用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置，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。该装置包括动力系统，传感系统，控制系统，增压系统，平衡伸缩系统，排泥系统，支撑保护系统，高压管道系统，钻切系统。本发明专利技术装置能提供超强高水压作为钻切动力源，能精准钻切不同的软硬地层；能实现定量化控制钻切头切入硬土层区域内的钻切力并实时增加，可以使处于软土层区域内的钻切力保持恒定，保证整个钻切施工的稳定性、精准性；能快速定量化反馈钻切面不同区域软硬地层的钻切力，为确保地下工程钻切施工不出现桩位偏差等提供信息保障。

【技术实现步骤摘要】
用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置
本专利技术属于地下工程岩土体钻进、切割和地下工程防灾减灾
，尤其是涉及一种用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置。
技术介绍
地下工程钻切施工的主要难点是如何快速钻切穿越各类复杂多变的工程地质，特别是钻切穿越软硬不均的工程地质。这是由于软硬不均地层是一种非均质地层，地质复杂多变，具有地形地貌起伏多变、地层岩性复杂多样的特点。在这种类型的地层中进行地下工程施工，不同于单一的软地层和硬地层，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，因而在地下工程建设过程中经常出现桩位偏差、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。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钻切系统，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，但是该钻切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。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置，该装置具有钻切力均匀、成孔精度高、成本低、钻切速度快、钻切力大的特点。本专利技术的技术方案如下：一种用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置，包括动力系统，传感系统，控制系统，增压系统，平衡伸缩系统，排泥系统，支撑保护系统，高压管道系统，钻切系统。动力系统包括排泥管转动器、清泥刀转动器；传感系统包括液压传感器、土压传感器；控制系统包括控制箱、线路保护管、排泥管转动器导线、清泥刀转动器导线、液压油泵传感器导线、土压传感器导线、土压控制模块、液压控制模块；增压系统包括液压油增压器、储水池、泥浆沉淀池、水压增压器；平衡伸缩系统包括平衡弹簧、液压油伸缩臂；排泥系统包括主排泥管、吸泥机、吸泥软管、清泥刀；支撑保护系统包括外保护管、第一填充剂、软管固定盘、第二填充剂、清泥刀固定杆、液压油盘支撑柱、分水盘支撑柱、刀盘防脱钩盘、齿轮、填充层、钻盘箱体；高压管道系统包括液压油管、液压油分油环、高压水分水环、高压水管、高压软管；钻切系统包括刀盘、圆形钻切头。排泥系统中的主排泥管设在整个装置的轴心，主排泥管的上端管口通过软吸泥管连接吸泥机，同时吸泥软管的出泥口与泥浆沉淀池连通，吸泥机设置在地面上用以吸入地下钻切施工的泥浆，并通过主排泥管吸到吸泥软管内，最后被吸到地面上的泥浆沉淀池中。主排泥管的下端管口通过支撑保护系统中的清泥刀固定杆将清泥刀固定在主排泥管的内壁，以清除主排泥管管口的淤泥。同时清泥刀与清泥刀转动器的输出轴连接，并在清泥刀转动轴的带动下下转动。主排泥管的上端安装有排泥管转动器，排泥管转动器控制主排泥管的转动，主排泥管的下端外周设置有齿轮，齿轮与刀盘咬合，刀盘下设圆形钻切头。增压系统中的液压油增压器固定在地面，液压油增压器、液压油管、液压油分油环、液压油伸缩臂依次连接，当液压油增压后，首先通过液压油管输送至液压油分油环，进而输送至平衡伸缩系统中的液压油伸缩臂中，目的是给液压油伸缩臂提供液压油；平衡弹簧的上端与液压油伸缩臂的下端连接，平衡弹簧的下端连在刀盘上；平衡弹簧和液压油伸缩臂用来缓冲机体的震动和控制所有刀盘的伸出与回缩。液压油管采用金属管，用于利用液压油增压器将液压油导入液压油分油环中。液压油传感器安装在液压油分油环和液压油伸缩臂的连接处，液压油传感器、液压油增压器分别通过液压油泵传感器导线与液压控制模块连接，液压油传感器用于感应钻切力的平衡，以及实时反馈各类钻切信息给控制箱中的液压控制模块，以控制液压油伸缩臂的伸缩。储水池和水压增压器也固定在地面，储水池、水压增压器、高压水管、高压水分水环、高压软管依次连接，高压软管的末端出水口连接在刀盘上，从储水池中把水增压后，通过高压管道系统中的高压水管输送到高压水分水环中，然后将高压软管中的高压水输送到钻切系统中的刀盘中，最后，高压水通过刀盘钻切相应的软硬土层以完成钻切施工。高压水分水环和高压水管采用高强度的合金材料，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置，其特征在于：包括动力系统，传感系统，控制系统，增压系统，平衡伸缩系统，排泥系统，支撑保护系统，高压管道系统，钻切系统；钻切系统连接在排泥系统下方，动力系统分别与排泥系统、钻切系统连接，用以向排泥系统、钻切系统输出转动动力；增压系统与高压管道系统的输入端连接，高压管道系统的输出端分别与平衡伸缩系统、钻切系统连接，增压系统用以向平衡伸缩系统、钻切系统提供伸缩动力；传感系统布设在平衡伸缩系统、支撑保护系统、高压管道系统中，用以感应钻切信息；控制系统分别与传感系统、动力系统、增压系统连接，用以接收与处理传感系统传来的钻切反馈信息，然后根据反馈信息分别调节动力系统、增压系统控制相应的排泥系统、平衡伸缩系统工作；支撑保护系统为平衡伸缩系统、排泥系统、高压管道系统、钻切系统提供支撑。

【技术特征摘要】
1.一种用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置，其特征在于：包括动力系统，传感系统，控制系统，增压系统，平衡伸缩系统，排泥系统，支撑保护系统，高压管道系统，钻切系统；钻切系统连接在排泥系统下方，动力系统分别与排泥系统、钻切系统连接，用以向排泥系统、钻切系统输出转动动力；增压系统与高压管道系统的输入端连接，高压管道系统的输出端分别与平衡伸缩系统、钻切系统连接，增压系统用以向平衡伸缩系统、钻切系统提供伸缩动力；传感系统布设在平衡伸缩系统、支撑保护系统、高压管道系统中，用以感应钻切信息；控制系统分别与传感系统、动力系统、增压系统连接，用以接收与处理传感系统传来的钻切反馈信息，然后根据反馈信息分别调节动力系统、增压系统控制相应的排泥系统、平衡伸缩系统工作；支撑保护系统为平衡伸缩系统、排泥系统、高压管道系统、钻切系统提供支撑。2.根据权利要求1所述的用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置，其特征在于：动力系统包括排泥管转动器(101)、清泥刀转动器(102)；传感系统包括液压传感器、土压传感器；控制系统包括控制箱(301)、线路保护管(302)、排泥管转动器导线(303)、清泥刀转动器导线(304)、液压油泵传感器导线(305)、土压传感器导线(306)、土压控制模块(307)、液压控制模块(308)；增压系统包括液压油增压器(401)、储水池(402)、泥浆沉淀池(403)、水压增压器(404)；平衡伸缩系统包括平衡弹簧、液压油伸缩臂；排泥系统包括主排泥管(601)、吸泥机(602)、吸泥软管(603)、清泥刀(604)；支撑保护系统包括外保护管(701)、第一填充剂(702)、软管固定盘(703)、第二填充剂(704)、清泥刀固定杆、液压油盘支撑柱、分水盘支撑柱、刀盘防脱钩盘(724)、齿轮(725)、填充层(726)、钻盘箱体(727)；高压管道系统包括液压油管(801)、液压油分油环(802)、高压水分水环(803)、高压水管(804)、高压软管；钻切系统包括刀盘、圆形钻切头；排泥系统中的主排泥管(601)设在整个装置的轴心，主排泥管(601)的上端管口通过软吸泥管(603)连接吸泥机(602)，同时吸泥软管(603)的出泥口与泥浆沉淀池(403)连通，吸泥机(602)设置在地面上用以吸入地下钻切施工的泥浆，并通过主排泥管(601)吸到吸泥软管(603)内，最后被吸到地面上的泥浆沉淀池(403)中；主排泥管(601)的下端管口通过支撑保护系统中的清泥刀固定杆将清泥刀(604)固定在主排泥管(601)的内壁，以清除主排泥管(601)管口的淤泥；清泥刀(604)同时与清泥刀转动器(102)的输出轴连接，并在清泥刀转动器(102)的带动下转动；主排泥管(601)的上端安装有排泥管转动器(101)，排泥管转动器(101)控制主排泥管(601)的转动，主排泥管(601)的下端外周设置有齿轮(725)，齿轮(725)与刀盘咬合，刀盘下设圆形钻切头；增压系统中的液压油增压器(401)固定在地面，液压油增压器(401)、液压油管(801)、液压油分油环(802)、液压油伸缩臂依次连接，当液压油增压后，首先通过液压油管(801)输送至液压油分油环(802)，进而输送至平衡伸缩系统中的液压油伸缩臂中；平衡弹簧的上端连在液压油伸缩臂下端，平衡弹簧(501)的下端连在刀盘上；液压油传感器安装在液压油分油环(802)和液压油伸缩臂(509)的连接处，液压油传感器、液压油增压器(401)分别通过液压油泵传感器导线(305)与液压控制模块(308)连接，液压油传感器用于感应钻切力的平衡，以及实时反馈各类钻切信息给控制箱(301)中的液压控制模块(308)，以控制液压油伸缩臂的伸缩；储水池(402)和水压增压器(404)也固定在地面，储水池(402)、水压增压器(404)、高压水管(804)、高压水分水环(803)、高压软管依次连接，高压软管的末端出水口连接在刀盘上；从储水池(402)中把水增压后，通过高压管道系统中的高压水管(804)输送到高压水分水环(803)中，然后将高压软管中的高压水输送到钻切系统中的刀盘中，最后，高压水通过刀盘钻切相应的软硬土层以完成钻切施工；主排泥管(601)的下部位于转盘箱体(727)中，转盘箱体(727)设置于地下，转盘箱体(727)的底部设置有填充层(726)，填充层(726)中填充有第二填充剂(704)，液压油分油环(802)和高压水分水环(803)位于转盘箱体(727)中；软管固定盘(703)水平安装在钻盘箱体(727)内壁上，且位于高压水分水环(803)和填充层(726)之间；软管固定盘(703)上开设有孔用于穿设并固定高压软管；液压油盘支撑柱支撑于液压油分油环(802)与软管固定盘(703)之间，用以固定液压油分油环(802)；分水盘支撑柱支撑于高压水分水环(803)与软管固定盘(703)之间，以共同固定高压水分水环(803)；刀盘防脱钩盘(724)设置于钻盘箱体(727)侧壁的末端，以保护刀盘，确保在平衡伸缩系统中各类液压油伸缩臂上下伸缩时不会掉落；填充层(726)置于刀盘上方，用于缓冲压力和保护土压传感器；土压传感器安装在刀盘上方的第二填充剂(704)填充的填充层(726)中，土压传感器通过土压传感器导线(306)与土压控制模块(307)连接，同时土压控制模块(307)还分别与水压增压器(404)、液压油增压器(401)连接，土压传感器用于感应软硬土层的钻切压力并反馈给控制箱(301)里中的土压控制模块(307)；控制系统(3)中的控制箱(301)固定于地面上，控制箱(301)内部设置有液压控制模块(308)和土压控制模块(307)，液压控制模块(308)和土压控制模块(307)用于接收与处理置于地下的传感系统传来的钻切反馈信息，然后根据反馈信息对应调节动力系统、增压系统、排泥系统和平衡伸缩系统工作；线路保护管(302)用于将排泥管转动器导线(303)与钻盘箱体(727)中的清泥刀转动器导线(304)、液压油泵传感器导线(305)、土压传感器导线(306)汇聚后与控制箱(301)连接；支撑保护系统的外保护管(701)和第一填充剂(702)用于保证钻盘箱体(727)的安全；外保护管(701)位于转盘箱体(727)的上方，并套设于主排泥管(601)、线路保护管(302)、液压油管(801)、高压水管(804)外，第一填充剂(702)填充除通往地面通道以外的全部管道空隙。3.根据权利要求2所述的用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置，其特征在于：排泥管转动器(101)带动主排泥管(601)左右30°转动，主排泥管(601)带动刀盘呈左右30°转动。4.根据权利要求2所述的用于软硬地层的平衡伸缩式全水压钻切装置，其特征在于：刀盘包括一号刀盘(901)、二号刀盘(902)、三号刀盘(903)、四号刀盘(904)、五号刀盘(905)、六号刀盘(906)、七号刀盘(907)、八号刀盘(908)；相应的，液压传感器包括第一液压油传感器(201)、第二液压油传感器(202)、第三液压油传感器(203)、第四液压油传感器(204)、第五液压油传感器(205)、第六液压油传感器(206)、第七液压油传感器(207)、第八液压油传感器(208)；液压油伸缩臂包括第一液压油伸缩臂(509)、第二液压油伸缩臂(510)、第三液压油伸缩臂(511)、第四液压油伸缩臂(512)、第五液压油伸缩臂(513)、第六液压油伸缩臂(514)、第七液压油伸缩臂(515)、第八液压油伸缩臂(516)；进一步，第一液压油传感器(201)安装在液压油分油环(802)和第一液压油伸缩臂(509)上的连接处、第二液压油传感器(202)安装在液压油分油环(802)和第二液压油伸缩(510)上的连接处、第三液压油传感器(203)安装在液压油分油环(802)和第三液压油伸缩臂(511)上的连接处、第四液压油传感器(204)安装在液压油分油环(802)和第四液压油伸缩臂(512)上的连接处、第五液压油传感器(205)安装在液压油分油环(802)和第五液压油伸缩臂(513)上的连接处、第六液压油传感器(206)安装在液压油分油环(802)和第六液压油伸缩臂(514)上的连接处、第七液压油传感器(207)安装在液压油分油环(802)和第七液压油伸缩臂(515)上的连接处、第八液压油传感器(208)安装在液压油分油环(802)和第八液压油伸缩臂(516)上的连接处；以上液压油传感器安装主要用于感应钻切力的平衡，以及实时反馈各类钻切信息给控制箱(301)中的液压控制模块(308)，以控制其对应的第一液压油伸缩臂(509)、第二液压油伸缩臂(510)、第三液压油伸缩臂(511)、第四液压油伸缩臂(512)、第五液压油伸缩臂(513)、第六液压油伸缩臂(514)、第七液压油伸缩臂(515)、第八液压油伸缩臂(516)等伸缩臂的伸缩；相应的，平衡弹簧包括第一平衡弹簧(501)、第二平衡弹簧(502)、第三平衡弹簧(503)、第四平衡弹簧(504)、第五平衡弹簧(505)、第六平衡弹簧(506)、第七平衡弹簧(507)、第八...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宝平，罗战友，唐文权，欧阳雯欣，刘静娟，杨建辉，陶燕丽，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33