻头215、第四螺纹钻头216、第五螺纹钻头217、第六螺纹钻头218安置在抗磨损外壳603右上部，第七螺纹钻头219、第八螺纹钻头220、第九螺纹钻头221、第十螺纹钻头222、第十一螺纹钻头223、第十二螺纹钻头224安置在抗磨损外壳603左下部，螺纹钻头由高强度金刚石制成，耐磨，破碎岩石效率好；巨型台阶式叠合钻头229安置在抗磨损外壳603中部，巨型台阶式叠合钻头229由高强度金刚石制成，在碎石，平土的同时，不影响排土；第一锯齿型钻头225、第二锯齿型钻头226、第三锯齿型钻头227、第四锯齿型钻头228互成90°安置在巨型台阶式叠合钻头229四周的抗磨损外壳603上，锯齿型钻头由高强度合金制成，有较好的碎土碎石能力，且抗磨损。

当本发明装置钻切硬地层时，通过高压水泵505向高压进水管318中注入加压后的高压水，并进入到高压水仓317内，通过高压水仓317内聚集的高压水压力集中施加在第一工字加压器301、第二工字加压器302、第三工字加压器303、第四工字加压器304内部依次对应的第一一字隔断板305、第二一字隔断板306、第三一字隔断板307、第四一字隔断板308的上部空间，从而通过若干隔断板将压力集中传递给若干高强弹簧，即传递给第一高强弹簧309、第二高强弹簧310、第三高强弹簧311、第四高强弹簧312，此时高强弹簧在集中压力作用下进一步压缩变形，进而驱使抗磨损外壳603下端的各类型钻切刀具快速钻切硬土层702，同时利用第一抗高压管501、第二抗高压管502、第三抗高压管503、第四抗高压管504将倒杯型排泥通道601内的岩屑高速排出到管外；反之，遇软土层701施工，则降低注入高压水仓317内的水压力，保持高压水仓317的水压力与软土地层的土压力在同一水平。

倒杯型排泥系统1中第一排泥机101和倒杯框架102螺栓连接，第一排泥机101外部设引泥管、出泥管、离心扇、机壳、马达、输电线组，具有高效排泥的优点，倒杯框架102由高强度合金制成，具有耐磨损、耐腐蚀的特点。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，其特征在于：包括倒杯型排泥系统(1)、多型复合钻头系统(2)、强压水加压系统(3)、传感系统(4)、泵水冲刷系统(5)、收纳支撑系统(6)；

所述倒杯型排泥系统(1)包括第一排泥机(101)、倒杯型排泥通道(601)、倒杯框架(102)；所述多型复合钻头系统(2)包括钻头；所述强压水加压系统(3)包括工字加压器、一字隔断板、高强弹簧、连接管、高压水仓(317)、高压进水管(318)；所述传感系统(4)包括电线管、传感应变处理装置；所述泵水冲刷系统(5)包括高压水泵(505)、抗高压管、高强橡胶弹性管、底盘水管、橡胶连接管；所述收纳支撑系统(6)包括容纳室(602)、抗磨损外壳(603)；

所述第一排泥机(101)设置在抗磨损外壳(603)的外部，并与倒杯型排泥通道(601)连接,所述倒杯型排泥通道(601)的底部与倒杯框架(102)的顶部连通，所述倒杯框架(102)焊接在抗磨损外壳(603)的下部；

所述抗磨损外壳(603)设置于容纳室(602)外部，同时其底部设有钻头；所述倒杯型排泥通道(601)置于容纳室(2)中，并位于容纳室(602)的中心，倒杯型排泥通道(601)外侧焊接有抗高压管，且抗高压管和倒杯型排泥通道的上端均延伸至容纳室(2)外部；所述抗高压管的上端与高压水泵(505)连接，其下端与通过高强橡胶弹性管与底盘水管的一端连通，所述底盘水管设置在抗磨损外壳(603)的底部，底盘水管的另一端与倒杯框架(102)的底部连通；所述抗高压管的中部外侧套设有橡胶连接管；

所述高压水仓(317)位于容纳室(602)内部上端，且呈圆柱形设置在抗高压管壁面外侧；所述高压进水管(318)安置于高压水仓(317)的顶部，且其底端与高压水仓(317)连通；所述工字加压器的顶部与高压水仓(317)底部连通，所述工字加压器的内部横向设置有一字隔断板，所述一字隔断板的底部设置有高强弹簧，所述高强弹簧的一端与一字隔断板的底部连接，其另一端与抗磨损外壳(603)的内底部连接；

所述工字加压器的外部焊接有密封的连接管，所述连接管与工字加压器的中部通过阀门连通，且连通位置位于一字隔断板之上；所述传感应变处理装置设置在抗磨损外壳(603)的内底部上，并与所述阀门之间通过电线管连接。

2.根据权利要求1所述的用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，其特征在于：所述倒杯型排泥管道(601)的外侧均匀布设有四个抗高压管，分别为第一抗高压管(501)、第二抗高压管(502)、第三抗高压管(503)、第四抗高压管(504)，四个抗高压管的顶部均与高压水泵(505)连接，四个抗高压管的中部外侧均套设有橡胶连接管，所述高压水仓(317)呈圆柱形设置在第一抗高压管(501)、第二抗高压管(502)、第三抗高压管(503)、第四抗高压管(504)壁面外侧；

相应的，所述高强橡胶弹性管也设置有四个，分别为第一高强橡胶弹性管(506)、第二高强橡胶弹性管(507)、第三高强橡胶弹性管(508)、第四高强橡胶弹性管(509)；所述底盘水管也设置有四个，分别为第一底盘水管(510)、第二底盘水管(511)、第三底盘水管(513)、第四底盘水管(514)；

所述第一抗高压管(501)的下端通过第一高强橡胶弹性管(506)与第一底盘水管(510)的一端连通、第二抗高压管(502)的下端通过第二高强橡胶弹性管(507)与第二底盘水管(511)的一端连通、第三抗高压管(503)的下端通过第三高强橡胶弹性管(508)与第三底盘水管(512)的一端连通、第四抗高压管(504)的下端通过第四高强橡胶弹性管(509)与第四底盘水管(513)的一端连通；

所述第一底盘水管(510)、第二底盘水管(511)、第三底盘水管(513)、第四底盘水管(514)的另一端均与倒杯框架(102)的底部连通。

3.根据权利要求1所述的用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，其特征在于：所述工字加压器设置有四个，分别为第一工字加压器(301)、第二工字加压器(302)、第三工字加压器(303)、第四工字加压器(304)；第一工字加压器(301)、第二工字加压器(302)、第三工字加压器(303)、第四工字加压器(304)的顶部均与高压水仓(317)的底部连通；

相应的，所述一字隔断板也设置有四个，分别为第一一字隔断板(305)、第二一字隔断板(306)、第三一字隔断板(307)、第四一字隔断板(308)；所述第一一字隔断板(305)安置在第一工字加压器(301)内部、第二一字隔断板(306)安置在第二工字加压器(302)内部、第三一字隔断板(307)安置在第三工字加压器(303)内部、第四一字隔断板(308)安置在第四工字加压器(304)内部；

所述高强弹簧也设置有四个，分别为第一高强弹簧(309)、第二高强弹簧(310)、第三高强弹簧(311)、第四高强弹簧(312)；所述第一高强弹簧(309)的一端焊接于第一一字隔断板(305)底部、第二高强弹簧(310)的一端焊接于第二一字隔断板(306)底部、第三高强弹簧(311)的一端焊接于第三一字隔断板(307)底部、第四高强弹簧(312)的一端焊接于第四一字隔断板(308)底部；所述第一高强弹簧(309)、第二高强弹簧(310)、第三高强弹簧(311)、第四高强弹簧(312)的另一端均焊接于抗磨损外壳(603)的内底部；

所述第一工字加压器(301)的外部设置有第一连接管(313)，所述第二工字加压器(302)的外部设置有第二连接管(314)，所述第三工字加压器(303)的外部设置有第三连接管(315)，所述第四工字加压器(304)的外部设置有第四连接管(316)。

4.根据权利要求3所述的用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，其特征在于：所述传感系统(4)中的电线管和传感应变处理装置分别设置有四个，分别为第一电线管(401)、第二电线管(402)、第三电线管(403)、第四电线管(404)、第一传感应变处理装置(405)、第二传感应变处理装置(406)、第三传感应变处理装置(407)、第四传感应变处理装置(408)；

所述第一电线管(401)连接第一传感应变处理装置(405)与第一连接管(313)处的阀门、第二电线管(402)连接第二传感应变处理装置(406)与第二连接管(314)处的阀门、第三电线管(403)连接第三传感应变处理装置(407)与第三连接管(315)处的阀门、第一电线管(404)连接第四传感应变处理装置(408)与第四连接管(316)处的阀门。

5.根据权利要求1所述的用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，其特征在于：所述钻头包括三角形钻头、螺纹钻头、锯齿型钻头和巨型台阶式叠合钻头；

所述巨型台阶式叠合钻头安装在抗磨损外壳(603)的底部中心；所述锯齿型钻头安装在抗磨损外壳(603)的底部，并位于所述巨型台阶式叠合钻头外侧；所述三角形钻头和螺纹钻头安装在抗磨损外壳(603)的底部，并位于所述锯齿型钻头外侧。

6.根据权利要求5所述的用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，其特征在于：所述三角形钻头包括一号三角型钻头(201)、二号三角型钻头(202)、三号三角型钻头(203)、四号三角型钻头(204)、五号三角型钻头(205)、六号三角型钻头(206)、七号三角型钻头(207)、八号三角型钻头(208)、九号三角型钻头(209)、十号三角型钻头(210)、十一号三角型钻头(211)、十二号三角型钻头(212)；

上述三角型钻头均匀对称布设在抗磨损外壳(603)的底部，所述一号三角型钻头(201)、二号三角型钻头(202)、三号三角型钻头(203)、四号三角型钻头(204)、五号三角型钻头(205)、六号三角型钻头(206)安置于抗磨损外壳(603)外底部的左上部，七号三角型钻头(207)、八号三角型钻头(208)、九号三角型钻头(209)、十号三角型钻头(210)、十一号三角型钻头(211)、十二号三角型钻头(212)安置在抗磨损外壳(603)外底部的右下部。

7.根据权利要求5所述的用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，其特征在于：所述螺纹钻头包括第一螺纹钻头(213)、第二螺纹钻头(214)、第三螺纹钻头(215)、第四螺纹钻头(216)、第五螺纹钻头(217)、第六螺纹钻头(218)、第七螺纹钻头(219)、第八螺纹钻头(220)、第九螺纹钻头(221)、第十螺纹钻头(222)、第十一螺纹钻头(223)、第十二螺纹钻头(224)；

上述螺纹钻头均匀对称布设在抗磨损外壳(603)的底部，所述第一螺纹钻头(213)、第二螺纹钻头(214)、第三螺纹钻头(215)、第四螺纹钻头(216)、第五螺纹钻头(217)、第六螺纹钻头(218)安置在抗磨损外壳(603)外底部的右上部，第七螺纹钻头(219)、第八螺纹钻头(220)、第九螺纹钻头(221)、第十螺纹钻头(222)、第十一螺纹钻头(223)、第十二螺纹钻头(224)安置在抗磨损外壳(603)外底部的左下部。

8.根据权利要求5所述的用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置，其特征在于：所述锯齿型钻头包括第一锯齿型钻头(225)、第二锯齿型钻头(226)、第三锯齿型钻头(227)、第四锯齿型钻头(228)；

上述锯齿型钻头互成90°，均匀对称布设在抗磨损外壳(603)的底部。