旋挖鉆機的發(fā)展及應用

來源：中國易修網
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旋挖鉆機是一種適合在建筑基礎工程中成孔作業(yè)的施工機械，具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活、施工效率高等特點，適應我國大部分地區(qū)的 土壤地質條件。配合不同鉆具，適應于短螺旋、回轉斗及巖層的成孔作業(yè)。對干硬性黏土可不用穩(wěn)定液護壁的干式旋挖工法，一般的覆蓋層采用靜態(tài)泥漿護壁的濕式 旋挖工法，它廣泛應用于橋梁、市政建設、高層建筑等基礎的鉆孔灌注樁工程。 

1　旋挖鉆機的發(fā)展歷史 

　　旋挖鉆機在二戰(zhàn)以前在 美國卡爾維爾特公司問世，二戰(zhàn)之后在歐洲得到發(fā)展。1948年意大利邁特公司首先開始研制，接著意大利、德國開始發(fā)展，到了70～80年代在日本得到快速 發(fā)展，當時日本稱之為回轉斗成樁，也叫阿司特利工法（Earth Drill），在德國、日本這類工法相當普遍。我國在80年代初從日本引進過工作裝置， 配裝在KH-125型履帶起重機上。1984年，天津探礦機械廠引進美國RDI公司的旋挖鉆機并進行消化吸收。1988年北京城建機械廠根據土力公司 （SOILMEC）的樣機開發(fā)了1.5ｍ直徑的履帶起重機附著式旋挖鉆機。1994年鄭州勘察機械廠引進英國BSP公司附著式旋挖鉆孔機的生產技術，但都 沒有形成批量生產。1992年寶峨公司在北京設立了代表處，開始了對華的業(yè)務,并于1995年在天津成立了獨資子公司寶峨天津機械工程有限公司，組裝適合 中國市場的寶峨BG20型旋挖鉆機。1998年在上海又成立了中德合資上海寶峨金泰工程機械股份有限公司,生產組裝BG15型旋挖鉆機。最近幾年我國旋挖 鉆機取得了快速發(fā)展，目前國內生產旋挖鉆孔機廠商有十余家，主要有徐工科技、三一重工、北京經緯巨力、河北石家莊煤機、湖南山河智能、杭州天銳、北方重 汽、哈爾濱四海、鄭州金牛、連云港黃海、蘭州通用、新河鉆機等。國外主要生產廠商有意大利意馬（IMT）公司、CMV公司、邁特公司、土力公司、德國寶峨 公司、芬蘭永騰（JUNTTAN）、日本日立、日車、神鋼等。 


2　旋挖成孔的工藝優(yōu)勢 

　　1）廣泛的適應性　在硬土地層,由于傳統(tǒng)鉆機的自重有限,不可能給鉆頭施加更大的進給壓力。而旋挖鉆機由于采用動力頭裝置,動力頭的給進力加上鉆桿的重量,鉆進能力強。據統(tǒng)計,在相同的地層中,旋挖鉆機的成孔速度是轉盤鉆機的5～10 倍。 

　 　2）良好的環(huán)保性　目前國內傳統(tǒng)鉆機多采用連接鉆桿形式和掏渣桶掏渣,在鉆進過程中多采用泥漿循環(huán)方式,泥漿對于這類鉆機起潤滑、支護、置換和攜帶鉆渣 的作用。隨著對城市建設環(huán)保要求愈加嚴格,傳統(tǒng)鉆機面臨更大危機。而旋挖鉆機采用動力頭形式,其工作原理是用短螺旋鉆頭或旋挖斗,利用強大的扭矩直接將土 或砂礫等鉆渣旋轉挖掘,然后快速提出孔外,在不需要泥漿支護的情況下可實現(xiàn)干法施工,即使在特殊地層需要泥漿護壁的情況下,泥漿也只起支護作用,鉆削中的 泥漿含量相當?shù)?這使污染源大大減少,進而降低了施工成本,也改善了施工環(huán)境，成孔效率高。
 
　　3）提高灌注樁的承載力　由于旋挖鉆機的特 殊成孔工藝,它僅需要靜壓泥漿作護壁,所采用的泥漿一般用膨潤土、火堿、纖維素等配置,在孔壁不形成厚的泥皮。此外由于鉆頭的多次上下往復,使孔壁粗糙、 不易產生縮徑。與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁相比,旋挖鉆孔灌注樁的承載能力提高。 

3　結構特點及技術進步 

　　1）旋挖鉆機的底盤　底 盤可分為專用底盤、履帶液壓挖掘機底盤、履帶起重機底盤、步履式底盤、汽車底盤。履帶專用底盤結構緊湊、運輸方便、外形美觀、造價高。履帶起重機底盤工作 裝置采用附著型式，主臂分為可伸縮箱型結構和框架結構，可兼作旋挖鉆機和履帶式起重機，節(jié)約設備投資。步履式底盤一般為三支點液壓步履式行走支架、穩(wěn)定性 好、但移動運輸不夠方便、造價低，目前國內少數(shù)廠家采用。80年代國外曾采用過汽車底盤，是以重型載重汽車底盤為基礎，工作時放下支腿。目前國內外生產的 旋挖鉆機絕大多數(shù)使用專用底盤，只有少數(shù)使用挖掘機底盤或起重機底盤，這些底盤在設計上沒有兼顧旋挖鉆機施工特點，在穩(wěn)定性方面存在著一定缺陷。 

　 　2）鉆桿、鉆具　鉆桿是一個關鍵部件，分為內摩阻式外加壓伸縮鉆桿和自動內鎖互扣式外加壓伸縮鉆桿。內摩阻式鉆桿在軟土層鉆進效率高，鎖扣式鉆桿提高了 動力頭施于鉆桿并傳到鉆具的下壓力，適于鉆進硬巖層，對操作的要求也較高。為了提高作業(yè)效率,一臺鉆機大多配備兩套鉆桿。鉆具有多種，目前有長螺旋和大直 徑短螺旋鉆頭、回轉鉆斗、撈砂斗、筒形鉆斗、擴底鉆頭、巖心鉆頭等。 

　　3）動力頭　動力頭有液壓驅動、電機驅動、發(fā)動機驅動。無論何種都 具備低速鉆進、反轉高速甩土功能。目前大都采用液壓驅動，有雙變量液壓馬達、雙速減速機驅動或低速大扭矩液壓馬達驅動。動力頭的鉆進速度一般都具有多擋， 適合在多種工況下作業(yè)。電機驅動一般采用特制的恒功率雙速電機，力矩大、過載能力強。80年代在履帶起重機上附著工作裝置，單設一臺發(fā)動機驅動，目前由于 液壓技術和底盤制造技術的進步，此種方式一般不用了。 

　　4）電子控制技術　90年代國外旋挖鉆機的控制技術逐步實現(xiàn)智能化，目前國外旋挖 鉆機普遍具備發(fā)動機和泵的電子控制系統(tǒng)，能指導主泵最佳輸出，使液壓負載與發(fā)動機轉速相匹配，從而利用發(fā)動機的最大功率。發(fā)動機轉速可在負荷較小或無負荷 時實現(xiàn)自動控制，自動降低發(fā)動機轉速，減少油耗、降低噪音和廢氣的排放量。桅桿垂直度自動調平系統(tǒng)能對桅桿進行實時監(jiān)控，可實現(xiàn)手動和自動切換，在一定范 圍內自動調整角度，保證施工中樁孔的垂直度要求，提高施工質量；還具備回轉倒土控制、鉆孔深度測量及顯示、車身工作狀態(tài)動畫顯示及虛擬儀表顯示、故障檢 測、報警及信息顯示、整機啟動前預先自動檢測功能。國外旋挖鉆機還設有GPS定位系統(tǒng)和移動電話數(shù)據傳輸系統(tǒng)。 

4　旋挖鉆機的國內應用 

　 　1993～1994年在上海浦東八百伴大廈基礎灌注樁工程中全部采用了旋挖成孔法施工并取得成功，在國內起到了推動作用；在北京五環(huán)路的基礎施工中，旋 挖鉆機占了絕大多數(shù)，最多時達到30多臺；國家重點工程青藏鐵路格拉段的地層多是永凍的土層、砂礫、不規(guī)則泥頁巖、還有軟硬互層灰?guī)r，有的凍土厚度達到百 米以上，中鐵集團采用旋挖鉆進施工工藝，2002年3月開始，大量的旋挖鉆機進入青藏鐵路線施工，到8月中旬統(tǒng)計有100多臺，其中國產設備9臺。青藏鐵 路大量使用旋挖鉆機引起了施工和生產制造企業(yè)的格外關注，無疑推動了旋挖鉆機開發(fā)和應用。2004年在北京奧運國家體育館建設工地一次使用旋挖鉆機16 臺。由于受青藏鐵路、北京奧運、上海世博會工程的拉動，旋挖鉆機有了一個巨大的發(fā)展空間。 

　　2003年山西省機械施工公司申報了靜態(tài)泥漿 護壁、旋挖式鉆孔灌注樁施工國家級工法，國土資源部勘探技術研究所抓住了北京等大城市和青藏鐵路線大量使用旋挖鉆機的機遇，及時地把研制的旋挖鉆頭推向市 場，并在旋挖鉆進工藝方面也作了深入的研究。2000年徐工集團RD18型鉆機研制成功，最大成孔直徑2m，最大鉆深60m，有3臺在青藏鐵路和多臺在北 京的工程中使用；2003年3月三一重工研制成功履帶可伸縮的SYR220型旋挖鉆機，先后在青藏鐵路、北京銀泰大廈、天津、南京等工地接受了施工考驗。 近三年我國的旋挖成孔法的大量采用，旋挖鉆機使用量增加，特別是2003年許多廠家旋挖鉆機相繼研制成功，推動了旋挖鉆機的生產和應用。目前，國內各種型 號旋挖鉆機市場擁有總量(到2003年)為500多臺，其中國產旋挖鉆機占15％左右，國外二手旋挖鉆機約為20％。 

5　值得思考的問題 

　 　1）旋挖鉆機受施工地層的制約，主要適用于土層、砂層，以及較松散的、粒徑較小的卵礫石層，在粘性土層鉆進效果最佳，而在硬巖層、較致密的卵礫石、孤石 層施工比較困難，并容易發(fā)生孔內事故和機械事故，體現(xiàn)不出旋挖鉆進的優(yōu)越性。由于我國大量的公路橋梁、鐵路、水利、城市建設等工程，旋挖鉆機潛在的巨大市 場已經出現(xiàn)，但由于我國幅員遼闊，地質狀況差異較大，經濟狀況不同，其它樁工機械和鉆孔設備仍然存在著發(fā)展空間。 

　　2）旋挖鉆機的價格 目前較貴，應用最多的旋挖鉆機成孔直徑在1.5～2m。國產旋挖鉆機價格都在400～500萬元，進口鉆機價格要600多萬元人民幣。對于一般的基礎施工 企業(yè)，一次性投資幾百甚至上千萬元購置設備有一定困難。國內旋挖鉆機制造企業(yè)應當降低生產成本，控制適當?shù)睦麧櫬?。同時應發(fā)展租賃市場，提高旋挖鉆機的使 用率，縮短投資回收期，旋挖鉆機的使用量和產品產量將會大大增加。 

　　3）旋挖鉆機的全負荷正常工作壽命為6 000多個小時，超過這一壽 命后，一些部件就需要更換修理，尤其是液壓系統(tǒng)主泵、動力頭以及鉆桿鉆具，另外加工維修、設備搬遷費用所占成本偏高等，部件損壞后更換時間也較長。這就使 得旋挖鉆機在實際使用中的運行成本高，相應提高了樁基的施工成本。使用旋挖鉆機施工，雖然施工效率較高，工程質量也較好，但利潤可能較低。據某些施工企業(yè) 統(tǒng)計，一般要達到每年鉆進工作量在20 000延米以上，工程造價在500萬元以上，才能夠發(fā)揮其優(yōu)勢。 

　　4）我國大量使用旋挖鉆機的時 間短，缺乏工法的研究，尚未編制施工規(guī)范；旋挖鉆機是樁工機械的一個類型，和土木建筑及施工工藝結合的比較緊密，旋挖鉆機制造廠的工程技術人員應熟悉基礎 施工，配合基礎施工企業(yè)開展鉆進工藝的研究，提高旋挖鉆機在不同地質條件下的作業(yè)性能，適時的制定旋挖鉆機產品標準及相關標準；行業(yè)協(xié)會開展施工經驗的技 術交流，推動旋挖鉆機產品和施工的發(fā)展。 

　　5）開展鉆桿、鉆頭、鉆具的研究，提高關鍵部件制造質量。目前國產鉆桿尚不能滿足主機的要求， 鉆桿的生產廠設計能力差，基本是模仿國外產品，焊接大都是手工操作，鉆桿的強度和精度不能滿足要求；目前有些企業(yè)進口原裝鉆桿，價格至少要50萬元人民 幣，鉆機所使用的各類鉆頭是易耗品，以國外公司的 1 250mm單頭單螺旋鉆頭為例，其到岸價格約7萬人民幣，使生產成本增加，而且進口產品供貨期為 一個半月到兩個月左右。通過對旋挖鉆進工藝的研究和鉆具的研制，替代進口產品，形成我國的配套體系，不但為我國節(jié)省了大量的外匯支出，也可為我國普及推廣 旋挖鉆進技術和實現(xiàn)設備機具的國產化奠定基礎。 

　　6）目前國內已開始生產旋挖鉆機的廠家有十五六家，還有一些廠家的產品處在開發(fā)階段。 國內大部分廠家首先開發(fā)的是200kNm級、成孔直徑2m、鉆孔深度60m的旋挖鉆機產品。據統(tǒng)計，80%的樁基礎樁徑在1.2m以下，深度不超過 40m，由于旋挖鉆機技術含量高、市場售價在短期內很難下降，一些中小施工企業(yè)望而卻步，眾多的制造企業(yè)之間將是一場競爭。從目前國內樁工機械行業(yè)的實際 情況出發(fā)，在研制旋挖鉆機產品時，可以兩條腿走路：對于具有技術和資金實力的企業(yè)，可以通過不同形式引進國外先進技術，或采取關鍵件國際配套，開發(fā)技術先 進的旋挖鉆機，以較高的性能價格比和優(yōu)質的售后服務滿足重點工程的需要；針對目前國內基礎施工水平較低、購買力不高，開發(fā)一些適合中國國情，在主要性能滿 足要求的同時，價格也能被中小施工企業(yè)接受的旋挖鉆機，以代替轉盤式反循環(huán)鉆機。

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