一种易施工的市政顶管装置的制作方法

本发明属于顶管领域，尤其涉及一种易施工的市政顶管装置。

背景技术：

非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。

在岩石层顶管施工中，刀片磨损严重。截面积较大的顶头使得的顶管施工在前方岩石的作用下推进困难，传统的方法是通过在岩石上层开凿较小的坑，从上方将岩石层进行击碎，此方法导致顶管掘进施工效率下降，延长工期。

如果顶头上的大片强度足够大，大截面的顶头在岩石层中的掘进需要大功率的动力设备驱动。在考虑成本情况下，大部分的动力设备无法满足大截面顶头快速全面地对岩石层进行破碎掘进的要求。通常在现有动力设备的基础上，采用钻头在顶头掘进的岩石层工作面上进行打眼扩孔，以减小岩石层的强度，便于顶头上的刀片对岩石层的切削，此种方式的施工效率较低。

由此得出，岩石层大截面顶管施工存在掘进困难和小成本动力设备动力不足的问题，所以设计一种基于现有动力设备便于进行高效的大截面顶管施工的顶管装置很有必要。

本发明设计一种易施工的市政顶管装置解决如上问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种易施工的市政顶管装置，它是采用以下技术方案来实现的。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种易施工的市政顶管装置，它包括圆筒、圆环a、刀座a、刀头、圆块、圆柱壳、齿圈a、齿圈b、齿圈c、齿轮c、齿轮d、动力设备、转轴、钻头、齿轮e、环板a、液压柱a、环套c、液压柱b、l杆、滑套、限位块、压力弹簧、连杆、螺旋提升装置，其中圆筒一端旋转配合有圆环a，圆环a通过周向均匀分布的六个刀座a与中心处的圆块固连，每个刀座a上均安装有两排径向均匀分布的刀头；位于圆筒内且与圆筒同中心轴线的圆柱壳安装于圆块上；圆柱壳内旋转配合有同中心轴线的齿圈a、齿圈b和齿圈c，齿圈a被安装于圆筒内的动力设备驱动旋转；齿圈a的外圆柱齿面和齿圈b的内圆柱齿面同时与安装在圆柱壳内壁上的三个齿轮c啮合，齿圈b的外圆柱齿面和齿圈c的内圆柱齿面同时与安装在圆柱壳内壁上的三个齿轮d啮合；圆柱壳上旋转且轴向滑动配合有六组转轴，每组包括三个径向均匀分布且与齿圈a、齿圈b和齿圈c一一对应的转轴；齿圈a的内圆柱齿面、齿圈b的内圆柱齿面和齿圈c的内圆柱齿面分别与同圆的六个转轴上安装的齿轮e啮合；转轴末端的钻头与相应刀座a上的活动孔配合。

与六组转轴旋转配合的环板a被周向均匀地安装于圆筒内且轴向伸缩的若干液压柱a驱动；与圆柱壳轴向滑动配合且同中心轴线的环套c被周向均匀地安装于圆筒内且轴向伸缩的若干液压柱b驱动；圆柱壳柱面上周向均匀分布的五个活动槽内均径向滑动有滑套，滑套两端内均径向滑动有限位块，滑套内安装有对相应两个限位块进行复位的压力弹簧；位于圆柱壳内侧的限位块与齿圈c上周向均匀分布的五个限位槽a配合，位于圆柱壳外侧的限位块与圆筒内壁上周向均匀分布的五个限位槽b配合；周向均匀分布且径向滑动于圆柱壳端面上的五个滑块与五个滑套一一对应，滑块通过l杆与相应滑套连接；滑块通过连杆与环套c铰接；圆筒内安装有清理泥沙的螺旋提升装置。

作为本技术的进一步改进，上述每个转轴均周向旋转且轴向滑动于圆柱壳上的轴槽a中，圆环a旋转于圆筒一端外侧的环槽a内；环槽a的柱面上安装的环套d旋转于圆环a内壁上的环槽b内；圆柱壳通过连接柱安装于圆块上，以增加圆柱壳与刀座a之间的间距。圆块中部安装有外凸的刀座b，刀座b上对称安装有两排均匀分布的刀头，保证圆块中部位置的岩层在刀座b上的刀头的切削下碎裂，对导座a和圆块的继续掘进不形成阻碍，提高本发明对岩层的掘进效率。转轴与环板a上的轴槽b旋转配合，安装在转轴上的环套a旋转于相应轴槽b内壁上的环槽c内。

作为本技术的进一步改进，上述齿圈a的内圆柱齿面与安装在圆柱壳内壁上且周向均匀分布的三个齿轮b啮合；动力设备安装在圆筒内的固定板b上，动力设备的输出轴与圆筒内安装的固定板a中心处的圆槽b旋转配合；动力设备的输出轴穿过圆柱壳端面上的圆槽a，动力设备的输出轴上安装的齿轮a与三个齿轮b啮合。固定板b为动力设备的安装提供固定位置，固定板a为液压柱a和液压柱b的安装提供固定位置，同时与动力设备输出轴旋转配合的固定板a对动力设备的输出轴形成有效支撑，增强动力设备的输出轴强度。

作为本技术的进一步改进，上述环板a位于圆柱壳内，安装在环板a上的轴套嵌套于动力设备的输出轴上且与圆柱壳上的圆槽a轴向滑动配合；轴套末端安装有环板b，环板b上旋转配合有同中心轴线的环板c；液压柱a一端与环板c连接，另一端与固定板a连接；圆柱壳的圆槽a处安装有同中心轴线环套b，环套c嵌套于环套b上，环套c与环套b轴向滑动配合；环套c与安装在圆筒内的环板f周向旋转且轴向滑动配合；环套c一端安装有环板d，环板d上旋转配合有环板e；液压柱b一端与环板e连接，另一端与固定板a连接；螺旋提升装置安装在固定板a、固定板b和环板f上的排渣槽处。

作为本技术的进一步改进，上述齿圈a上安装有梯形导环a，梯形导环a旋转于圆柱壳内壁上的环形梯形导槽a内；齿圈b上安装有梯形导环b，梯形导环b旋转于圆柱壳内壁上的环形梯形导槽b内；齿圈c上安装有梯形导环c，梯形导环c旋转于圆柱壳内壁上的环形梯形导槽c内；滑块上安装有梯形导块，梯形导块径向滑动于圆柱壳端面上的梯形导槽d内；环板c上安装有梯形导环d，梯形导环d旋转于环板b上环形梯形导槽e内；环板e上安装有梯形导环e，梯形导环e旋转于环板d上的环形梯形导槽f中；环套c内壁对称安装有两个导向块a，两个导向块a分别滑动于环套b上的两个导向槽a内。导向槽a与导向块a的配合保证环套b与环套c之间只产生相对轴向滑动而不会产生相对旋转。限位块上对称安装有两个导向块b，两个导向块b分别滑动于相应滑套内壁上的两个导向槽b内。导向块b与导向槽b的配合保证限位块不会脱离滑套，且保证位于滑套中的压力弹簧始终处于压缩储能状态。压力弹簧的两端分别与相应的两个限位块连接。

作为本技术的进一步改进，首先，通过启动液压柱b将圆柱壳与齿圈c的相对旋转进行锁定，启动动力设备驱动圆块带动刀座a和刀座b上的刀头对前方的岩层工作面进行切削掘进；其次，解锁圆柱壳与齿圈c的相对旋转锁定，同时锁定圆柱壳与圆筒的相对旋转，通过启动动力设备驱动转轴带动钻头进给并对岩层工作面进行钻孔，钻孔结束回缩钻头；最后，重新将圆柱壳与齿圈c的相对旋转进行锁定，启动动力设备进行正常的掘进。

相对于传统的顶管设备，本发明中的刀座a和刀座b在遇到较硬的岩石层时停止掘进，利用直径较小的若干转轴自带的钻头对较硬的岩石层工作面进行打孔，使得较硬的岩石层工作面的强度降低，然后驱动刀座a和刀座b带动安装于其上的刀头再对布满钻孔的岩石层工作面进行切削掘进，有效地减小了刀座a和刀座b上的刀头的磨损，延长刀头的使用寿命，减小其维护成本，提高顶管施工的效率。同时，通过转轴上自带钻头的打孔减小岩层强度的方式可以有效利用功率较低的动力设备完成对较硬岩层工作面的掘进，进一步提高顶管施工的效率，减小动力设备成本。本发明结构简单，具有较好的使用效果。

附图说明

图1是本发明整体示意图。

图2是本发明整体剖面示意图。

图3是圆柱壳、转轴、齿轮e、齿圈a、齿圈b与齿圈c配合剖面示意图。

图4是齿轮a、齿轮b、齿圈a、齿轮c、齿圈b、齿轮d与齿圈c配合剖面示意图。

图5是圆柱壳、限位块、滑套、限位块与齿圈c配合剖面示意图。

图6是圆筒及其剖面示意图。

图7是圆环a、刀座a，刀头、刀座b与圆块配合及其剖面示意图。

图8是圆柱壳及其两个视角的剖面示意图。

图9是齿圈c及其剖面示意图。

图10是环板a及其剖面示意图。

图11是环板b及其剖面示意图。

图12是环套b及其剖面示意图。

图13是环板d及其剖面示意图。

图14是固定板a、环板f和固定板b及其三者的剖面示意图。

图15是环套c、连杆、滑块、l杆与滑套配合示意图。

图中标号名称：1、圆筒；2、环槽a；3、限位槽b；4、圆环a；5、环槽b；6、刀座a；7、活动孔；8、刀头；9、刀座b；10、圆块；11、连接柱；12、圆柱壳；13、圆槽a；14、轴槽a；15、梯形导槽a；16、梯形导槽b；17、梯形导槽c；18、梯形导槽d；19、活动槽；20、齿圈a；21、梯形导环a；22、齿圈b；23、梯形导环b；24、齿圈c；25、梯形导环c；26、齿轮b；27、齿轮c；28、齿轮d；29、齿轮a；31、动力设备；32、转轴；33、钻头；34、齿轮e；35、环套a；36、环板a；37、轴槽b；38、环槽c；39、轴套；40、环板b；41、梯形导槽e；42、环板c；43、梯形导环d；44、液压柱a；45、固定板a；46、环套b；47、导向槽a；48、环套c；49、导向块a；50、环板d；51、梯形导槽f；52、环板e；53、梯形导环e；54、液压柱b；55、环板f；56、排渣槽；57、固定板b；58、滑块；59、梯形导块；60、l杆；61、滑套；62、导向槽b；63、限位块；64、导向块b；65、压力弹簧；66、连杆；67、限位槽a；68、螺旋提升装置；69、环套d；70、圆槽b。

具体实施方式

附图均为本发明实施的示意图，以便于理解结构运行原理。具体产品结构及比例尺寸根据使用环境结合常规技术确定即可。

如图1、2、3所示，它包括圆筒1、圆环a4、刀座a6、刀头8、圆块10、圆柱壳12、齿圈a20、齿圈b22、齿圈c24、齿轮c27、齿轮d28、动力设备31、转轴32、钻头33、齿轮e34、环板a36、液压柱a44、环套c48、液压柱b54、l杆60、滑套61、限位块63、压力弹簧65、连杆66、螺旋提升装置68，其中如图1、2、7所示，圆筒1一端旋转配合有圆环a4，圆环a4通过周向均匀分布的六个刀座a6与中心处的圆块10固连，每个刀座a6上均安装有两排径向均匀分布的刀头8；如图2、3、4所示，位于圆筒1内且与圆筒1同中心轴线的圆柱壳12安装于圆块10上；圆柱壳12内旋转配合有同中心轴线的齿圈a20、齿圈b22和齿圈c24，齿圈a20被安装于圆筒1内的动力设备31驱动旋转；齿圈a20的外圆柱齿面和齿圈b22的内圆柱齿面同时与安装在圆柱壳12内壁上的三个齿轮c27啮合，齿圈b22的外圆柱齿面和齿圈c24的内圆柱齿面同时与安装在圆柱壳12内壁上的三个齿轮d28啮合；圆柱壳12上旋转且轴向滑动配合有六组转轴32，每组包括三个径向均匀分布且与齿圈a20、齿圈b22和齿圈c24一一对应的转轴32；齿圈a20的内圆柱齿面、齿圈b22的内圆柱齿面和齿圈c24的内圆柱齿面分别与同圆的六个转轴32上安装的齿轮e34啮合；如图2、3、7所示，转轴32末端的钻头33与相应刀座a6上的活动孔7配合。

如图2、4所示，与六组转轴32旋转配合的环板a36被周向均匀地安装于圆筒1内且轴向伸缩的若干液压柱a44驱动；与圆柱壳12轴向滑动配合且同中心轴线的环套c48被周向均匀地安装于圆筒1内且轴向伸缩的若干液压柱b54驱动；如图3、5、8所示，圆柱壳12柱面上周向均匀分布的五个活动槽19内均径向滑动有滑套61，滑套61两端内均径向滑动有限位块63，滑套61内安装有对相应两个限位块63进行复位的压力弹簧65；如图5、6、9所示，位于圆柱壳12内侧的限位块63与齿圈c24上周向均匀分布的五个限位槽a67配合；位于圆柱壳12外侧的限位块63与圆筒1内壁上周向均匀分布的五个限位槽b3配合；如图2、3、15所示，周向均匀分布且径向滑动于圆柱壳12端面上的五个滑块58与五个滑套61一一对应，滑块58通过l杆60与相应滑套61连接；滑块58通过连杆66与环套c48铰接；如图2所示，圆筒1内安装有清理泥沙的螺旋提升装置68。

如图2、6、8所示，上述每个转轴32均周向旋转且轴向滑动于圆柱壳12上的轴槽a14中，圆环a4旋转于圆筒1一端外侧的环槽a2内；如图2、6、7所示，环槽a2的柱面上安装的环套d69旋转于圆环a4内壁上的环槽b5内；如图2、4所示，圆柱壳12通过连接柱11安装于圆块10上，以增加圆柱壳12与刀座a6之间的间距。如图2、7所示，圆块10中部安装有外凸的刀座b9，刀座b9上对称安装有两排均匀分布的刀头8，保证圆块10中部位置的岩层在刀座b9上的刀头8的切削下碎裂，对导座a和圆块10的继续掘进不形成阻碍，提高本发明对岩层的掘进效率。如图3、10所示，转轴32与环板a36上的轴槽b37旋转配合，安装在转轴32上的环套a35旋转于相应轴槽b37内壁上的环槽c38内。

如图2、4、14所示，上述齿圈a20的内圆柱齿面与安装在圆柱壳12内壁上且周向均匀分布的三个齿轮b26啮合；动力设备31安装在圆筒1内的固定板b57上，动力设备31的输出轴与圆筒1内安装的固定板a45中心处的圆槽b70旋转配合；动力设备31的输出轴穿过圆柱壳12端面上的圆槽a13，动力设备31的输出轴上安装的齿轮a29与三个齿轮b26啮合。固定板b57为动力设备31的安装提供固定位置，固定板a45为液压柱a44和液压柱b54的安装提供固定位置，同时与动力设备31输出轴旋转配合的固定板a45对动力设备31的输出轴形成有效支撑，增强动力设备31的输出轴强度。

如图2、4所示，上述环板a36位于圆柱壳12内，安装在环板a36上的轴套39嵌套于动力设备31的输出轴上且与圆柱壳12上的圆槽a13轴向滑动配合；轴套39末端安装有环板b40，环板b40上旋转配合有同中心轴线的环板c42；液压柱a44一端与环板c42连接，另一端与固定板a45连接；如图2、4、8所示，圆柱壳12的圆槽a13处安装有同中心轴线环套b46，环套c48嵌套于环套b46上，环套c48与环套b46轴向滑动配合；环套c48与安装在圆筒1内的环板f55周向旋转且轴向滑动配合；环套c48一端安装有环板d50，环板d50上旋转配合有环板e52；液压柱b54一端与环板e52连接，另一端与固定板a45连接；如图2、14所示，螺旋提升装置68安装在固定板a45、固定板b57和环板f55上的排渣槽56处。

如图3、8所示，上述齿圈a20上安装有梯形导环a21，梯形导环a21旋转于圆柱壳12内壁上的环形梯形导槽a15内；齿圈b22上安装有梯形导环b23，梯形导环b23旋转于圆柱壳12内壁上的环形梯形导槽b16内；齿圈c24上安装有梯形导环c25，梯形导环c25旋转于圆柱壳12内壁上的环形梯形导槽c17内；滑块58上安装有梯形导块59，梯形导块59径向滑动于圆柱壳12端面上的梯形导槽d18内；如图4、11所示，环板c42上安装有梯形导环d43，梯形导环d43旋转于环板b40上环形梯形导槽e41内；如图4、13所示，环板e52上安装有梯形导环e53，梯形导环e53旋转于环板d50上的环形梯形导槽f51中；如图3、12、15所示，环套c48内壁对称安装有两个导向块a49，两个导向块a49分别滑动于环套b46上的两个导向槽a47内。导向槽a47与导向块a49的配合保证环套b46与环套c48之间只产生相对轴向滑动而不会产生相对旋转。如图5所示，限位块63上对称安装有两个导向块b64，两个导向块b64分别滑动于相应滑套61内壁上的两个导向槽b62内。导向块b64与导向槽b62的配合保证限位块63不会脱离滑套61，且保证位于滑套61中的压力弹簧65始终处于压缩储能状态。压力弹簧65的两端分别与相应的两个限位块63连接。

如图1、2、3所示，首先，通过启动液压柱b54将圆柱壳12与齿圈c24的相对旋转进行锁定，启动动力设备31驱动圆块10带动刀座a6和刀座b9上的刀头8对前方的岩层工作面进行切削掘进；其次，解锁圆柱壳12与齿圈c24的相对旋转锁定，同时锁定圆柱壳12与圆筒1的相对旋转，通过启动动力设备31驱动转轴32带动钻头33进给并对岩层工作面进行钻孔，钻孔结束回缩钻头33；最后，重新将圆柱壳12与齿圈c24的相对旋转进行锁定，启动动力设备31进行正常的掘进。

本发明中圆筒1内壁与圆柱壳12外柱面之间具有较大缝隙，以便于刀头8切削下来的岩层碎屑和泥沙能通过圆筒1内壁与圆柱壳12外柱面之间的缝隙到达螺旋提升装置68，进而被螺旋提升装置68进行及时有效的清理。

本发明中动力设备31和螺旋提升装置68均采用现有技术。

本发明的工作流程：在初始状态，钻头33位于相应刀座a6上的活动孔7内，滑套61中位于圆柱壳12内侧的限位块63插入齿圈c24上的相应限位槽a67内对齿圈c24与圆柱壳12的相对旋转进行锁定，滑套61中位于圆柱壳12外侧的限位块63未插入圆筒1内壁上的限位槽b3内，位于圆柱壳12外侧的限位块63与圆筒1内壁上相应的限位槽b3相对。

当用本发明进行顶管施工时，先启动动力设备31，动力设备31的输出轴带动齿轮a29旋转，齿轮a29通过三个齿轮b26欲带动齿圈a20相对于圆柱壳12旋转，齿圈a20通过三个齿轮c27欲带动齿圈b22相对于圆柱壳12旋转，齿圈b22通过三个齿轮d28欲带动齿圈c24相对于圆柱壳12旋转。由于齿圈c24与圆柱壳12的相对旋转被五个限位块63锁定，所以齿圈c24不会相对于圆柱壳12旋转而是带动圆柱壳12相对于圆筒1同步旋转。圆柱壳12通过连接柱11和圆块10带动六个刀座a6和刀座b9旋转，六个刀座a6带动圆环a4相对于圆筒1旋转，刀座a6和刀座b9上的刀头8对岩层工作面进行钻削掘进。

与此同时，圆柱壳12带动全部的转轴32及转轴32上的钻头33绕圆块10中心轴线公转，圆柱壳12通过相互轴向滑动配合的环套b46和环套c48带动环板d50相对于环板e52旋转，全部转轴32通过与之旋转配合的环板a36和轴套39带动环板b40相对于环板c42旋转。

当刀座a6和刀座b9上的刀头8遇到较硬的岩层工作面而钻削掘进困难时，控制全部的液压柱b54进行伸长，液压柱b54通过环套c48和五个连杆66同时带动五个滑块58在圆柱壳12端面上沿径向相远离圆筒1中心轴线的方向滑动，五个滑块58分别通过相应的l杆60带动相应的滑套61同步运动，每个滑套61均通过压力弹簧65和导向块b64带动相应的两个限位块63同步运动，靠近圆筒1中心轴线的五个限位块63快速脱离相应限位槽a67并解除对齿圈c24与圆柱壳12相对旋转的锁定。如果远离圆筒1中心轴线的五个限位块63没有与圆筒1内壁上的相应限位槽b3相对，那么远离圆筒1中心轴线的五个限位块63就会快速与圆筒1内壁相抵，且压力弹簧65被进一步压缩储能。随着圆柱壳12的继续旋转，远离圆筒1中心轴线的五个限位块63最终分别与相应的限位槽b3相对并在相应压力弹簧65复位作用下瞬间插入相应限位槽b3内而完成对圆柱壳12与圆筒1相对旋转的锁定。如果远离圆筒1中心轴线的五个限位块63正好与圆筒1内壁上的相应限位槽b3相对，那么远离圆筒1中心轴线的五个限位块63就会快速插入相应限位槽b3内快速完成对圆柱壳12与圆筒1相对旋转的锁定。

当圆柱壳12与圆筒1的相对旋转被锁定的瞬间，圆柱壳12相对于圆筒1的旋转停止，刀座a6和刀座b9停止绕圆筒1中心轴线的公转，全部转轴32及钻头33停止绕圆筒1中心轴线的公转。动力设备31输出轴带动齿轮a29相对于圆柱壳12旋转，齿轮a29带动三个齿轮b26自转，三个齿轮b26带动齿圈a20相对于圆柱壳12旋转，齿圈a20带动与之啮合的三个齿轮c27和同圆的六个齿轮e34自转。三个齿轮c27带动齿圈b22相对于圆柱壳12旋转，齿圈b22带动与之啮合的三个齿轮d28和同圆的六个齿轮e34自转。三个齿轮d28带动齿圈c24相对于圆柱壳12旋转，齿圈c24带动与之啮合且同圆的六个齿轮e34自转。六组十八个转轴32分别在相应齿轮e34的带动下相对于圆柱壳12旋转。

启动全部的液压柱a44进行伸长运动，液压柱a44通过轴套39和环板a36带动全部快速自转的转轴32相对于圆柱壳12向岩层工作面轴向运动，转轴32带动其末端的钻头33对岩层工作面进行钻孔。当钻头33的钻孔深度达到要求时控制全部液压柱a44进行收缩运动，液压柱a44通过轴套39和环板a36带动转轴32上的钻头33快速脱离岩层工作面上的钻孔。接着启动全部的液压柱b54进行收缩运动，液压柱b54通过一系列传动带动远离圆筒1中心轴线的五个限位块63快速脱离相应限位槽b3并解除对圆柱壳12与圆筒1相对旋转的锁定，同时靠近圆筒1中心轴线的五个限位块63向齿圈c24快速运动。

如果靠近圆筒1中心轴线的五个限位块63没有与圆筒1内壁上的相应限位槽a67相对，那么靠近圆筒1中心轴线的五个限位块63就会快速与齿圈c24相抵，且压力弹簧65被进一步压缩储能。随着齿圈c24相对于圆柱壳12的继续旋转，靠近圆筒1中心轴线的五个限位块63最终分别与相应的限位槽a67相对并在相应压力弹簧65复位作用下瞬间插入相应限位槽a67内而完成对圆柱壳12与齿圈c24相对旋转的锁定。如果靠近圆筒1中心轴线的五个限位块63正好与齿圈c24上的相应限位槽a67相对，那么靠近圆筒1中心轴线的五个限位块63就会快速插入相应限位槽a67内快速完成对圆柱壳12与齿圈c24相对旋转的锁定。在齿圈c24与圆柱壳12相对旋转被锁定的同时，动力设备31通过一系列传动带动圆柱壳12相对于圆筒1旋转，圆柱壳12通过五个滑套61带动五个远离圆筒1中心轴线的限位块63与相应限位槽b3相错并向下一个限位槽b3的方向运动。当限位块63与相应限位槽b3不再相对时，启动全部液压柱b54进行伸长运动，液压柱b54通过一系列传动带动远离圆筒1中心轴线的五个限位块63快速与圆筒1的内壁相抵，压力弹簧65被进一步压缩储能，靠近圆筒1中心轴线的五个限位块63快速脱离相应限位槽a67并解除对齿圈c24与圆柱壳12相对旋转的锁定。当远离圆筒1中心轴线的五个限位块63与相应限位槽b3相对时，远离圆筒1中心轴线的五个限位块63在相应压力弹簧65的复位作用下瞬间插入相应限位槽b3中并完成对圆柱壳12与圆筒1相对旋转的锁定。此时动力设备31通过一系列传动带动全部钻头33快速自转，全部的转轴32及转轴32上的钻头33绕圆筒1中心轴线在先前钻孔的基础上公转了72度，且钻头33公转至同圆上相邻两个钻孔之间。启动全部的液压柱a44再次进行伸长运动，液压柱a44通过一系列传动带动全部的钻头33再次在岩层工作面上进行钻孔。由于此次钻出的六组钻孔与先前钻出的六组钻孔相错。

如此，连续四次完成对圆柱壳12与圆筒1相对旋转的锁定和解锁，使得六组钻头33每次钻出的钻孔都与先前的六组钻孔相错，使得同圆上相邻两个钻孔之间的相距弧度更小而不重合，从而增加岩层工作面上钻孔的密度，使得岩层工作面的与刀头8的实际作用面积有效减小，使得刀座a6和刀座b9上的刀头8更容易对较硬岩层进行钻削掘进。当钻头33钻孔结束并收缩至初始位置时，启全部液压柱b54进行收缩运动，液压柱b54通过一些列传动带动靠近圆筒1中心轴线的五个限位块63快速对齿圈c24与圆柱壳12的相对旋转进行锁定，动力设备31通过一系列传动带动刀座a6和刀座b9上的刀头8对布满钻孔的岩层工作面进行高效的钻削掘进。

岩层工作面上钻出的钻孔有效地减小了岩层工作面与刀座a6和刀座b9上刀头8的实际作用面积，使得刀头8更容易对岩层进行钻削掘进，提高顶管施工的工作效率。

在本发明对岩层进行钻削掘进过程中，岩层碎屑或泥沙被螺旋提升装置68输送至地面上进行排渣。当顶管施工结束时，停止动力设备31运行即可。

综上所述，本发明的有益效果为：本发明中的刀座a6和刀座b9在遇到较硬的岩石层时停止掘进，利用直径较小的若干转轴32自带的钻头33对较硬的岩石层工作面进行打孔，使得较硬的岩石层工作面的强度降低，然后驱动刀座a6和刀座b9带动安装于其上的刀头8再对布满钻孔的岩石层工作面进行切削掘进，有效地减小了刀座a6和刀座b9上的刀头8的磨损，延长刀头8的使用寿命，减小其维护成本，提高顶管施工的效率。同时，通过转轴32上自带钻头33的打孔减小岩层强度的方式可以有效利用功率较低的动力设备31完成对较硬岩层工作面的掘进，进一步提高顶管施工的效率，减小动力设备31成本。