浅谈三轴式钻孔机的使用

曾光

（广州市第三市政工程有限公司，广东广州510180）

0 前言

在市区内开挖施工的地下室、隧道等大型深基坑工程，必须考虑邻近周边建筑物安全的重要性。基坑支护工程不仅要有强大的挡土作用，还要兼顾密闭的防水功能，而且，市区内地质条件复杂。如采用地下连续墙施工，成本比较高；采用钻孔灌注桩，需要占用场地多、工期长。设计上往往优先考虑水泥搅拌桩，或者在水泥搅拌桩内插工字型钢，构成SMW工法。笔者所在的房建工程项目，为深度10 m的两层地下室，紧贴城市主干道和密集的住宅楼，安全施工要求极高。施工位置原为河涌边，有旧码头遗留的基础，地质疏松，淤泥质土、粉砂层多；实测地下水位埋藏为1.4～5.0 m。基坑支护采用单排灌注桩支护+单排水泥搅拌桩止水帷幕+顶部放坡打锚杆施工。止水帷幕采用φ850 mm水泥搅拌桩，桩间距600 mm，桩间搭接250 mm，桩身强度大于等于0.7 MPa。显然，施工机械设备的技术能力，对该基坑支护工程的成败起到决定性的作用。

鉴于该项工程工期短，施工条件差，为确保安全、高效、优质完成合同任务，经过多方论证，决定新购置上海工程机械厂生产的ZLD180/85-3-M2-S型三轴式连续墙钻孔机、JB160A全液压步履式打桩架投入φ850 mm水泥搅拌桩施工。

1 三轴式钻机简介

该钻机是专门为SMW工法（柱列式水泥土墙）而开发的的专用机械，利用多轴式螺旋钻孔机在土壤中钻孔，达到预定深度后，边提钻边从钻头端部注入适合不同工程挡土墙的水泥浆，与原土壤进行搅拌，形成一段水泥土墙，再进行第二段水泥土墙施工，使相鄰土墙彼此有重合段，可形成止水帷幕。它具有防水好、挡土效果好、施工深度大、成本低、工期短、低噪声、低振动的优良环保性能的特点。

以前的单轴式螺旋钻孔机，逐根桩施工，桩的连续性、垂直性难以保证，效率低。而多轴式螺旋钻孔机一次可完成三根桩的施工，效率可提高60%以上，由于三根钻杆的搅拌叶片之间相互交叉，既经济又确保防水性。

桩机主要由钻机、钻杆、桩架、操作盘等装置组成（见图1）。

图1 三轴式钻机实景

钻机的主要部件是：提升导向机构、动力头、管线座、中间支承架、保持架、钻具、下部支承架、锁定螺栓和垫圈与销轴等。

2 性能参数和主要部件功能

2.1 性能参数

钻孔直径：φ850 mm-φ850 mm-φ850 mm；钻杆中心距：600 mm×600 mm；最大钻孔深度：30 m；钻杆直径：φ273 mm；电动机额定功率：180 kW；操作方式：电气控制；配用浆、气管内径：50.4 mm；总重量：约35 t；配套桩架：全装备打桩架。

2.2 主要部件功能

（1）动力头：是钻进成孔、成桩的动力源。装有2台55 kW专用立式双速恒功率电机，通过联轴器与减速机联接，动力传递给输出轴、输出法兰盘与联接盘、螺旋钻杆、钻头进行钻孔作业。

（2）联接盘：是动力头与螺旋钻杆之间起连接作用的部件。

（3）螺旋钻杆：由内、外六角接头、芯管、螺旋叶片、搅拌叶片组成。

（4）钻头：分为定心尖式硬土钻头、锥式结构钻头和平底式钻头。功能是：定心、切削、输送钻屑与钻进成孔。

（5）中间支承架：保证光钻杆总成的径向定位、导向，增加钻杆的刚性，又能让上部保持架通过。

（6）下部支承架：由开合式结构架体和导向板组成。起对桩位导向作用，减少搅拌螺旋杆施工时的晃动，保持机体的稳定性。

3 钻机的安装与拆卸

3.1 动力头的安装

（1）先调整桩架顶部滑轮中心与导轨中心，使满足设计施工和钻机安装要求；

（2）在桩架起架前，把钻机提升滑轮组拆下，再穿绕钢丝绳；

（3）起架，移动桩架，调整提升滑轮组位置，通过两侧销轴将动力头固定；

（4）起升卷扬运作，拉起动力头，将上、下导向板左右一起往外移动，使桩架向前移动，待导向板与立桩导向钢管吻合时，将导向板向内移动，拧紧固定螺旋，把保险铁丝插好；

（5）打开动力头内齿轮箱上部通气帽下的手动球阀，以免齿轮箱内油温升高导致内压；打开动力头内两个减速器通气帽下的手动球阀，以免减速器内油温升高导致内压。

3.2 配线

按厂家提供的机械配线要求，进行动力头、电气柜、操作盘、发电机的配线。

3.3 钻杆、钻头的安装

在动力头上连接钻杆时，必须逐节安装。不得在地面上逐节加长后再起吊，否则会造成钻杆弯曲变形。

用钢丝绳将钻杆吊起，再移动到动力头下方，检查保证与动力头垂直一线后，再下降动力头进行连接安装。

钻杆连接时，用锤子锤击两根连接销的端部，使顺利入位，再拧紧固定螺栓。

钻杆接头部位与地面接触部位应铺上木方，以免堵塞浆孔。

最后安装钻头，同钻杆连接相同方法。

3.4 拆卸

拆卸的操作，与安装相反，后装先拆。

4 钻机运转操作使用

施工前，应对场地进行平整夯实，以能行走50 t步履式重型桩架为准。移动桩架，对准桩位。

运转前，应确认电气操纵器的D1灯发亮。先进行预热运转，按“正常启动、点动、正转、反转”开关动作，确认钻杆的旋转方向与按钮一致，每次切换必须在钻机停止回转3 s以上。点动适用于无负荷启动（钻杆连接时）。

按下显示器的“停止”按钮使其复位，再根据现场使用情况，选择“正转、反转”等。电流表指针的摆动降到无负荷电流的位置，开始钻孔。

钻进时，要注意显示器上的电流值不能超过额定电流，同时调整钻进速度，否则电机过载会造成烧坏。电流过大时，应放慢速度或暂停钻进。当显示器有报警信息，应停机10 min左右。如再启动后仍显示报警，可能是钻头的叶片磨损或钻的孔倾斜，应提起螺旋钻进行检查。

钻进时，若要改变钻杆的方向，必须在回转完全停止后，再按反方向回转。需要中断作业的场合，必须将钻杆从土中拨出，否则，再运转时，可能造成钻杆不能回转或拨出的埋钻事故。

按照“定位→预搅下沉→制备水泥浆→提升喷浆搅拌→重复上、下搅拌→清洗→移位”的工艺流程进行操作。

到达预定深度后，保持正转一段时间，按下“停止”按钮，使钻机停止转动，过3 s后再按“反转”，使钻机边反转边提升。

完成钻进作业后，应把电源开关、漏电保护器等电气开关处于“OFF”位置。注浆软管、螺旋钻头用高压水冲洗畅通。下部支承架、钻杆等部位的泥沙要清洁干净。

5 施工中遇到的问题与解决方法

5.1 地下障碍物卡钻

该工程地质复杂，有旧钢筋混凝土和松木桩基础，在施工过程中，如遇到障碍物将会缠绕在叶片之间，造成钻杆弯曲变形。为确保顺利钻进，根据地质勘察资料，在可能存在障碍物的部位，先使用导钻进行钻挖，除去障碍物。

5.2 电机停转

当出现电机不运转时，应检查漏电保护器是否跳闸，排除有漏电部位；检查电机是否过载发热导致热保护继电器动作。检查电压是否符合，电线电缆是否有过热或接触不良现象，排除故障。

5.3 成孔不垂直

该工程场地条件较差，松软，桩机就位的场地欠缺平整、密实。为此，加固地基处理，根据现场实际情况适当铺设钢板，采用搅拌机的液压平衡装置使起吊设备保持水平。另外，检查钻杆，对弯曲变形的钻杆要及时更换处理。

6 安全管理与保养注意事项

6.1 机械安全管理

（1）操作人员应进行作业前的岗位培训。

（2）开机前，应确认使用电源的容量是否达到630 kVA；控制箱接地线是否安装妥当；在电源电缆的最前端安装并检查漏电保护开关是否正常；确认电源380 V后，在电源侧接入总开关；当发生漏电时，切断控制电源。

（3）机械运转期间，不允许触碰电气控制柜内的元件，应关上柜门。不要在钻杆旋转时靠近，并与支承架保持安全距离。

（4）钻进中需要人工排土时，应注意避免被螺旋叶卷入。

（5）钻机运转过程由专人负责，全过程旁站。发现故障及时停机处理，如发现异常声响，应进行检修。

6.2 机械维护保养

主要检修的装置有：动力头、钻具（螺旋钻杆、钻头）、电机、电气控制柜和操作盘、其他（支承架等）。

动力头和电气控制柜检修时，必须停止发电机的运转，挂上“不准运转”的安全警示牌。动力头的检修应在地面上进行。

注意检查回转接头、导向板、滑轮、叶片等装置的磨损，如磨损超过正常使用限度，应予以更换。

钻机连接处加润滑油；减速机加注齿轮油至油标中心以上；回转接头、电机、导向板、轴承盖等加防水润滑脂，保持钻机整套部件的清洁干净。