用于软硬地层的多区冷冻式智能升降钻切装置的制作方法

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多区冷冻式智能升降钻切装置。

背景技术：

软硬地层是一种非均质地层，是地下工程建设过程中的引发地质灾害的主要危险源，特别是富水软硬不均地层，极易引发地表沉降、桩位偏差、地表建筑物倒塌、盾构隧道开仓换刀面坍塌、海底富水隧道破裂等事故，这是因为在软硬地层穿越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，在该地层的钻切速度，以及软硬不均地层对钻切刀具的反作用力不相等，从而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。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于软硬地层的多区冷冻式智能升降钻切装置，该装置具有富水地层全面冻结、冻区快速选取、冻区钻进切割一体化、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多区冷冻式智能升降钻切装置，包括多管排泥系统、多层钻切系统、刀盘升降系统、应急冷冻系统、多管冲刷系统、多层骨架系统。

其中，多管排泥系统包括b区排泥管、c区排泥管、离心排泥机。多层钻切系统包括钻头和耐磨底盘，钻头具体包括a区核心钻、b区钉型钻、c区螺纹钻，耐磨底盘包括b区耐磨底盘、c区耐磨底盘。刀盘升降系统包括刀盘升降控制器、滚珠、活动插销。应急冷冻系统包括冷冻控制器、冷却盐水剂、冷冻管。多管冲刷系统包括b区排水管、c区排水管、中心排水管、高效泵水机。多层骨架系统包括a区中空合金骨架、b区刀盘、c区刀盘。

本发明中，中心排水管设置在a区中空合金骨架中，且中心排水管与外部高效泵水机连接，a区中空合金骨架的中部开设预留孔以便于设置活动插销。

进一步，b区刀盘滑动套设在a区中空合金骨架的外侧，且b区刀盘的内部纵向焊接有b区排泥管及b区排水管，b区排泥管与外部的排泥离心机连接，b区排水管与外部高效泵水机连接。

进一步，c区刀盘滑动套设在b区刀盘的外侧，且c区刀盘的中部开设预留孔以便于设置活动插销，c区刀盘内部纵向设置有c区排泥管以及c区排水管，c区排泥管与外部的排泥离心机连接，c区排水管与外部高效泵水机连接。

进一步，b区刀盘的底部安装有b区耐磨底盘，b区耐磨底盘的底部安装有b区钉型钻，b区耐磨底盘的底部中心安装有a区核心钻；c区刀盘的底部安装有c区耐磨底盘，c区耐磨底盘的底部安装有c区螺纹钻。

进一步，b区刀盘内中部的左右两侧各设置一个刀盘升降控制器，若干滚珠分多层布设在刀盘升降控制器中，并位于刀盘升降控制器的两侧，b区刀盘与a区中空合金骨架之间，以及b区刀盘与c区刀盘之间，均通过滚珠滑动连接，通过控制刀盘升降控制器的升降可以驱使滚珠滑动，从而驱动b区刀盘、c区刀盘实现相互独立的上下移动。同时活动插销也分多层布设在刀盘升降控制器中，并位于刀盘升降控制器的两侧；通过刀盘升降控制器可以控制位于其内侧的活动插销插入a区中空合金骨架的预留孔中，可以将a区中空合金骨架与b区刀盘固定，通过刀盘升降控制器可以控制位于其外侧的活动插销插入c区刀盘的预留孔中，可以将c区刀盘与b区刀盘固定。

本发明中，b区刀盘、c区刀盘均可以通过刀盘升降控制器控制滚珠滑动实现相互独立或同步的上下移动，且b区刀盘、c区刀盘两者可以相对运动。当b区刀盘和/或c区刀盘升降后，可以通过刀盘升降控制器控制活动插销插入相应的预留孔中进行固定。

进一步，刀盘升降控制器的下部焊接冷冻控制器，冷冻控制器内部两侧分别设置冷却盐水剂，一侧靠近a区中空合金骨架，另一侧靠近冷冻管c区刀盘。a区中空合金骨架与b区刀盘的接触间隙之间，以及b区刀盘与c区刀盘的接触缝隙之间均设置有冷冻管，冷冻管与冷冻控制器连接，冷冻控制器用于释放冷却的低温盐水，并通过冷冻管输送至地层，冻结待施工的多区域冻结地层。

在优选的实施方式中，多管排泥系统可以包括第一b区排泥管、第二b区排泥管、第三b区排泥管、第四b区排泥管、第一c区排泥管、第二c区排泥管、第三c区排泥管、第四c区排泥管、离心排泥机。

多层钻切系统可以包括第一b区钉型钻、第二b区钉型钻、第三b区钉型钻、第四b区钉型钻、第五b区钉型钻、第六b区钉型钻、第七b区钉型钻、第八b区钉型钻、第九b区钉型钻、第十b区钉型钻、第十一b区钉型钻、第十二b区钉型钻、第十三b区钉型钻、第十四b区钉型钻、第十五b区钉型钻、第十六b区钉型钻、第十七b区钉型钻、第十八b区钉型钻、第十九b区钉型钻、第二十b区钉型钻、第一c区螺纹钻、第二c区螺纹钻、第三c区螺纹钻、第四c区螺纹钻、第五c区螺纹钻、第六c区螺纹钻、第七c区螺纹钻、第八c区螺纹钻、第九c区螺纹钻、第十c区螺纹钻、第十一c区螺纹钻、第十二c区螺纹钻、第十三c区螺纹钻、第十四c区螺纹钻、第十五c区螺纹钻、第十六c区螺纹钻、第十七c区螺纹钻、第十八c区螺纹钻、第十九c区螺纹钻、第二十c区螺纹钻、第二十一c区螺纹钻、第二十二c区螺纹钻、第二十三c区螺纹钻、第二十四c区螺纹钻、第二十五c区螺纹钻、第二十六c区螺纹钻、第二十七c区螺纹钻、第二十八c区螺纹钻、第二十九c区螺纹钻、第三十c区螺纹钻、第三十一c区螺纹钻、第三十二c区螺纹钻、a区核心钻、b区耐磨底盘、c区耐磨底盘。

刀盘升降系统可以包括第一刀盘升降控制器、第二刀盘升降控制器、第一滚珠、第二滚珠、第三滚珠、第四滚珠、第五滚珠、第六滚珠、第七滚珠、第八滚珠、第九滚珠、第十滚珠、第十一滚珠、第十二滚珠、第十三滚珠、第十四滚珠、第十五滚珠、第十六滚珠、第十七滚珠、第十八滚珠、第十九滚珠、第二十滚珠、第二十一滚珠、第二十二滚珠、第二十三滚珠、第二十四滚珠、第一活动插销、第二活动插销、第三活动插销、第四活动插销、第五活动插销、第六活动插销、第七活动插销、第八活动插销。

应急冷冻系统可以包括第一冷冻控制器、第二冷冻控制器、第一冷却盐水剂、第二冷却盐水剂、第三冷却盐水剂、第四冷却盐水剂、冷冻管。

多管冲刷系统可以包括第一b区排水管、第二b区排水管、第一c区排水管、第二c区排水管、第三c区排水管，第四c区排水管、中心排水管、高效泵水机。

多层骨架系统，包括a区中空合金骨架、b区刀盘、c区刀盘。

多管排泥系统中第一b区排泥管、第二b区排泥管、第三b区排泥管、第四b区排泥管、第一c区排泥管、第二c区排泥管、第三c区排泥管、第四c区排泥管均与外部安置的离心排泥机螺栓连接，所有排泥管由耐磨内胆和不锈钢外壳制成，具有排泥高效不堵塞的优点，离心排泥机由引泥管，出泥管，离心扇，机壳，马达，输电线组成，具有高效排泥的优点。

多层钻切系统中第一b区钉型钻头、第二b区钉型钻、第三b区钉型钻、第四b区钉型钻、第五b区钉型钻、第六b区钉型钻、第七b区钉型钻、第八b区钉型钻、第九b区钉型钻、第十b区钉型钻、第十一b区钉型钻、第十二b区钉型钻、第十三b区钉型钻、第十四b区钉型钻、第十五b区钉型钻、第十六b区钉型钻、第十七b区钉型钻、第十八b区钉型钻、第十九b区钉型钻、第二十b区钉型钻安置在b区刀盘下，钉型钻由高强度合金制成耐磨损，强度极高，碎石能力好。

第一c区螺纹钻、第二c区螺纹钻、第三c区螺纹钻、第四c区螺纹钻、第五c区螺纹钻、第六c区螺纹钻、第七c区螺纹钻、第八c区螺纹钻、第九c区螺纹钻、第十c区螺纹钻、第十一c区螺纹钻、第十二c区螺纹钻、第十三c区螺纹钻、第十四c区螺纹钻、第十五c区螺纹钻、第十六c区螺纹钻、第十七c区螺纹钻、第十八c区螺纹钻、第十九c区螺纹钻、第二十c区螺纹钻、第二十一c区螺纹钻、第二十二c区螺纹钻、第二十三c区螺纹钻、第二十四c区螺纹钻、第二十五c区螺纹钻、第二十六c区螺纹钻、第二十七c区螺纹钻、第二十八c区螺纹钻、第二十九c区螺纹钻、第三十c区螺纹钻、第三十一c区螺纹钻、第三十二c区螺纹钻安置在c区刀盘下，螺纹钻由高强度合金制成，碎土能力好，发布均匀。

a区核心钻安置在b区耐磨底盘底部中心，c区耐磨底盘安置在b区耐磨底盘外侧，a区核心钻由高强度合金制成，具有破土快，耐腐蚀，耐磨耗的优点，b区耐磨底盘和c区耐磨底盘均由不锈钢制成，耐磨损，耐腐蚀。

刀盘升降系统中，第一滚珠、第二滚珠、第三滚珠、第四滚珠、第五滚珠、第六滚珠、第七滚珠、第八滚珠、第九滚珠、第十滚珠、第十一滚珠、第十二滚珠按三层每层四颗滚珠安设在第一刀盘升降控制器中，且这些滚珠可以在第二刀盘升降控制器的两侧对称布设；第十三滚珠、第十四滚珠、第十五滚珠、第十六滚珠、第十七滚珠、第十八滚珠、第十九滚珠、第二十滚珠、第二十一滚珠、第二十二滚珠、第二十三滚珠、第二十四滚珠按三层每层四颗滚珠安设在第二刀盘升降控制器中，且这些滚珠可以在第二刀盘升降控制器的两侧对称布设；刀盘升降控制器具备抗干扰能力强、反应迅速的特性，滚珠由高强度合金制成，耐挤压，不易变形，活动灵敏；第一活动插销、第二活动插销、第三活动插销、第四活动插销、第五活动插销、第六活动插销、第七活动插销、第八活动插销分别安置在第一刀盘升降控制器、第二刀盘升降控制器中部；a区中空合金骨架中部开设第五预留孔、第六预留孔、第七预留孔、第八预留孔、第十三预留孔、第十四预留孔、第十五预留孔、第十六预留孔，c区刀盘中部开设第一预留孔、第二预留孔、第三预留孔、第四预留孔、第九预留孔、第十预留孔、第十一预留孔、第十二预留孔，活动插销由高强度合金制成，抗剪能力好，自由移动。

应急冷冻系统中第一冷冻控制器内部两侧安置第一冷却盐水剂、第二冷却盐水剂，第二冷冻控制器内部两侧安置第三冷却盐水剂、第四冷却盐水剂，冷冻控制器能实时控制冷却区域的温度，冷却盐水剂主要指低温的冷却盐水材料，用于冷却地层，冷冻管用于释放冷却的低温盐水，用于冻结待施工的多区域冻结地层。

多管冲刷系统中第一b区排水管、第二b区排水管、第一c区排水管、第二c区排水管、第三c区排水管，第四c区排水管、中心排水管均与外部高效泵水机连接，排水管由不锈钢制成外壳，耐高压材料制成内胆，具有耐高压，排水通畅的优点，高效泵水机由引水管，涡轮，电机组成，泵水高效。

多层骨架系统中a区中空合金骨架位于b区刀盘内，b区刀盘位于c区刀盘内，均由高强度合金制成，耐腐蚀，耐磨损，强度极高，起支承作用。

本发明通过控制第一刀盘升降控制器和第二刀盘升降控制器的升降驱使内设的二十四颗滚珠滑动，致使b区刀盘、c区刀盘实现相互独立的上下移动。

本发明装置工作原理是：

多层钻切系统分为独立的a、b、c三个区域，通过控制第一刀盘升降控制器和第二刀盘升降控制器的升降驱使内设的二十四颗滚珠滑动，致使b区刀盘、c区刀盘、a区核心钻相互组合实现独立的上下移动；当需要使用b区刀盘和a区核心钻组合钻切岩土体时，利用刀盘升降控制器的升降特性，使c区刀盘垂向上升，同时使b区刀盘垂向伸出与a区核心钻处于同一水平；当需要使用c区刀盘和a区核心钻组合钻切岩土体时，利用刀盘升降控制器的升降特性，使b区刀盘垂向上升，同时使c区刀盘垂向伸出与a区核心钻处于同一水平；当需要b区刀盘、c区刀盘、a区核心钻同时钻切岩土体时，利用刀盘升降控制器使三个区域刀盘处于同一水平；施工过程中，如遇富水软硬地层，启用多区域冷冻式应急施工措施，利用第一冷冻控制器控制第一冷却盐水剂、第二冷却盐水剂，第二冷冻控制器控制第三冷却盐水剂、第四冷却盐水剂，控制第一冷却盐水剂、第二冷却盐水剂、第三冷却盐水剂、第四冷却盐水剂释放出冷却盐水，释放的冷却盐水通过冷冻管输送到待施工的a区、b区和c区等三个区域地层。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1.本发明装置采用多区域独立升降式钻切刀具，通过在多层钻切系统设独立的a、b、c三个区域，通过控制第一刀盘升降控制器和第二刀盘升降控制器的升降驱使内设的二十四颗滚珠滑动，致使b区刀盘、c区刀盘、a区核心钻相互组合实现独立的上下移动，当需要钻切a区、b区、c区的任意地层时，只需操控刀盘升降控制器以控制待钻切区域的刀盘垂向伸出，使刀盘处于同一水平即可进行地层钻切施工，实现了任意地层的孔内选刀和孔内快速换刀，提高了施工进度，节约了施工成本。

2.本发明装置采用冷冻式冻结钻切法，通过设在b区刀盘内的冷冻控制器控制冷却盐水剂释放出冷却盐水，进而释放的冷却盐水通过冷冻管随着刀盘的垂向伸出而注入到待施工的a区、b区和c区等地层，实现了复杂地层多区域分块快速冻结钻切，避免孔内软硬不均地层因富水引发坍塌等质量事故，施工质量可靠，成本低。

3.本发明装置具有富水地层全面冻结、冻区快速选取、冻区钻进切割一体化、钻切力均匀、成本低、成孔精度高、钻切速度快的特点。

附图说明

图1为本发明用于软硬地层的多区冷冻式智能升降钻切装置的主视剖面图。

图2为图1逆时针旋转45°的剖面图。

图3为图1逆时针旋转90°的剖面面。

图4为图1的底部仰视图。

图5为图1沿a-a’切线俯视图。

图6为图1沿b-b’切线俯视图。

图7为图1沿c-c’切线俯视图。

图8为图1沿d-d’切线俯视图。

图9为本发明装置冷冻施工时的剖面示意图。

图10为本发明装置c区刀盘升降时的剖面示意图。

图11为本发明装置b区和c区刀盘独立升降时的剖面示意图。

其中：1为多管排泥系统、101为第一b区排泥管、102为第二b区排泥管、103为第三b区排泥管、104为第四b区排泥管、105为第一c区排泥管、106为第二c区排泥管、107为第三c区排泥管、108为第四c区排泥管、109为离心排泥机；

2为多层钻切系统、201为第一b区钉型钻、202为第二b区钉型钻、203为第三b区钉型钻、204为第四b区钉型钻、205为第五b区钉型钻、206为第六b区钉型钻、207为第七b区钉型钻、208为第八b区钉型钻、209为第九b区钉型钻、210为第十b区钉型钻、211为第十一b区钉型钻、212为第十二b区钉型钻、213为第十三b区钉型钻、214为第十四b区钉型钻、215为第十五b区钉型钻、216为第十六b区钉型钻、217为第十七b区钉型钻、218为第十八b区钉型钻、219为第十九b区钉型钻、220为第二十b区钉型钻、221为第一c区螺纹钻、222为第二c区螺纹钻、223为第三c区螺纹钻、224为第四c区螺纹钻、225为第五c区螺纹钻、226为第六c区螺纹钻、227为第七c区螺纹钻、228为第八c区螺纹钻、229为第九c区螺纹钻、230为第十c区螺纹钻、231为第十一c区螺纹钻、232为第十二c区螺纹钻、233为第十三c区螺纹钻、234为第十四c区螺纹钻、235为第十五c区螺纹钻、236为第十六c区螺纹钻、237为第十七c区螺纹钻、238为第十八c区螺纹钻、239为第十九c区螺纹钻、240为第二十c区螺纹钻、241为第二十一c区螺纹钻、242为第二十二c区螺纹钻、243为第二十三c区螺纹钻、244为第二十四c区螺纹钻、245为第二十五c区螺纹钻、246为第二十六c区螺纹钻、247为第二十七c区螺纹钻、248为第二十八c区螺纹钻、249为第二十九c区螺纹钻、250为第三十c区螺纹钻、251为第三十一c区螺纹钻、252为第三十二c区螺纹钻、253为a区核心钻、254为b区耐磨底盘、255为c区耐磨底盘；

3为刀盘升降系统、301为第一刀盘升降控制器、302为第二刀盘升降控制器、303为第一滚珠、304为第二滚珠、305为第三滚珠、306为第四滚珠、307为第五滚珠、308为第六滚珠、309为第七滚珠、310为第八滚珠、311为第九滚珠、312为第十滚珠、313为第十一滚珠、314为第十二滚珠、315为第十三滚珠、316为第十四滚珠、317为第十五滚珠、318为第十六滚珠、319为第十七滚珠、320为第十八滚珠、321为第十九滚珠、322为第二十滚珠、323为第二十一滚珠、324为第二十二滚珠、325为第二十三滚珠、326为第二十四滚珠、327为第一活动插销、328为第二活动插销、329为第三活动插销、330为第四活动插销、331为第五活动插销、332为第六活动插销、333为第七活动插销、334为第八活动插销、335为第一预留孔、336为第二预留孔、337为第三预留孔、338为第四预留孔、339为第五预留孔、340为第六预留孔、341为第七预留孔、342为第八预留孔、343为第九预留孔、344为第十预留孔、345为第十一预留孔、346为第十二预留孔、347为第十三预留孔、348为第十四预留孔、349为第十五预留孔、350为第十六预留孔；

4为应急冷冻系统、401为第一冷冻控制器、402为第二冷冻控制器、403为第一冷却盐水剂、404为第二冷却盐水剂、405为第三冷却盐水剂、406为第四冷却盐水剂、407为冷冻管；

5为多管冲刷系统、501为第一b区排水管、502为第二b区排水管、

503为第一c区排水管、504为第二c区排水管、505为第三c区排水管，506为第四c区排水管、507为中心排水管、508为高效泵水机；

6为多层骨架系统、601为区中空合金骨架、602为b区刀盘、603为c区刀盘；

7为地层系统、701为软土层、702为硬土层、703为冻结层。

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11所示，一种用于软硬地层的多区冷冻式智能升降钻切装置，包括多管排泥系统1、多层钻切系统2、刀盘升降系统3、应急冷冻系统4、多管冲刷系统5、多层骨架系统6。

多管排泥系统1，包括第一b区排泥管101、第二b区排泥管102、第三b区排泥管103、第四b区排泥管104、第一c区排泥管105、第二c区排泥管106、第三c区排泥管107、第四c区排泥管108、离心排泥机109。

多层钻切系统2，包括第一b区钉型钻201、第二b区钉型钻202、第三b区钉型钻203、第四b区钉型钻204、第五b区钉型钻205、第六b区钉型钻206、第七b区钉型钻207、第八b区钉型钻208、第九b区钉型钻209、第十b区钉型钻210、第十一b区钉型钻211、第十二b区钉型钻212、第十三b区钉型钻213、第十四b区钉型钻214、第十五b区钉型钻215、第十六b区钉型钻216、第十七b区钉型钻217、第十八b区钉型钻218、第十九b区钉型钻219、第二十b区钉型钻220、第一c区螺纹钻221、第二c区螺纹钻222、第三c区螺纹钻223、第四c区螺纹钻224、第五c区螺纹钻225、第六c区螺纹钻226、第七c区螺纹钻227、第八c区螺纹钻228、第九c区螺纹钻229、第十c区螺纹钻230、第十一c区螺纹钻231、第十二c区螺纹钻232、第十三c区螺纹钻233、第十四c区螺纹钻234、第十五c区螺纹钻235、第十六c区螺纹钻236、第十七c区螺纹钻237、第十八c区螺纹钻238、第十九c区螺纹钻239、第二十c区螺纹钻240、第二十一c区螺纹钻241、第二十二c区螺纹钻242、第二十三c区螺纹钻243、第二十四c区螺纹钻244、第二十五c区螺纹钻245、第二十六c区螺纹钻246、第二十七c区螺纹钻247、第二十八c区螺纹钻248、第二十九c区螺纹钻249、第三十c区螺纹钻250、第三十一c区螺纹钻251、第三十二c区螺纹钻252、a区核心钻253、b区耐磨底盘254、c区耐磨底盘255。

刀盘升降系统3，包括第一刀盘升降控制器301、第二刀盘升降控制器302、第一滚珠303、第二滚珠304、第三滚珠305、第四滚珠306、第五滚珠307、第六滚珠308、第七滚珠309、第八滚珠310、第九滚珠311、第十滚珠312、第十一滚珠313、第十二滚珠314、第十三滚珠315、第十四滚珠316、第十五滚珠317、第十六滚珠318、第十七滚珠319、第十八滚珠320、第十九滚珠321、第二十滚珠322、第二十一滚珠323、第二十二滚珠324、第二十三滚珠325、第二十四滚珠326、第一活动插销327、第二活动插销328、第三活动插销329、第四活动插销330、第五活动插销331、第六活动插销332、第七活动插销333、第八活动插销334、第一预留孔335、第二预留孔336、第三预留孔337、第四预留孔338、第五预留孔339、第六预留孔340、第七预留孔341、第八预留孔342、第九预留孔343、第十预留孔344、第十一预留孔345、第十二预留孔346、第十三预留孔347、第十四预留孔348、第十五预留孔349、第十六预留孔350。

应急冷冻系统4，包括第一冷冻控制器401、第二冷冻控制器402、第一冷却盐水剂403、第二冷却盐水剂404、第三冷却盐水剂405、第四冷却盐水剂406、冷冻管407。

多管冲刷系统5，包括第一b区排水管501、第二b区排水管502、第一c区排水管503、第二c区排水管504、第三c区排水管505，第四c区排水管506、中心排水管507、高效泵水机508。

多层骨架系统6，包括a区中空合金骨架601、b区刀盘602、c区刀盘603。

此外，地层系统7，包括软土层701、硬土层702、冻结层703。

本发明装置的连接构造是：

a区中空合金骨架601内设置中心排水管507，其中部预留第五预留孔339、第六预留孔340、第七预留孔341、第八预留孔342、第十三预留孔347、第十四预留孔348、第十五预留孔349、第十六预留孔350，其下端焊接a区核心钻253，其中，第五预留孔339、第六预留孔340用于安设第三活动插销329，第七预留孔341、第八预留孔342用于安设第四活动插销330，第十三预留孔347、第十四预留孔348用于安设第七活动插销333，第十五预留孔349、第十六预留孔350用于安设第八活动插销334。

b区刀盘602设置在a区中空合金骨架601外侧，b区刀盘602内部分别与第一b区排泥管101、第二b区排泥管102、第三b区排泥管103、第四b区排泥管104焊接连接，其中部设置第一刀盘升降控制器301、第二刀盘升降控制器302；第一刀盘升降控制器301下部焊接第一冷冻控制器401，第二刀盘升降控制器302下部焊接第二冷冻控制器402。

第一冷冻控制器401内部两侧安置第一冷却盐水剂403、第二冷却盐水剂404，第二冷冻控制器402内部两侧安置第三冷却盐水剂405、第四冷却盐水剂406。a区中空合金骨架601与b区刀盘602的接触间隙之间，以及b区刀盘与c区刀盘的接触缝隙之间均设置有冷冻管407，冷冻管407与冷冻控制器401、第二冷冻控制器402连接，冷冻控制器用于释放冷却的低温盐水，并通过冷冻管407输送至地层，冻结待施工的多区域冻结地层703。

c区刀盘603设置在b区刀盘602外侧，c区刀盘603上预留第一预留孔335、第二预留孔336、第三预留孔337、第四预留孔338、第九预留孔343、第十预留孔344、第十一预留孔345、第十二预留孔346，其中，第一预留孔335、第二预留孔336用于安设第一活动插销327，第三预留孔337、第四预留孔338用于安设第二活动插销328，第九预留孔343、第十预留孔344用于安设第五活动插销331，第十一预留孔345、第十二预留孔346用于安设第六活动插销332；c区刀盘603内安置设第一c区排泥管105、第二c区排泥管106、第三c区排泥管107、第四c区排泥管108以及第一c区排水管503、第二c区排水管504、第三c区排水管505，第四c区排水管506。

第一滚珠303、第二滚珠304、第三滚珠305、第四滚珠306、第五滚珠307、第六滚珠308、第七滚珠309、第八滚珠310、第九滚珠311、第十滚珠312、第十一滚珠313、第十二滚珠314按三层每层四颗滚珠安设在第一刀盘升降控制器301中，第十三滚珠315、第十四滚珠316、第十五滚珠317、第十六滚珠318、第十七滚珠319、第十八滚珠320、第十九滚珠321、第二十滚珠322、第二十一滚珠323、第二十二滚珠324、第二十三滚珠325、第二十四滚珠326按三层每层四颗滚珠安设在第二刀盘升降控制器302中。

通过控制第一刀盘升降控制器301和第二刀盘升降控制器302的升降驱使内设的二十四颗滚珠滑动，致使b区刀盘602、c区刀盘603实现相互独立的上下移动。

b区刀盘602底部焊接b区耐磨底盘254，b区耐磨底盘254底部通过螺栓安设第一b区钉型钻201、第二b区钉型钻202、第三b区钉型钻203、第四b区钉型钻204、第五b区钉型钻205、第六b区钉型钻206、第七b区钉型钻207、第八b区钉型钻208、第九b区钉型钻209、第十b区钉型钻210、第十一b区钉型钻211、第十二b区钉型钻212、第十三b区钉型钻213、第十四b区钉型钻214、第十五b区钉型钻215、第十六b区钉型钻216、第十七b区钉型钻217、第十八b区钉型钻218、第十九b区钉型钻219、第二十b区钉型钻220。

c区刀盘603底部焊接c区耐磨底盘245，c区耐磨底盘255底部通过螺栓安设第一c区螺纹钻221、第二c区螺纹钻222、第三c区螺纹钻223、第四c区螺纹钻224、第五c区螺纹钻225、第六c区螺纹钻226、第七c区螺纹钻227、第八c区螺纹钻228、第九c区螺纹钻229、第十c区螺纹钻230、第十一c区螺纹钻231、第十二c区螺纹钻232、第十三c区螺纹钻233、第十四c区螺纹钻234、第十五c区螺纹钻235、第十六c区螺纹钻236、第十七c区螺纹钻237、第十八c区螺纹钻238、第十九c区螺纹钻239、第二十c区螺纹钻240、第二十一c区螺纹钻241、第二十二c区螺纹钻242、第二十三c区螺纹钻243、第二十四c区螺纹钻244、第二十五c区螺纹钻245、第二十六c区螺纹钻246、第二十七c区螺纹钻247、第二十八c区螺纹钻248、第二十九c区螺纹钻249、第三十c区螺纹钻250、第三十一c区螺纹钻251、第三十二c区螺纹钻252。

本发明装置工作原理是：

多层钻切系统分为独立的a、b、c三个区域，通过控制第一刀盘升降控制器301和第二刀盘升降控制器302的升降驱使内设的二十四颗滚珠滑动，致使b区刀盘602、c区刀盘603、a区核心钻253相互组合实现独立的上下移动；当需要使用b区刀盘602和a区核心钻253组合钻切岩土体时，利用刀盘升降控制器的升降特性，使c区刀盘603垂向上升，同时使b区刀盘602垂向伸出与a区核心钻253处于同一水平；当需要使用c区刀盘603和a区核心钻253组合钻切岩土体时，利用刀盘升降控制器的升降特性，使b区刀盘602垂向上升，同时使c区刀盘603垂向伸出与a区核心钻253处于同一水平；当需要b区刀盘602、c区刀盘603、a区核心钻253同时钻切岩土体时，利用刀盘升降控制器使三个区域刀盘处于同一水平；施工过程中，如遇富水软硬地层，启用多区域冷冻式应急施工措施，利用第一冷冻控制器401控制第一冷却盐水剂403、第二冷却盐水剂404，第二冷冻控制器402控制第三冷却盐水剂405、第四冷却盐水剂406，控制第一冷却盐水剂403、第二冷却盐水剂404、第三冷却盐水剂405、第四冷却盐水剂406释放出冷却盐水，释放的冷却盐水通过冷冻管407输送到待施工的a区、b区和c区等三个区域地层。

多管排泥系统1中第一b区排泥管101、第二b区排泥管102、第三b区排泥管103、第四b区排泥管104、第一c区排泥管105、第二c区排泥管106、第三c区排泥管107、第四c区排泥管108均与外部安置的离心排泥机109螺栓连接，所有排泥管均采用耐磨内胆和不锈钢外壳制成，具有排泥高效不堵塞的优点，离心排泥机109包括引泥管，出泥管，离心扇，机壳，马达，输电线，具有高效排泥的优点。

多层钻切系统2中第一b区钉型钻头201、第二b区钉型钻202、第三b区钉型钻203、第四b区钉型钻204、第五b区钉型钻205、第六b区钉型钻206、第七b区钉型钻207、第八b区钉型钻208、第九b区钉型钻209、第十b区钉型钻210、第十一b区钉型钻211、第十二b区钉型钻212、第十三b区钉型钻213、第十四b区钉型钻214、第十五b区钉型钻215、第十六b区钉型钻216、第十七b区钉型钻217、第十八b区钉型钻218、第十九b区钉型钻219、第二十b区钉型钻220安置在b区刀盘602下，钉型钻由高强度合金制成耐磨损，强度极高，碎石能力好。

第一c区螺纹钻221、第二c区螺纹钻222、第三c区螺纹钻223、第四c区螺纹钻224、第五c区螺纹钻225、第六c区螺纹钻226、第七c区螺纹钻227、第八c区螺纹钻228、第九c区螺纹钻229、第十c区螺纹钻230、第十一c区螺纹钻231、第十二c区螺纹钻232、第十三c区螺纹钻233、第十四c区螺纹钻234、第十五c区螺纹钻235、第十六c区螺纹钻236、第十七c区螺纹钻237、第十八c区螺纹钻238、第十九c区螺纹钻239、第二十c区螺纹钻240、第二十一c区螺纹钻241、第二十二c区螺纹钻242、第二十三c区螺纹钻243、第二十四c区螺纹钻244、第二十五c区螺纹钻245、第二十六c区螺纹钻246、第二十七c区螺纹钻247、第二十八c区螺纹钻248、第二十九c区螺纹钻249、第三十c区螺纹钻250、第三十一c区螺纹钻251、第三十二c区螺纹钻252安置在c区刀盘603下，螺纹钻由高强度合金制成，碎土能力好，发布均匀。

a区核心钻253安置在b区耐磨底盘254底部中心，c区耐磨底盘255安置在b区耐磨底盘254外侧，a区核心钻253由高强度合金制成，具有破土快，耐腐蚀，耐磨耗的优点，b区耐磨底盘254和c区耐磨底盘255均由不锈钢制成，耐磨损，耐腐蚀。

刀盘升降系统3中，第一滚珠303、第二滚珠304、第三滚珠305、第四滚珠306、第五滚珠307、第六滚珠308、第七滚珠309、第八滚珠310、第九滚珠311、第十滚珠312、第十一滚珠313、第十二滚珠314按三层每层四颗滚珠安设在第一刀盘升降控制器301中，第十三滚珠315、第十四滚珠316、第十五滚珠317、第十六滚珠318、第十七滚珠319、第十八滚珠320、第十九滚珠321、第二十滚珠322、第二十一滚珠323、第二十二滚珠324、第二十三滚珠325、第二十四滚珠326按三层每层四颗滚珠安设在第二刀盘升降控制器302中；刀盘升降控制器具备抗干扰能力强、反应迅速的特性，滚珠由高强度合金制成，耐挤压，不易变形，活动灵敏；第一活动插销327、第二活动插销328、第三活动插销329、第四活动插销330、第五活动插销331、第六活动插销332、第七活动插销333、第八活动插销334安置在第一刀盘升降控制器301、第二刀盘升降控制器302中部；a区中空合金骨架601中部预留第五预留孔339、第六预留孔340、第七预留孔341、第八预留孔342、第十三预留孔347、第十四预留孔348、第十五预留孔349、第十六预留孔350，c区刀盘603上预留第一预留孔335、第二预留孔336、第三预留孔337、第四预留孔338、第九预留孔343、第十预留孔344、第十一预留孔345、第十二预留孔346，活动插销由高强度合金制成，抗剪能力好，自由移动。

应急冷冻系统4中第一冷冻控制器401内部两侧安置第一冷却盐水剂403、第二冷却盐水剂404，第二冷冻控制器402内部两侧安置第三冷却盐水剂405、第四冷却盐水剂406，冷冻控制器能实时控制冷却区域的温度，冷却盐水剂主要指低温的冷却盐水材料，用于冷却地层，冷冻管407用于释放冷却的低温盐水，用于冻结待施工的多区域冻结地层703。

多管冲刷系统5中第一b区排水管501、第二b区排水管502、第一c区排水管503、第二c区排水管504、第三c区排水管505，第四c区排水管506、中心排水管507均与外部高效泵水机508连接，排水管由不锈钢制成外壳，耐高压材料制成内胆，具有耐高压，排水通畅的优点，高效泵水机508由引水管，涡轮，电机组成，泵水高效。

多层骨架系统6中a区中空合金骨架601位于b区刀盘602内，b区刀盘602位于c区刀盘603内，均由高强度合金制成，耐腐蚀，耐磨损，强度极高，起支承作用。

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。