[发明专利]一种用于嵌岩桩软硬不均地层的气压控制式切岩装置

摘要

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。

主权项

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)。