旋挖钻机及其施工工法

'潮《。獬一L辩《_瓿专题论述mSURVEYIN~～‰一l—0。一_旋挖钻机及其施工工法王景祥(中基发展建设工程有限责任公司，河北三河065201)[中图分类号]TU67[文献标识~J"IB[文章编号]1ool一554X(2010)08—0057—03RotarydrillingriganditsconstructionoperationmethodWANGJing-xiang大型工程对基础施工的质量要求高、工期短，速机的换挡来实现高速反转甩土。前面两种结构简加之环保理念的强化，一种先进的桩工施工工法单、液压配管方便、成本低，后面一种液压布管复——旋挖钻施工工法引进到我国，并且得到了发展杂，减速机结构复杂，易出故障、造价高。和推广。近四、五年来，我国自主研制的旋挖钻机(2)钻杆分为摩阻式与机锁式，机锁式又分为及钻具日趋成熟，取代了进口产品，成为我国旋挖间断式和齿条式。摩阻式钻杆用于普通地层钻进，施工的主力军。机锁式用于坚硬地层钻进。旋挖钻机工作时，钻杆同时承受拉压、剪切、扭转、弯曲等复合应力，欧1国内外旋挖钻机的技术现状洲旋挖钻机所用的伸缩钻杆均采用高强度特殊合金1．1旋挖钻机的分类无缝管制造，设计与制造都有一些特殊的要求，以按照旋挖钻机的输出转矩、发动机功率、钻深达到质量轻、传递转矩大、耐磨损、寿命长。能力可分为大型、中型、小型及微型，大到可钻进(3)立柱采用箱形结构，刚性好、质量轻。滑直径为3～4m、孔深100m以上，小到输出转矩只道多采用耐磨方形无缝管，便于传递大扭矩。立柱有几十千牛米，整机质量只有3～4t。支承机构有3种形式，一种为平行四边形小三角结按结构型式可分为以欧洲产品为代表的方形桅构，其特点是变幅范围大，可整机放倒、折叠，降杆加平行四边形连杆机构的独立式和以日本产品为低运输高度和长度，缺点是前面重量偏重，稳定性代表的履带起重机附着式。稍差，不能承受超大扭距；另一种为大三角结构，按钻进工艺可分为多工艺钻机及单工艺钻机，以宝峨为代表，其特点是结构简单、稳定性好，能后者即是市场上常见的以回转钻进为主的钻机，而承受大扭距，缺点是运输时要拆开，费时，需要辅多工艺钻机是指钻机具有施工连续墙、冲击钻进及助起重设备；第三种是以西班牙拉马达、意大利安冲抓钻进、循环钻进及振动预置桩施工、全套管施特高为代表，虽然也是大三角支承结构，由于装有工等，只要具备两项以上功能即称为多工艺钻机。辅助起架油缸，整机也能放倒折叠，具有以上两种单工艺钻机通过改造或改装也能成为多工艺钻机，结构的优点，结构新颖、经济实用。现在很多厂家在研制时已经考虑改造的可行性。(4)主卷扬是旋挖钻机的关键部分。根据旋挖1．2旋挖钻机的结构和性能特点钻机的施工特点，对钻机每个工作循环(对孔一下1．2．1独立式旋挖钻机钻一钻进一提钻一回转一卸土)，主卷扬的结构和(1)动力头由一个或多个液压马达驱动。其中功能都非常重要，钻孔效率、事故几率、钢丝绳寿一类以宝峨、永腾为代表，转速较低，没有高速反命都与主卷扬有密切的关系。欧洲的旋挖钻机都具转；另一类以土力、迈特、卡萨为代表，动力头由1～2个大排量变量马达驱动，高速反转由另外一[收稿日期]2010—06—13个小马达驱动；还有一类如意马，直接通过行星减[通讯地址]王景祥，河北省三河市燕郊开发区冶金南路建冤机械2010．08(A半月刊) 有钻杆触地自停和动力头随动装置，以防止乱绳和装扩底装置；缺点是动力头转距偏小，不能长距离损坏钢丝绳，特别是意大利迈特公司的旋挖钻机，加压，成孔的垂直度不如独立式钻机好。主卷扬的卷筒容绳量大，钢丝绳单层缠绕排列，提1．2．3国内旋挖钻机升力恒定、不重叠辗压，从而可减少钢丝绳之间的国内企业近年来利用各种方式和途径在消化吸磨损，延长了使用寿命。国外旋挖钻机主卷扬都采收国外先进技术的基础上不断创新，相继开发了多用柔性较好的非旋转钢丝绳，以提高使用寿命。种型式的旋挖钻机。如湖南山河智能、徐工集团等(5)底盘分为专业桩架底盘(可横向伸缩、带开发的专用底盘旋挖钻机。国产旋挖钻机整体水平有后支腿，立柱三点式支承，如宝峨、BSP等)、旋虽然与国外产品还有一定差距，但主要性能已接近挖钻机专用底盘(横向伸缩式履带底盘，如国外先进水平，价格优势明显，所以从2003年下S()n心、CASAGRANDE、LLAMADA等)、履半年开始，国内旋挖钻机市场已经从进口机为主变带起重机底盘(如利勃海尔等)、履带挖掘机底盘为以国产机为主。(上车后部加长，立柱下加支腿，工作装置独立，如目前国产旋挖钻机品种比较单一，大多数产品IT、WIRTH、MGF等)、汽车底盘(30了提高机的输出转矩为180~220kNm，用户选择的余地较动性，主要在城区或要求快速施工的场合使用，如小。据统计，我国8O～85的桩基础桩径在MAIT、C、IMEC等)。1200mm以下，深度不超过40m，今后可发挥旋挖可变履带间距的底盘、低重心及可调整配重的钻机多功能这一最大优点，不片面强调大转矩，开设计布置，既保证了整机的稳定性，又满足运输的发适合我国国情、满足施工要求、价格较低的国产要求。采用宽履带降低接地比压及优越爬坡能力，旋挖钻机。日本旋挖钻机大多数在100kNm以下保证了钻机现场转位所要求的机械性能。就是一个例证，我国进口的很多日本二手旋挖钻(6)机电一体化工程的设计。包括发动机与负机，用户使用的效果也很好。载相匹配(降低油耗、噪声)的电子控制系统；监2旋挖钻机的施工工艺控立柱垂直度(保证桩孔垂直度)的自动纠偏系统；高精度钻孔、倒土及回转定位(防止桩孔变旋挖钻机以柴油发动机为动力源，通过电一液形)控制技术；钻孑L深度(防止钢丝绳过放和确认控制把输出的动力由钻杆传递到切削具，从而形成孔深)测量及显示系统；故障(带负载起动、卷扬桩孔。但是在具体施工中，旋挖钻机的钻进工艺是过卷)检测、报警及信息显示系统；整机工作状态一项复杂的工程，下面以国内最常见的单工艺施工(启动前先自动预检)动画及虚拟仪表显示系统；为例，简单作一介绍。GPS定位与移动电话数据(快速联络、及时到位)(1)施工前的准备工作很重要，包括：检查钻传输系统；成桩过程(提高成桩质量)的反馈显机，场地条件准备，根据地层和施工要求制定施工示、记录、打印系统。方案，护壁措施准备一孔口管、护筒、泥浆系统及(7)适应施工的多种机具配置。旋挖钻机一般泥浆配比等，选配钻头，确定钻进参数，各类事故用大口径短螺旋和旋挖斗钻孔施工，除此之外，钻处理预防及处理方案。机采用多用途模块设计，还可配置长螺旋(CFA)(2)影响施工效果最关键的是“钻头选配”。钻具、全套管与冲抓斗、液压抓斗地下连续墙、液①钻头的分类有螺旋钻头、旋挖钻斗、筒式取压锤、振动锤等。芯钻头、扩底钻头、冲击钻头和冲抓锥钻头等。1．2．2附着式旋挖钻机各类钻头按照结构和参数的变化，可细化为日本生产的旋挖钻机主要以附着式为主，但其30多种，以满足各种工艺及地层的需要。底盘并不是完全采用履带起重机底盘，平台、吊②钻头的选用。臂、液压系统都是根据旋挖钻机的特点设计的。附a．螺旋钻头包括：着式旋挖钻机的最大特点是一机多用，既可作钻机用，也可以作起重机用，作业范围大，并且可以安弱建箢札械2010．o8(．L半月刊) 锥形f双头双螺旋(适用于坚硬基岩)占2／3以上，正反循环钻机在欧洲城市中几乎不再螺旋_《双头单螺旋(适用于中硬及硬基岩)使用；而国内钻孔机产品中正反循环钻机的产量占钻头【单头单螺旋(适用于风化基岩、卵石、含冰冻土等)近90。旋挖钻机因其具有装机功率大、输出转距大、斗齿f双头双螺旋(适用于砂土，胶结差的小直径砾石层)轴向压力大、转动灵活、施工效率高、环保等特直螺双头单螺旋(适用于砂土、土层)点，配合不同钻具可适应我国大部分地区的地质条旋【单头单螺旋(适用于胶结差的大直径卵石，粘性土及硬胶泥)件，成为建筑基础工程中成孔作业最理想的施工机械。近年来，北京地铁、环线路网建设，特别是青截齿直螺旋有双螺旋、三螺旋和四螺旋，适用藏铁路、奥运场馆、首都机场新航站楼等大型工程于中硬基岩或卵砾石。的施工中，旋挖钻机高效、环保、效益高的优势得b．旋挖钻斗按所装齿可分为截齿钻斗和斗齿到公认。钻斗；按底板数量可分为双层底斗和单层底斗；按随着改革开放的逐步深化，国内经济发展的需开门数量可分为双开门斗和单开门斗；按桶的锥度要，使得铁路公路水路交通、城市公共设施和工业可分为锥桶钻斗和直桶钻斗；按底板形状可分为锅民用建筑、水利电力设施、港口码头机场的建设全底钻头和平底钻头。面发展桩基础，相应施工机械潜在的巨大市场已经以上结构型式相互组合，再加上是否带通气孔出现。仅铁路建设方面，到2020年总投资将超过及开门机构的变化，可以组合成几十种旋挖钻斗。2万亿元，平均每年投资在1000亿元以上。高速一般来说双层底钻斗适用地层范围较宽，单层底只客运专线609／6以上为桥梁，桥桩的直径大多在适用于粘性较强的土层；双门钻斗适用地层范围较1200mm左右、深度40m以内，恰好适合旋挖钻宽，单门钻斗只用于大直径卵石层及硬胶泥。机施工，这将是继青藏铁路以后旋挖钻机在铁路建c．筒式取芯钻头目前常见的有两种：截齿筒设中更大规模的应用。钻(适用于中硬基岩和卵砾石)和牙轮筒钻(适用旋挖钻机及施工工艺在我国北方地区已经得到于坚硬基岩和大漂石)。很快普及和认可，在南方地区特别是东南沿海发达d．扩底钻头目前常用的以机械式为主，张开地区由于地层较软，桩基一般较大较深，旋挖钻机机构一般为四连杆，安装截齿可用于土层、强风成孔困难，目前仍以正反循环钻机为主。实际上旋化、中风化地层，安装牙轮及滚刀可用于坚硬基挖钻机配合一些其他设备也可在该地区施工，一种岩。方法是旋挖钻机与套管式钻机联合施工；另一种方e．冲击钻头、冲抓锥钻头用副卷扬带动(要法是利用我国已广泛使用的振动桩锤沉拔钢护筒在求副卷扬有自动放绳功能)，用于大漂石和坚硬基软土地区成孔施工，通过浙江大唐乌沙山电厂、宁岩辅助钻进，其中冲抓锥钻头也是旋挖钻机进行全波金华兰溪电厂、福建宁德电厂等施工证明完全是套管钻进时必不可少的辅助钻具。可行的。旋挖钻机在我国大量应用是在近几年，由于缺3应用前景乏相应的产品标准，尚未编制旋挖钻机施工规范，混凝土质量的改善、桩基础施工技术的完善、没有系统的工法研究，缺少技术培训，因此基本理灌注桩承载能力的提高以及城市环境法规的严格执论的研究有待深人。旋挖钻机与土木工程及施工工行，使混凝土灌注桩几乎取代了其他基础，成为应艺结合得非常紧密，旋挖钻机的设计人员应熟悉桩用最广泛的基础。国内外成孔作业中各种钻孔机基础施工，使用旋挖钻机的工程技术人员应了解其(反循环、旋挖钻机、全套管)的比例迥然不同。工作原理和作业性能，以有利于旋挖钻机及其施工在国外大直径混凝土灌注桩施工中，旋挖钻机一般方法的进一步发展。建笺机械2010．08(上半月71)59'