CN115075737B - 一种自钻冻结式复合钻具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑施工和工程机械领域，具体是涉及一种自钻冻结式复合钻具及其使用方法，包括外壳、头壳和钻头；第一止液塞固定设置在外壳内并且位于其尾部；第二止液塞固定设置在外壳内并且位于靠近其头部的位置；保护管为薄壁管件并且设置在第一止液塞和第二止液塞之间；第一止液塞和第二止液塞上均至少设置有一个进液孔和一个出液孔，所述回流管依次穿过第一止液塞上的进液孔、第二止液塞上的进液孔、第二止液塞上的出液孔和第一止液塞上的出液孔；第一止液塞和第二止液塞中心位置均设置有一个供液孔，供液管设置在供液孔上。本申请通过设置自钻冻结机构，实现了钻具对上软下硬地层的冻结，从而防止盾构机在运行时出现不平衡的现象的技术要求。

Description

一种自钻冻结式复合钻具及其使用方法

技术领域

本发明涉及建筑施工和工程机械领域，具体是涉及一种自钻冻结式复合钻具及其使用方法。

背景技术

城市轨道交通是解决大中城市交通拥堵问题的重要方式，而盾构隧道施工是城市轨道交通等工程的常用方法之一，其中采用土压平衡掘进是最主要的掘进方式之一。而工程中发现，在软弱地层中掘进时，当遇到下部有岩层或坚硬土层时，掘进速度缓慢，地面易发生塌陷，盾构姿态难控制，纠偏困难。主要原因是掘进工作面上部为软土，下部为坚硬土层，两种不同性质的土层同时出现在同一断面中，前端压力仓平衡困难，稳定性无法保证。当遇到土层中有地下水流时，渗流作用产生的渗透力会改变开挖面土体的有效应力，从而改变滑动面上的滑动力，更会加剧隧道开挖面失稳现象的发生。因此工程中需要采取技术措施，提高上软下硬地层的稳定性，保证工作面掘进的顺利进行。

目前关于上面提到的上软下硬地层盾构隧道的施工稳定性，工程上常采用的措施包括：松动爆破法和地层注浆固化法。岩层的松动爆破法，通过对前部的硬岩层实施松动爆破作业，降低岩层的强度，使其与上部土体的压力协调，但由于爆破作用产生的振动和冲击对上方结构物具有一定危害，该法在城区作业受到严格限制。地层注浆固化法是对上层软弱土进行注浆作业，固化软土体，使其硬化后强度提高，从而减小与下方硬质岩层的强度差异，但该法在浅层注浆时不易控制，常会引起地面跑浆冒浆并造成地面隆起等工程问题。

结合上述工程难题和现有上软下硬地层中盾构法施工的主要问题，本发明专利拟通过人工冻结法加强上部软土地层，提高其强度，使上软下硬地层的上下两层土的强度差异减小，从而提升其稳定性。虽然盾构隧道中采用人工冻结技术由来已久，但目前主要用在某些固定的环境，如地铁旁通道施工，盾构始发井加固与出洞位置的加固，这些工程应用具有固定的冻结段，且所处位置容易布置冻结管，采用的制冷和冻结工艺及设备均为传统的冻结设备。而对于盾构隧道掘进前方出现上软下硬地层的这种特殊地质条件，没有适用的冻结工艺。特别是在城市建筑群密集地区，上方垂直冻结孔方案实现困难，且传统冻结管布置只能在隧道掘进断面外实施，否则掘进过程中冻结管将阻碍盾构掘进工作面的推进。

目前由于冻结设备和装置的不完善，尚未见到通过人工冻结法强化上软下硬地层工作面的工艺方法。故由此提出如何对上软下硬地层进行冻结，从而防止了盾构机在运行时出现不平衡的现象的技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种自钻冻结式复合钻具，包括外壳、头壳和钻头；其特征在于，还包括自钻冻结机构；自钻冻结机构设置在外壳内，所述自钻冻结机构包括第一止液塞、第二止液塞、保护管、供液管、回流管；第一止液塞固定设置在外壳内并且位于其尾部；第二止液塞固定设置在外壳内并且位于靠近其头部的位置；保护管为薄壁管件并且设置在第一止液塞和第二止液塞之间；第一止液塞和第二止液塞上均至少设置有一个进液孔和一个出液孔，所述回流管依次穿过第一止液塞上的进液孔、第二止液塞上的进液孔、第二止液塞上的出液孔和第一止液塞上的出液孔；第一止液塞和第二止液塞中心位置均设置有一个供液孔，所述供液管依次穿过第一止液塞和第二止液塞上的供液孔并且延伸至外壳的头部。

优选的，所述自钻冻结机构还包括有内管，所述内管同轴设置在保护管内并且预期等长，所述回流管穿过内管与保护管之间的区域，所述区域内填充有相变材料。

优选的，所述第一止液塞和第二止液塞均包括有塞体和塞盖，所述塞体设有与保护管内径相同的通孔，保护管的两端与塞体的内侧密封连接，塞盖固定设在塞体的外侧，内管的两端与塞盖的内侧密封连接。

优选的，还包括有防堵机构，所述防堵机构设置在头壳内，所述防堵机构包括压力增大组件、工作槽、限流块、螺纹槽、旋转环、第一弹簧、引导支撑组件、滑动组件、延伸杆、旋转块和支撑环；压力增大组件设置在头壳靠近外壳的一侧；工作槽设置在压力增大组件一侧的头壳的内部；限流块沿工作槽的轴线设置在工作槽靠近外壳的一侧；延伸杆固定设置在限流块远离外壳的一端上；旋转块固定设置在延伸杆远离限流块的一端上；螺纹槽分别开设在延伸杆和旋转块的侧壁上；支撑环固定设置在限流块远离外壳一侧的工作槽上；旋转环设置在支撑环和限流块之间，旋转块与支撑环之间存有第一间隙；第一弹簧设置在第一间隙上；引导支撑组件分别设置在第一弹簧的两侧；滑动组件设置在旋转环靠近支撑环的一侧上。

优选的，还包括有联动机构，联动机构设置在防堵机构内，联动机构包括位置补偿组件、第一触发块、第二触发块、铰接座、平衡杆、第一触发槽、第二触发槽、运作仓和第二弹簧；运作仓设置有两个，两个运作仓对称的开设在工作槽两侧的头壳内部；第一触发槽贯穿的开设在限流块上方的运作仓的底部；第二触发槽贯穿的开设在旋转块上方的运作仓的底部；第一触发块可滑动的设置在第一触发槽上，第一触发块与运作仓的顶部存有第二间隙；第二触发块可滑动的设置在第二触发槽上；铰接座固定设置在第一触发槽和第二触发槽之间的运作仓底部；平衡杆可转动的设置在铰接座的侧壁上；位置补偿组件分别设置在平衡杆和第一触发块之间以及平衡杆和第二触发块之间；第二弹簧设置在第二间隙上。

优选的，引导支撑组件包括支撑杆和支撑套；支撑套固定设置在限流块靠近旋转环的一侧上；支撑杆固定设置在旋转环靠近限流块的一侧上，支撑杆与支撑套滑动配合。

优选的，滑动组件包括滚槽和球体；滚槽围绕旋转环的轴线均匀的开设在旋转环远离限流块的一侧；球体设置在滚槽中，球体与滚槽间隙配合。

优选的，位置补偿组件包括第一滑槽、第一滑杆、第二滑槽和第二滑杆；第一滑槽沿平衡杆的长度方向开设在平衡杆的一端；第二滑槽沿平衡杆的长度方向开设在平衡杆远离第一滑槽的一端；第一滑杆可滑动的设置在第一滑槽上，第一滑杆远离第一滑槽的一端与第一触发块铰接；第二滑杆可滑动的设置在第二滑槽上，第二滑杆远离第二滑槽的一端与第二触发块铰接。

优选的，压力增大组件包括第一进入口和第二进入口；第一进入口设置在头壳靠近外壳的一端上；第二进入口设置在第一进入口远离外壳的一端上，第一进入口小于第二进入口。

一种自钻冻结式复合钻具的使用方法，其特征在于，包括有以下步骤；S1、首先钻头会水平对土壤进行钻探，并到达指定位置；S2、水流从水管流经防堵机构，并最终从出水口流出；S3、钻头继续钻动，使得外壳到达需要冻结的土壤位置；S4、自钻冻结机构启动，自钻冻结机构对外壳周围的土壤进行冻结。

本申请相比较于现有技术的有益效果是：

1.本申请通过设置保护组件、自钻冻结机构、水管、止液塞、出水口、通孔、回流孔和进水口，实现了钻具可以对上软下硬地层进行冻结，从而防止盾构机在运行时出现不平衡的现象的技术要求。

2.本申请通过设置第一冷却管、第二冷却管和冻结仓，实现了自钻冻结机构的冷却功能。

3.本申请通过设置第一保护层和第二保护层，实现了保护组件可以保证被使用后的冷却液不会影响到还未使用的冷却液的技术要求。

4.本申请通过设置压力增大组件、工作槽、限流块、螺纹槽、旋转环、第一弹簧、引导支撑组件、滑动组件、延伸杆、旋转块和支撑环，实现了防堵机构可以保证在钻头完成钻探后，不会出现土壤将出水口堵住的情况，从而保证供水的顺畅性的技术要求。

5.本申请通过设置位置补偿组件、第一触发块、第二触发块、铰接座、平衡杆、第一触发槽、第二触发槽、运作仓和第二弹簧，防止了在供水结束后，外部的土壤进入到防堵机构中，从而对防堵机构的工作造成影响的情况出现。

附图说明

图1是本申请的立体图一；

图2是本申请的设有自钻冻结机构的外壳立体图；

图3是本申请的设有自钻冻结机构的外壳的侧视图；

图4是本申请的图3中A-A处的剖视图；

图5是本申请的自钻冻结机构立体图；

图6是本申请的去除了保护管后的自钻冻结机构立体图；

图7是本申请的去除了外壳和自钻冻结机构后的组装立体图；

图8是本申请的去除了外壳、钻头和自钻冻结机构后的组装立体图；

图9是本申请的设置有防堵机构和联动机构的头壳侧视图；

图10是本申请的图9中B-B处的剖视图；

图11是本申请的防堵机构和联动机构组装立体图；

图12是本申请的局部立体图一；

图13是本申请的局部立体图二；

图14是本申请的局部立体图三；

图15是本申请的设有运作仓、第一触发槽和第二触发槽的头壳立体图。

图中标号为：

1-外壳；

2-头壳；

3-钻头；

4-自钻冻结机构；4a-第一止液塞；4a1-塞体；4a2-塞盖；4b-第二止液塞；4c-保护管；4d-供液管；4e-回流管；4f-内管；

5-防堵机构；5a-压力增大组件；5a1-第一进入口；5a2-第二进入口；5b-工作槽；5c-限流块；5d-螺纹槽；5e-旋转环；5f-第一弹簧；5g-引导支撑组件；5g1-支撑杆；5g2-支撑套；5h-滑动组件；5h1-滚槽；5h2-球体；5i-延伸杆；5j-旋转块；5k-支撑环；

6-联动机构；6a-位置补偿组件；6a1-第一滑槽；6a2-第一滑杆；6a3-第二滑槽；6a4-第二滑杆；6b-第一触发块；6c-第二触发块；6d-铰接座；6e-平衡杆；6f-第一触发槽；6g-第二触发槽；6h-运作仓；6i-第二弹簧。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1-15所示，本申请提供：

一种自钻冻结式复合钻具，外壳1、头壳2和钻头3；其特征在于，还包括自钻冻结机构4；自钻冻结机构4设置在外壳1内，所述自钻冻结机构4包括第一止液塞4a、第二止液塞4b、保护管4c、供液管4d、回流管4e；第一止液塞4a固定设置在外壳1内并且位于其尾部；第二止液塞4b固定设置在外壳1内并且位于靠近其头部的位置；保护管4c为薄壁管件并且设置在第一止液塞4a和第二止液塞4b之间；第一止液塞4a和第二止液塞4b上均至少设置有一个进液孔和一个出液孔，所述回流管4e依次穿过第一止液塞4a上的进液孔、第二止液塞4b上的进液孔、第二止液塞4b上的出液孔和第一止液塞4a上的出液孔；第一止液塞4a和第二止液塞4b中心位置均设置有一个供液孔，所述供液管4d依次穿过第一止液塞4a和第二止液塞4b上的供液孔并且延伸至外壳1的头部。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是如何对上软下硬地层进行冻结，从而防止了盾构机在运行时出现不平衡的现象。为此，本申请头壳2固定设置在外壳1的一侧，头壳2呈圆柱状结构，头壳2上设置有出水口。供液管4d与出水口相互连通。外壳1呈圆柱状结构。头壳2的轴线与外壳1的轴线共线，钻头3固定设置在头壳2远离外壳1的一侧上。自钻冻结机构4的工作原理如下，当钻头3被带动开始钻动时，土层便会被钻头3钻开。在供液管4d远离出水口的一侧设置有水泵，水泵可以将水流泵入供液管4d中，在水流经过供液管4d后，便会进入到头壳2中，并最终从出水口被排出。当钻头3钻动到指定的位置后，此时设置在供液管4d远离出水口的一侧的水泵便会开始启动，水泵会将水从出水口泵出，由于此时钻头3依旧处于旋转的状态，所以被泵出的水流便会均匀的扩散到土层中。随后钻头3继续钻进，当外壳1经过被水浇灌过的土层时，钻头3便会停下。第一止液塞4a、第二止液塞4b、保护管4c和外壳1构成了一个容纳腔，此时冷却液会从回流管4e流入容纳腔中，这样就会使得外壳1的温度降低。由于冷却液是流动的，所以冷却液在经过容纳腔后，便会从第一止液塞4a上的出液孔排出，循环往复。这样便可最大可能的保证冷却液对于外壳1外部的土壤冻结效果。如此便会将外壳1周围土层中的水流冻结住，由于水流结成冰后，其强度会高很多，如此便实现了对软土层中土壤硬度的加强。这样就会使得软土层和硬土层之间的硬度差距不会过大。进而保证了盾构机在进行钻探时不会出现便宜损坏的现象。如此便实现了钻具可以对上软下硬地层进行冻结，从而防止盾构机在运行时出现不平衡的现象的技术要求。

进一步的，如图4和图6所示：

所述自钻冻结机构4还包括有内管4f，所述内管4f同轴设置在保护管4c内并且预期等长，所述回流管4e穿过内管4f与保护管4c之间的区域，所述区域内填充有相变材料。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是如何保证被使用后的冷却液不会影响到还未使用的冷却液的。为此，本申请当钻头3移动到指定的位置后，此时冷却液流入回流管4e，随后冷却液会流入容纳腔中，流入容纳腔中的冷却液会将外壳1周围土壤的温度降低，同时位于容纳腔中的冷却液的温度会逐渐上升，此时位于容纳腔中的冷却液便会和回流管4e中的冷却液形成温差，为了避免容纳腔中的冷却液对回流管4e中的冷却液造成影响，设置在内管4f和保护管4c之间的相变材料便会将容纳腔中的冷却液散出的温度进行吸附，这样便可保证位于回流管4e中的冷却液不会被影响到。如此便实现了被使用后的冷却液不会影响到还未使用的冷却液的的技术要求。

进一步的，如图5-6所示：

所述第一止液塞4a和第二止液塞4b均包括有塞体4a1和塞盖4a2，所述塞体4a1设有与保护管4c内径相同的通孔，保护管4c的两端与塞体4a1的内侧密封连接，塞盖4a2固定设在塞体的外侧，内管4f的两端与塞盖4a2的内侧密封连接。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是如何保证相变材料不会漏出。为此，本申请塞体、外壳、保护管构成了容纳腔，保护管、内管、塞体和塞盖构成了用于填充相变材料的区域。如此便可保证位于容纳腔中的冷却液不会渗漏到相变材料中。

进一步的，如图8-14所示：

还包括有防堵机构5，所述防堵机构5设置在头壳2内，所述防堵机构5包括压力增大组件5a、工作槽5b、限流块5c、螺纹槽5d、旋转环5e、第一弹簧5f、引导支撑组件5g、滑动组件5h、延伸杆5i、旋转块5j和支撑环5k；压力增大组件5a设置在头壳2靠近外壳1的一侧；工作槽5b设置在压力增大组件5a一侧的头壳2的内部；限流块5c沿工作槽5b的轴线设置在工作槽5b靠近外壳1的一侧；延伸杆5i固定设置在限流块5c远离外壳1的一端上；旋转块5j固定设置在延伸杆5i远离限流块5c的一端上；螺纹槽5d分别开设在延伸杆5i和旋转块5j的侧壁上；支撑环5k固定设置在限流块5c远离外壳1一侧的工作槽5b上；旋转环5e设置在支撑环5k和限流块5c之间，旋转块5j与支撑环5k之间存有第一间隙；第一弹簧5f设置在第一间隙上；引导支撑组件5g分别设置在第一弹簧5f的两侧；滑动组件5h设置在旋转环5e靠近支撑环5k的一侧上。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是防堵机构5是如何保证在钻头3完成钻探后，不会出现土壤将出水口堵住的情况，从而保证供水的顺畅性。为此，本申请限流块5c呈圆台结构，在钻头3还没有到达指定位置时，限流块5c会紧紧的顶在工作槽5b靠近外壳1的一侧。当钻头3到达指定位置后，此时水流会从头壳2设有压力增大组件5a的一侧进入头壳2，压力增大组件5a会将水流的流速减缓，同时将水流的压力增强。如此当水流进入头壳2后，会先将限流块5c顶开，由于限流块5c的侧壁上开设有螺纹槽5d，如此水流便会从螺纹槽5d流出，在水流的顶动下，限流块5c会被带动转动，此时设置在限流块5c上的引导支撑组件5g便会带动旋转环5e移动旋转，由于支撑环5k是固定设置在工作槽5b侧壁上的，所以当限流块5c被顶开后，支撑环5k会将旋转环5e抵住。此时第一弹簧5f处于压缩的状态，同时旋转环5e会在引导支撑组件5g的带动下在支撑环5k上发生转动，由于延伸杆5i的两端分别与限流块5c、旋转块5j固定连接，所以当限流块5c被水流推动后，旋转块5j也会被带动一同发生移动，此时水流便会穿过支撑环5k到达旋转块5j靠近支撑环5k的一侧，由于旋转块5j的侧壁上也开设有螺纹槽5d，所以此时水流会从旋转块5j上的螺纹槽5d流出，由于水流自身被加压，且旋转块5j是旋转推出的，这样就会使得旋转块5j一侧的土壤可以被旋转块5j轻松顶出。如此便实现了防堵机构5可以保证在钻头3完成钻探后，不会出现土壤将出水口堵住的情况，从而保证供水的顺畅性的技术要求。

进一步的，如图11-15所示：

还包括有联动机构6，联动机构6设置在防堵机构5内，联动机构6包括位置补偿组件6a、第一触发块6b、第二触发块6c、铰接座6d、平衡杆6e、第一触发槽6f、第二触发槽6g、运作仓6h和第二弹簧6i；运作仓6h设置有两个，两个运作仓6h对称的开设在工作槽5b两侧的头壳2内部；第一触发槽6f贯穿的开设在限流块5c上方的运作仓6h的底部；第二触发槽6g贯穿的开设在旋转块5j上方的运作仓6h的底部；第一触发块6b可滑动的设置在第一触发槽6f上，第一触发块6b与运作仓6h的顶部存有第二间隙；第二触发块6c可滑动的设置在第二触发槽6g上；铰接座6d固定设置在第一触发槽6f和第二触发槽6g之间的运作仓6h底部；平衡杆6e可转动的设置在铰接座6d的侧壁上；位置补偿组件6a分别设置在平衡杆6e和第一触发块6b之间以及平衡杆6e和第二触发块6c之间；第二弹簧6i设置在第二间隙上。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是如何防止在供水结束后，外部的土壤进入到防堵机构5中，从而对防堵机构5的工作造成影响。为此，本申请在限流块5c没有被水流顶开时，第一触发块6b的一端与限流块5c的侧壁紧紧连接，同时由于运作仓6h时对称设置，所以设置在两个运作仓6h中的第二触发块6c会相互接触，此时第二弹簧6i处于被压缩状态。当限流块5c被水流顶开后，此时第一触发块6b便会在第二弹簧6i的压力作用下逐渐伸出，有第一触发块6b下降，就会使得第二触发块6c被带动抬升，此时平衡杆6e会发生转动。由于第一触发块6b只能沿着第一触发槽6f滑动，而第二触发块6c也只能沿着第二触发槽6g滑动，所以在平衡杆6e发生转动时，就需要位置补偿组件6a将伸长的距离进行补偿。如此便实现了当第一触发块6b发生移动时，便可带动第二触发块6c做出相应的移动。当第一触发块6b带动第二触发块6c抬升时，此时水流便会从旋转块5j侧壁上的螺纹槽5d流出；当水泵停止供水后，此时限流块5c会在第一弹簧5f的作用下复位，此时第一触发块6b便会被限流块5c顶起，这样就会使得第二触发块6c被带动下降，第二触发块6c会将旋转块5j侧壁上的螺纹槽5d挡住，这样当钻头3继续进行钻探时，土壤就不会从进入到防堵机构5的内部。如此便防止了在供水结束后，外部的土壤进入到防堵机构5中，从而对防堵机构5的工作造成影响的情况出现。

进一步的，如图12所示：

引导支撑组件5g包括支撑杆5g1和支撑套5g2；支撑套5g2固定设置在限流块5c靠近旋转环5e的一侧上；支撑杆5g1固定设置在旋转环5e靠近限流块5c的一侧上，支撑杆5g1与支撑套5g2滑动配合。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是引导支撑组件5g是如何实现支撑作用的。为此，本申请支撑套5g2的长度方向与支撑杆5g1的长度方向平行。当限流块5c被水流顶动后，此时支撑套5g2便会与支撑杆5g1发生相对滑动。在水流的作用下，会使得限流块5c被带动旋转，此时支撑杆5g1和支撑套5g2便起到的了带动旋转环5e旋转的作用，若不设置支撑杆5g1和支撑套5g2，那么在限流块5c和旋转环5e之间只有第一弹簧5f连接，这样就会使得第一弹簧5f在限流块5c出现转动时被带动扭转，这样就会使得弹簧受损。所以为了保证第一弹簧5f可以安全工作，就必须设置支撑杆5g1和支撑套5g2来提供支撑。如此便实现了引导支撑组件5g的支撑作用。

进一步的，如图13所示：

滑动组件5h包括滚槽5h1和球体5h2；滚槽5h1围绕旋转环5e的轴线均匀的开设在旋转环5e远离限流块5c的一侧；球体5h2设置在滚槽5h1中，球体5h2与滚槽5h1间隙配合。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是如何让转动环可以更轻松的被带动旋转。为此，本申请如果不设置滑动组件5h，那么当限流块5c被水流顶开时，此时旋转环5e会被第一弹簧5f紧紧的压在支撑环5k上。当压力增大时，摩擦力也会变大，所以这样就会使得水流难以带动限流块5c旋转，进而使得旋转块5j在推动土壤时更吃力。在设置了滚槽5h1和球体5h2后，此时限流块5c再次被水流顶开后，限流块5c在水流的作用下发生旋转，由于旋转环5e不会与支撑环5k直接接触，而是通过可以滚动的球体5h2与支撑环5k接触，这样便可使得旋转环5e可以被轻松带动旋转。如此便实现了滑动组件5h可以使得旋转环5e轻松旋转的技术要求。

进一步的，如图12-14所示：

位置补偿组件6a包括第一滑槽6a1、第一滑杆6a2、第二滑槽6a3和第二滑杆6a4；第一滑槽6a1沿平衡杆6e的长度方向开设在平衡杆6e的一端；第二滑槽6a3沿平衡杆6e的长度方向开设在平衡杆6e远离第一滑槽6a1的一端；第一滑杆6a2可滑动的设置在第一滑槽6a1上，第一滑杆6a2远离第一滑槽6a1的一端与第一触发块6b铰接；第二滑杆6a4可滑动的设置在第二滑槽6a3上，第二滑杆6a4远离第二滑槽6a3的一端与第二触发块6c铰接。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是位置补偿组件6a是如何实现位置补偿功能的。为此，本申请当第一触发块6b发生移动时，此时第一触发块6b便会带动第一滑杆6a2移动，进而使得平衡杆6e发生转动，此时第一滑杆6a2会与第一滑槽6a1发生相对位移。同时第二滑杆6a4也会与第二滑槽6a3发生相对位移，这样就会使得第二触发块6c带动移动。如此便实现了位置补偿组件6a的位置补偿功能。

进一步的，如图10所示：

压力增大组件5a包括第一进入口5a1和第二进入口5a2；第一进入口5a1设置在头壳2靠近外壳1的一端上；第二进入口5a2设置在第一进入口5a1远离外壳1的一端上，第一进入口5a1小于第二进入口5a2。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是压力增大组件5a是如何将水流的压力增大的。为此，本申请当水流从第一进入口5a1进入到第二进入口5a2时，此时水流会便慢，根据液压原理，水流变慢，同时水流的压力会增加，这样就会使得限流块5c被轻松顶开。

进一步的，如图1-15所示：

一种自钻冻结式复合钻具的使用方法，其特征在于，包括有以下步骤；S1、首先钻头3会水平对土壤进行钻探，并到达指定位置；S2、水流从水管4c流经防堵机构5，并最终从出水口流出；S3、钻头3继续钻动，使得外壳1到达需要冻结的土壤位置；S4、自钻冻结机构4启动，自钻冻结机构4对外壳1周围的土壤进行冻结。

基于上述实施例，本申请想要解决的技术问题是自钻冻结式复合钻具是如何使用的。为此，本申请在自钻冻结机构4对土壤冻结后，盾构机便会对冻结土壤进行钻探，同时钻头3会向着远离盾构机的方向移动一定距离，随后停下并通过出水口对周围土壤进行注水，随后通过自钻冻结机构4对土壤进行冻结，循环往复。

以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种自钻冻结式复合钻具，包括外壳(1)、头壳(2)和钻头(3)；其特征在于，还包括自钻冻结机构(4)、防堵机构(5)；

自钻冻结机构(4)设置在外壳(1)内，所述自钻冻结机构(4)包括第一止液塞(4a)、第二止液塞(4b)、保护管(4c)、供液管(4d)、回流管(4e)；

第一止液塞(4a)固定设置在外壳(1)内并且位于其尾部；

第二止液塞(4b)固定设置在外壳(1)内并且位于靠近其头部的位置；

保护管(4c)为薄壁管件并且设置在第一止液塞(4a)和第二止液塞(4b)之间；

第一止液塞(4a)和第二止液塞(4b)上均至少设置有一个进液孔和一个出液孔，所述回流管(4e)依次穿过第一止液塞(4a)上的进液孔、第二止液塞(4b)上的进液孔、第二止液塞(4b)上的出液孔和第一止液塞(4a)上的出液孔；

第一止液塞(4a)和第二止液塞(4b)中心位置均设置有一个供液孔，所述供液管(4d)依次穿过第一止液塞(4a)和第二止液塞(4b)上的供液孔并且延伸至外壳(1)的头部；

所述防堵机构(5)设置在头壳(2)内，所述防堵机构(5)包括压力增大组件(5a)、工作槽(5b)、限流块(5c)、螺纹槽(5d)、旋转环(5e)、第一弹簧(5f)、引导支撑组件(5g)、滑动组件(5h)、延伸杆(5i)、旋转块(5j)和支撑环(5k)；

压力增大组件(5a)设置在头壳(2)靠近外壳(1)的一侧；

工作槽(5b)设置在压力增大组件(5a)一侧的头壳(2)的内部；

限流块(5c)沿工作槽(5b)的轴线设置在工作槽(5b)靠近外壳(1)的一侧；

延伸杆(5i)固定设置在限流块(5c)远离外壳(1)的一端上；

旋转块(5j)固定设置在延伸杆(5i)远离限流块(5c)的一端上；

螺纹槽(5d)分别开设在延伸杆(5i)和旋转块(5j)的侧壁上；

支撑环(5k)固定设置在限流块(5c)远离外壳(1)一侧的工作槽(5b)上；

旋转环(5e)设置在支撑环(5k)和限流块(5c)之间，旋转块(5j)与支撑环(5k)之间存有第一间隙；

第一弹簧(5f)设置在第一间隙上；

引导支撑组件(5g)分别设置在第一弹簧(5f)的两侧；

滑动组件(5h)设置在旋转环(5e)靠近支撑环(5k)的一侧上。

2.根据权利要求1所述的一种自钻冻结式复合钻具，其特征在于：所述自钻冻结机构(4)还包括有内管(4f)，所述内管(4f)同轴设置在保护管(4c)内并且与其等长，所述回流管(4e)穿过内管(4f)与保护管(4c)之间的区域，所述区域内填充有相变材料。

3.根据权利要求2所述的一种自钻冻结式复合钻具，其特征在于：所述第一止液塞(4a)和第二止液塞(4b)均包括有塞体(4a1)和塞盖(4a2)，所述塞体(4a1)设有与保护管(4c)内径相同的通孔，保护管(4c)的两端与塞体(4a1)的内侧密封连接，塞盖(4a2)固定设在塞体的外侧，内管(4f)的两端与塞盖(4a2)的内侧密封连接。

4.根据权利要求3所述的一种自钻冻结式复合钻具，其特征在于，还包括有联动机构(6)，联动机构(6)设置在防堵机构(5)内，联动机构(6)包括位置补偿组件(6a)、第一触发块(6b)、第二触发块(6c)、铰接座(6d)、平衡杆(6e)、第一触发槽(6f)、第二触发槽(6g)、运作仓(6h)和第二弹簧(6i)；

运作仓(6h)设置有两个，两个运作仓(6h)对称的开设在工作槽(5b)两侧的头壳(2)内部；

第一触发槽(6f)贯穿的开设在限流块(5c)上方的运作仓(6h)的底部；

第二触发槽(6g)贯穿的开设在旋转块(5j)上方的运作仓(6h)的底部；

第一触发块(6b)可滑动的设置在第一触发槽(6f)上，第一触发块(6b)与运作仓(6h)的顶部存有第二间隙；

第二触发块(6c)可滑动的设置在第二触发槽(6g)上；

铰接座(6d)固定设置在第一触发槽(6f)和第二触发槽(6g)之间的运作仓(6h)底部；

平衡杆(6e)可转动的设置在铰接座(6d)的侧壁上；

位置补偿组件(6a)分别设置在平衡杆(6e)和第一触发块(6b)之间以及平衡杆(6e)和第二触发块(6c)之间；

第二弹簧(6i)设置在第二间隙上。

5.根据权利要求4所述的一种自钻冻结式复合钻具，其特征在于，引导支撑组件(5g)包括支撑杆(5g1)和支撑套(5g2)；

支撑套(5g2)固定设置在限流块(5c)靠近旋转环(5e)的一侧上；

支撑杆(5g1)固定设置在旋转环(5e)靠近限流块(5c)的一侧上，支撑杆(5g1)与支撑套(5g2)滑动配合。

6.根据权利要求5所述的一种自钻冻结式复合钻具，其特征在于，滑动组件(5h)包括滚槽(5h1)和球体(5h2)；

滚槽(5h1)围绕旋转环(5e)的轴线均匀的开设在旋转环(5e)远离限流块(5c)的一侧；

球体(5h2)设置在滚槽(5h1)中，球体(5h2)与滚槽(5h1)间隙配合。

7.根据权利要求6所述的一种自钻冻结式复合钻具，其特征在于，位置补偿组件(6a)包括第一滑槽(6a1)、第一滑杆(6a2)、第二滑槽(6a3)和第二滑杆(6a4)；

第一滑槽(6a1)沿平衡杆(6e)的长度方向开设在平衡杆(6e)的一端；

第二滑槽(6a3)沿平衡杆(6e)的长度方向开设在平衡杆(6e)远离第一滑槽(6a1)的一端；

第一滑杆(6a2)可滑动的设置在第一滑槽(6a1)上，第一滑杆(6a2)远离第一滑槽(6a1)的一端与第一触发块(6b)铰接；

第二滑杆(6a4)可滑动的设置在第二滑槽(6a3)上，第二滑杆(6a4)远离第二滑槽(6a3)的一端与第二触发块(6c)铰接。

8.根据权利要求1所述的一种自钻冻结式复合钻具，其特征在于，压力增大组件(5a)包括第一进入口(5a1)和第二进入口(5a2)；

第一进入口(5a1)设置在头壳(2)靠近外壳(1)的一端上；

第二进入口(5a2)设置在第一进入口(5a1)远离外壳(1)的一端上，第一进入口(5a1)小于第二进入口(5a2)。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种自钻冻结式复合钻具的使用方法，其特征在于，包括有以下步骤；

S1、首先钻头(3)会水平对土壤进行钻探，并到达指定位置；

S2、水流从供液管(4d)流经防堵机构(5)，并最终从出水口流出；

S3、钻头(3)继续钻动，使得外壳(1)到达需要冻结的土壤位置；

S4、自钻冻结机构(4)启动，自钻冻结机构(4)对外壳(1)周围的土壤进行冻结。

Images