[发明专利]用于软硬地层的倒杯型高水压伸缩式复合钻切装置

说明书

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。

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。