1.本实用新型涉及一种多轴多层搅拌钻具，属钻机设备技术领域。
背景技术：2.柱列式地下连续墙经过40年发展，凭借其工期短、造价低等优点，在我国建筑基坑支护工程中应用广泛。柱列式地下连续墙技术是由专用的多轴钻机，驱动一组钻杆，分阶段钻进土层，待达到目标深度后升回地面，在钻杆钻入或者升回期间，钻头端部都可以向搅松的土壤中注入水泥浆液，两者相互混合搅拌后，构筑成一段水泥土墙体；然后再进行下一段水泥土墙体的施工，并且使相邻的两段墙体有重合搭接；重复上述施工，即可构筑成一条地下水泥土墙体；在水泥土墙体未固化之前，一般会插入型钢，以此达到提高墙体强度的目的，在水泥土墙体固化后，就构筑成一条柱列式的地下连续墙。
3.使用上述的柱列式地下连续墙技术存在的主要缺点是：作为止水帷幕使用时，构筑成的墙体有效止水截面宽度小于桩径，无效止水截面部分所用水泥等施工用料存在浪费，成墙强度也不均匀（参照图10）；并且，常用于施工的传统三轴搅拌桩机受钻具数量的限制，施工效率较低。
技术实现要素：4.本实用新型所要解决的技术问题是，现有技术中的搅拌装置无法实现成墙均匀化以及避免抗渗薄弱点出现的问题，提出一种多轴多层搅拌钻具。
5.本实用新型实现的技术方案如下，一种多轴多层搅拌钻具，包括钻杆机构、动力机构和切割装置。
6.所述钻杆机构的上部安装有动力机构；中部安装有切割机构；所述钻杆机构由钻杆和钻头组成，所述钻杆为基数且横向平行排布，至少包括第一钻杆、第二钻杆、第三钻杆、第四钻杆和第五钻杆；每一根钻杆具有至少包括二个同轴布置的第一直杆段和第二直杆段和位于第一直杆段和第二直杆段中间的弯曲段。
7.所述第一钻杆、第三钻杆和第五钻杆的所述弯曲段在同一水平层排布，且所述弯曲段朝向一致；所述第二钻杆和第四钻杆的所述弯曲段在另一水平层同层排布，且所述弯曲段朝向一致，并保持与第一钻杆、第三钻杆和第五钻杆的所述弯曲段朝向相反。
8.所述切割装置为组合切割刀排，所述组合切割刀排两侧成型有适用于与钻杆连接的连接结构，并且所述组合切割刀排外侧成型有切割齿，适用对周围土体突出处切削。
9.所述组合切割刀排包括第一类型刀排和第二类型刀排；两种类型刀排通过固定部件按特定的方式固定在钻杆弯曲段上；所述第一类型刀排安装在所述第一钻杆，第三钻杆和第五钻杆对应所述弯曲段上，所述第二类型刀排安装在所述第二钻杆和第四钻杆对应所述弯曲段上。
10.所述钻杆具有至少二个所述弯曲段，且每一根所述钻杆弯曲段上共同安装有对应类型刀排的所述组合切割刀排。
11.所述动力机构由多轴同步齿轮组和电动机组成；所述多轴同步齿轮组由至少五个相同齿数的齿轮串联啮合组成；电动机通过变速箱驱动多轴同步齿轮组。
12.所述第二钻杆位于第一钻杆与第三钻杆的垂直平分线上；所述第四钻杆位于第三钻杆与第五钻杆的垂直平分线上。
13.所述第一类型刀排由两个第一刀排安装架和固定装置组成；两个第一刀排安装架合在一起为一长方形结构的刀排架，长方形刀排架长边的外侧为第一类刀排，长方形刀排架内侧两端和中间分别设有一个抱箍，通过固定装置牢固地安装在第一钻杆、第三钻杆和第五钻杆上；所述第二类型刀排由两个第二刀排安装架和固定装置组成；两个第二刀排安装架合在一起为一长方形结构的刀排架，长方形刀排架长边的外侧为第二类刀排，长方形刀排架内侧两端分别设有一个抱箍，通过固定装置牢固地安装在第二钻杆和第四钻杆上。
14.所述第一类型刀排和第二类型刀排与所述钻杆机构的钻杆方向垂直。
15.所述钻杆靠近多轴同步齿轮组的直线段上设置有螺旋叶片。
16.本实用新型的有益效果是，本实用新型在钻杆上设置了切割装置，在钻杆旋转时，安装在所述弯曲段的切割装置和用于钻孔的钻头受驱动进行同向周向旋转，在搅拌钻具竖直向下掘进的过程中，不断与连续桩墙结构的两侧土体突出部分以碰撞和切割等形式接触，使土体突出部分被切削破坏达到平整的效果，从而实现厚度较为均匀的连续墙体。
17.本实用新型的钻杆机构设计，可以实现安装在同一水平层弯曲段的切割装置受对应搭载的钻杆同向周向旋转，且转动方向与安装在相邻不同水平层弯曲段上的切割装置受对应搭载钻杆的旋转相反。
18.本实用新型的切割装置，可以利用切割刀排外侧的切割齿通过切削的方式对接触的所述土体突出部进行破坏；第一类型刀排和第二类型刀排分两层上下平行排布，随着钻杆驱动继续旋转过程中，第一类型刀排与第二类型刀排轮流切削两侧的土体突出部分，使两侧的墙体厚度更均匀化。
19.本实用新型钻具在钻杆弯曲段设置的组合切割刀排，可以实现多根钻杆相应的上下两个以上的位置都搭载切割装置，从而实现在钻杆快速竖直向下钻进的过程中，实现一次性多层多面对土体突出部进行切削破坏。
附图说明
20.图1为本实用新型的实施例1：一种多轴多层搅拌钻具的正立面图；
21.图2为图1所示多轴多层搅拌钻具的侧视图；
22.图3a为图1所示多轴多层搅拌钻具的切削装置的结构示意图；
23.图3b为图3a切削装置的侧视图；
24.图4为多轴多层搅拌钻具的同步齿轮组运作过程示意图；
25.图5为多轴多层搅拌钻具的切削装置的第一工作状态示意图；
26.图6为多轴多层搅拌钻具的切削装置的第二工作状态示意图；
27.图7为多轴多层搅拌钻具的切削装置的第三工作状态示意图；
28.图8为本实用新型的实施例2：一种多轴多层搅拌钻具的正立面图；
29.图9为图7所示多轴多层搅拌钻具的切削装置的侧视图；
30.图10是应用现有技术构筑的柱列式地下连续墙的横截面形状图；
31.图11是应用本实用新型技术装置构筑的等厚地下连续墙的横截面形状图；
32.图中：1为电动机；2为钻头；3和3
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为第一直杆段；4为第一弯曲段、5为第一类型刀排；6为第二类型刀排；7为切割齿；8为钻杆安装孔；9和9
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为第二直杆段；10为第一刀排安装架；11为第二刀排安装架；12为第二弯曲段；13为第一钻杆；14为第二钻杆；15为第三钻杆；16为第四钻杆；17为第五钻杆；18为固定装置；19为第三弯曲段；20为第四弯曲段；21为多轴同步齿轮组。
具体实施方式
33.实施例1
34.如图1所示，本实施例的一种多轴多层搅拌钻具，
35.本实施例的钻杆具体为第一钻杆13，第二钻杆14，第三钻杆15，第四钻杆16和第五钻杆17，以及位于所述钻杆下部的钻头2；相邻两个所述钻头在水平方向上平行排布，且竖直方向的投影具有重合部分；所述第一钻杆13，第三钻杆15和第五钻杆17至少包括二个同轴布置的第一直杆段3和第二直杆段9，和一个位于所述第一直杆段3和所述第二直杆段9中间的弯曲段4，且弯曲段4的朝向一致；所述第二钻杆14和第四钻杆16至少包括二个同轴布置的第一直杆段3
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和第二直杆段9
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，和一个位于所述第一直杆段3
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和所述第二直杆段9
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中间的弯曲段12，且弯曲段的朝向一致，但与第一钻杆13，第三钻杆15和第五钻杆17所述弯曲段朝向相反；所述多轴多层搅拌钻具还包括：第一切割装置5和第二切割装置6，安装在所述弯曲段4和12处；适用于受钻杆旋转驱动时，通过周向运动与被所述钻头与钻削后的墙体残余的尖角部分接触并削平墙体；其中，至少两根同步且同方向转动的所述钻杆的所述弯曲段上共同安装至少一个所述切割装置。
36.如图3a所示，所述组合切割刀排包括第一类型刀排5和第二类型刀排6。所述第一类型刀排5由第一刀排部分10和第二刀排部分11通过固定部件18固定连接在一起，其中，所述第一刀排部分10和所述第二刀排部分11的外侧成型有切割齿7，所述第一刀排安装架10和第二刀排安装架11在两侧分别成型有抱箍结构，当所述第一刀排安装架10和所述第二刀排安装架11通过固定装置18固定组合在一起后，所述抱箍部分形成可供钻杆的弯曲段通过的钻杆安装孔8，即所述连接结构。作为其中一种实施方式，所述固定部件为螺栓连接固定，在将所述第一刀排安装架10的抱箍和所述第二刀排安装架11的抱箍夹在钻杆的所述弯曲段上，通过不断拧紧所述螺栓的方式使得两个对应的所述抱箍形成的钻杆安装孔的孔径不断缩小，从而夹紧在所述钻杆的所述弯曲段上。
37.所述组合切割刀排中间具有通孔结构，预留固定组合切割刀排的钻杆之间的钻杆通过的区域，且所述通孔结构具有足够大的空间，从而使所述组合切割刀排在随着钻杆转动过程中,不会与其它钻杆相触碰。所述第二类型刀排6在构件组成上与所述第一类型刀排5相似，其中，第一类型刀排5安装在所述第一钻杆13，第三钻杆15和第五钻杆17对应所述弯曲段4上，第二类型刀排6安装在所述第二钻杆14和第四钻杆16对应所述弯曲段12上。
38.如图4所示，所述钻杆在动力端通过多轴同步齿轮组21相互耦合连接，在所述电动机1的驱动下，可以实现第一钻杆13、第三钻杆15和第五钻杆17同步、同方向逆时针旋转；同时第二钻杆14和第四钻杆16同步、同方向顺时针旋转。
39.如图5-7所示，分别为本实施例用一种多轴多层搅拌钻具时，所述第一装置所处的
第一工作状态、第二工作状态和第三工作状态示意图；从图中可以知晓，所述切割装置，即作为其中一种实施方式的组合刀排，第一类型刀排5和第二类型刀排6分两层上下平行排布，随着第一钻杆13、第三钻杆15和第五钻杆17逆时针方向旋转，在从时钟的3点位置向12点位置运动过程中，第一类型刀排5对上方土体突出部分进行切割，使该侧墙体厚度均匀化；同时，第二钻杆14和第四钻杆16顺时针方向旋转，在从时钟的3点位置向6点位置运动过程中，第二类型刀排6对下方土体突出部分进行切割，使该侧墙体厚度均匀化；在上述运作过程中，由图4所述各钻杆转动方向原理可知，第一类型刀排5上侧和第二类型刀排6下侧均受到水平向左的土体阻力；同时，第一类型刀排5和第二类型刀排6以相反周向转动形式与两侧土体突出处接触，并产生一个可能影响钻杆机构稳定、不可抵消的旋转力矩。随着钻杆驱动继续旋转过程中，第一类型刀排5与第二类型刀排6轮流切削上下方两侧的土体突出部分，使两侧的墙体厚度更均匀化，从而形成如图7所示的具有均匀厚度的墙体。
40.实施例2
41.如图8所示，本实施例的用于一种多轴多层搅拌钻具相对于上述实施例的区别在于：两根同步且同方向转动的所述钻杆上具有两个所述弯曲段，且第一钻杆13、第三钻杆15和第五钻杆17的相应所述弯曲段4和弯曲段19上共同安装有所述第一类型刀排5，第二钻杆14和第四钻杆16的相应所述弯曲段12和弯曲段20上共同安装有所述第一类型刀排6。以上设计，作为一种优选实施方式，可以实现一组该钻杆的上下四层的位置都设有切割装置。
42.另外，参照实施例1中的工作状态，如图9所示，本实施例中同一根钻杆上所述弯曲段4和弯曲段19朝向不同，所述弯曲段12和弯曲段20朝向不同，使得钻杆受驱动耦合转动时，搭载在弯曲段19的第一类型刀排5和搭载在弯曲段20的第二类型刀排6与土体接触受到的阻力可以与第一、第二层刀排所受阻力相互抵消，并且对钻杆机构产生的旋转力矩也可以相互抵消；第一类型刀排5和第二类型刀排6以成对的形式增加搭载层数，较好地避免其中一对刀排在该钻杆转动方向限制下产生单方向的作用力和较大的旋转力矩，并且使整个搅拌装置受力更平衡均匀，同时增加了一次性切削土体突出部的接触面积，提高了施工效率，进一步优化了机械作业的能力。
43.显然，以上所述实施例仅表达了本实用新型的不同实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出其他不同形式的变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：1.一种多轴多层搅拌钻具，包括钻杆机构、动力机构和切割装置；其特征在于，所述钻杆机构的上部安装有动力机构；中部安装有切割机构；所述钻杆机构由钻杆和钻头组成，所述钻杆为基数且横向平行排布，至少包括第一钻杆、第二钻杆、第三钻杆、第四钻杆和第五钻杆；每一根钻杆具有至少包括二个同轴布置的第一直杆段和第二直杆段和位于第一直杆段和第二直杆段中间的弯曲段；所述第一钻杆、第三钻杆和第五钻杆的所述弯曲段在同一水平层排布，且所述弯曲段朝向一致；所述第二钻杆和第四钻杆的所述弯曲段在另一水平层同层排布，且所述弯曲段朝向一致，并保持与第一钻杆、第三钻杆和第五钻杆的所述弯曲段朝向相反。2.根据权利要求1所述的一种多轴多层搅拌钻具，其特征在于，所述切割装置为组合切割刀排，所述组合切割刀排两侧成型有适用于与钻杆连接的连接结构，并且所述组合切割刀排外侧成型有切割齿，适用对周围土体突出处切削；所述组合切割刀排包括第一类型刀排和第二类型刀排；两种类型刀排通过固定部件固定在钻杆弯曲段上；所述第一类型刀排安装在所述第一钻杆，第三钻杆和第五钻杆对应所述弯曲段上，所述第二类型刀排安装在所述第二钻杆和第四钻杆对应所述弯曲段上。3.根据权利要求2所述的一种多轴多层搅拌钻具，其特征在于，所述钻杆具有至少二个所述弯曲段，且每一根所述钻杆弯曲段上共同安装有对应类型刀排的所述组合切割刀排。4.根据权利要求1所述的一种多轴多层搅拌钻具，其特征在于，所述动力机构由多轴同步齿轮组和电动机组成；所述多轴同步齿轮组由至少五个相同齿数的齿轮串联啮合组成；电动机通过变速箱驱动多轴同步齿轮组。5.根据权利要求1所述的一种多轴多层搅拌钻具，其特征在于，所述第二钻杆位于第一钻杆与第三钻杆的垂直平分线上；所述第四钻杆位于第三钻杆与第五钻杆的垂直平分线上。6.根据权利要求2所述的一种多轴多层搅拌钻具，其特征在于，所述第一类型刀排由两个第一刀排安装架和固定装置组成；两个第一刀排安装架合在一起为一长方形结构的刀排架，长方形刀排架长边的外侧为第一类刀排，长方形刀排架内侧两端和中间分别设有一个抱箍，通过固定装置牢固地安装在第一钻杆、第三钻杆和第五钻杆上；所述第二类型刀排由两个第二刀排安装架和固定装置组成；两个第二刀排安装架合在一起为一长方形结构的刀排架，长方形刀排架长边的外侧为第二类刀排，长方形刀排架内侧两端分别设有一个抱箍，通过固定装置牢固地安装在第二钻杆和第四钻杆上。7.根据权利要求2所述的一种多轴多层搅拌钻具，其特征在于，所述第一类型刀排和第二类型刀排与所述钻杆机构的钻杆方向垂直。8.根据权利要求2所述的一种多轴多层搅拌钻具，其特征在于，所述钻杆靠近多轴同步齿轮组的直线段上设置有螺旋叶片。
技术总结一种多轴多层搅拌钻具，包括钻杆机构、动力机构和切割装置。所述钻杆机构由钻杆和钻头（2）组成，所述钻杆至少包括第一钻杆（13）、第二钻杆（14）、第三钻杆（15）、第四钻杆（16）和第五钻杆（17）；每一根钻杆具有至少包括二个同轴布置的第一直杆段（3）和第二直杆段（9）和弯曲段（4）；切割装置安装在所述弯曲段，包括第一类型刀排（5）和第二类型刀排（6）；钻杆上部安装有多轴同步齿轮组（21）和电动机（1）。本实用新型钻具通过钻杆机构的圆周运动与被钻头钻削后的墙体残余的尖角部分接触并削平墙体。墙体残余的尖角部分接触并削平墙体。墙体残余的尖角部分接触并削平墙体。
技术研发人员：蔡仙发 刘银芳 江守慈 梁毅 刘献刚 朱碧堂 郭易盟 胡椿华 胡扬扬
受保护的技术使用者：福建岩土工程勘察研究院有限公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/7/5
