新闻公告
旋挖钻机在硬岩及大直径钻孔施工的一些看法
发布时间:2017-02-20 19:27:59

(金文革,洛阳九久科技股份有限公司   祝元林,中铁大桥局集团有限公司基础工程分公司)

在国内基础施工建设蓬勃发展的过程中,旋挖钻机从90年代初期由德国宝峨公司和意大利土力公司两家公司独领国内旋挖市场,至2001年青藏铁路开始施工,旋挖钻机的大量使用,设备制造厂家由90年代初期的3-5家发展到现在的二十多家,目前国内旋挖钻机设备拥有量接近20000台套,并且依旧以每年1500台套左右的数量稳定增长;以北京中车、徐工、三一重工为代表的制造旋挖钻机设备企业结合自身的特点、通过了解现场实际情况,发挥行业的优势,由原来的只在第四纪覆盖层和砂土层中施工、钻孔直径最大Φ2.0米、孔深75米左右,到现在演变成以黑龙江旭腾基础工程有限公司为代表的施工企业与北京中车、徐工等设备制造厂家密切合作,同时通过不断的探索,对钻头进行改进、提高施工功法,使得钻孔最大直径达到了Φ3.0米,钻进岩石的单轴饱和抗压强度值在120mpa左右,钻进的孔深达到107米左右。 

目前大型旋挖钻机的价格还是较昂贵,如国产TR550旋挖钻机一般都在2000多万以上,而宝峨GB42也都在2000多万以上,宝峨的一根钻杆就100多万以上。旋挖钻机全负荷使用的正常工作寿命为6000小时,超过6000小时之后,一些部件就需要更换或维修,国内厂家生产的部件一般使用寿命会更短,而国内自行研制的钻机,其主要部件如发动机、液压泵等大都是采用国外(合资)产品,这样就加大了钻机的维修成本。

特别是在硬岩的钻进中许多施工单位在用筒钻取芯过程时,大都选用截齿,并对截齿的角度和破岩机理进行了深入分析,从取芯到分级扩孔和为了保证孔的垂直度采用阶梯型钻头等一系列措施提高了钻进效率;但是截齿在破岩过程中,只有轴向的加压力大于岩石单轴饱和抗压强度的临界值时,截齿的齿尖才能灌入到岩石体内;岩石的特性是,岩石的抗压强度值高,但是岩石抗拉强度是抗压强度的十分之一甚至五十分之一,抗剪强度是抗压强度的八分之一至十分之一。如果把截齿竖向排列,截齿对岩石的正压力最好,而截齿在岩面上的运转轨迹是滑动,截齿露出母体过高,弯矩过大,不符合刀具的切削原理;从破岩机理上讲,截齿破岩时,不能在岩面上形成自由面,这种布齿也不合理,只有把截齿选择合适的切削角度;如何能达到岩石的体积破碎,就必须有冲击和跳动,而这种跳动和冲击就是旋挖钻机在钻进过程中,钻杆要将动力头的两个作用力传递给钻头,一个是圆周方向的旋挖扭矩,另一个是轴向的加压力,由于钻杆和钻头均是旋转体,在高速旋转过程中会导致螺旋效应的出现,进而是钻杆在进行钻进时产生钻杆偏摆现象,并且当一个部分出现径向问题时,钻杆的偏摆现象会更加严重,由于偏摆的产生,就有可能对钻杆产生径向力,通过钻杆的有限元分析,钻杆单节杆与多节杆产生的变形不是简单的相乘关系,而是多节杆的变形远大于单节杆的变形,是次幕级的增长,由于钻杆寿命的许用应力和疲劳应力循环次数有关,这种矫变载荷的力对钻杆的薄弱环节经过累积性的周而复始摆动,从而加速钻杆的损坏几率,同时也带来钻机钻架、动力头等一系列的塑性变形,降低了钻机使用寿命。

旋挖钻机目前最合适的破岩钻具采用的是单牙轮。单牙轮在岩面上的运转轨迹是滚动和碾动,钻具给到刀齿上的正压力,有利于刀齿破岩,同时单牙轮在破岩石时对钻杆的冲击最小;95%以上施工现场使用的单牙轮都是购买地矿或油田报废下来的三牙轮,经过切割再焊到钻头上,但是在使用过程中,很快出现掉掌现象,影响钻进效率;而采用的新的单牙轮,牙轮的密封采用的是机械密封,效果也不理想,这主要是因为在大的直径钻头上布单牙轮,牙轮缩顶太多,牙轮内部的轴承无法承受长时间矫变载荷的冲击而失效。 

综上所诉,通过对钻头刀具受力情况所产生的钻杆失效分析,应根据钻头直径的大小选择合适的破岩刀具。在旋挖设备行业、我们一直认为德国宝峨旋挖钻机设备价格高,性能最好,设备也在使用过程中,寿命周期长,性能完好率高;笔者通过多年对施工现场的调研认为,国内和国外国内设备和国外设备虽然设备制造精度和材质有一定的差距,但不是造成设备的使用寿命差距大的主要因素,这主要得益于我们对进口设备的工艺配置,维护,保养和人员管理方面严格按照操作规范进行,并把它当宝贝似的,才有这样的效果;笔者和香港同行交流了解到,香港前期在引进旋挖钻机过程中,旋挖钻机的操作工艺很适合香港的环境,想利用旋挖钻机的自身优势针对香港地层,在施工工艺和钻具的改进方面也进行大量的摸索,最终还是因为对旋挖钻机的损伤太大而放弃;笔者也查阅宝峨在国内国外的施工案例,其中钻硬岩最大的孔径是92年在黄石长江大桥,桩径Φ2.5米、孔深75米左右,入岩30多米,岩石单轴饱和抗压强度最大值80MPa左右,交通部经过调研专门为此项目购买了BG50,在钻完5个孔后,钻杆断裂,后续就放弃这个项目的施工。湖南路桥在岳阳洞庭湖大桥工地施工,采用自己购买的意大利土力公司的旋挖设备,孔深50多米,孔径Φ3.0米,入岩30多米,岩石单轴饱和抗压强度最大值60MPa左右,由于在陆地施工,由于工期紧,前期也希望通过该设备加快施工进度,但是还没有钻完一个完整的孔,钻杆断裂,而放弃该工艺。

由于时间仓促和笔者水平有限,有些调研和交流、了解的不够全面,难免考虑得不周全,以上是笔者对旋挖钻机在施工中出现的一些问题的个人看法,经供参考。

湖南路桥在岳阳洞庭湖大桥工地旋挖钻机断钻杆后接上的情况

 

                 黑龙江旭腾基础工程有限公司在襄樊工地的阶梯钻头

最新评论
电话:0574-86968898 传真:0574-86821589 地址:宁波市北仑区宝山路65号凤凰国际商务广场B幢17楼
版权所有:国际大口径工程井(桩)协会 ALL Right Reserve