旋挖钻机多功能设计与应用探讨

王顺利 刘威

摘要：本文对旋挖钻机的概念、特点、配置及应用进行了详细的分析和探讨，旨在增强旋挖钻机的应用性。

关键词：旋挖钻机；多功能；模块化设计

一、旋挖钻机的概念和特点

旋挖钻机在建筑工程的建设中具有非常广泛的应用，能够使成孔工作顺利进行，促进各类工程的建设与施工。这种机械主要应用在适于砂土、粘性土、粉质土等土层中，具有良好的适应性，如果需要进行灌注桩、连续墙、基础加固等地基基础施工，采用这种机械能够发挥出良好的效果。通常情况下，125～450kw为旋挖钻机的额定功率，120～400kN·m为动力输出扭矩，1.5～4m为最大成孔直径，60～120m为最大成孔深度，在各类大型基础施工中，可以根据实际情况，有效应用这一机械设备。

一般情况下，液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等是旋挖钻机的主要组成部分。在整机操纵的过程中，在液压的作用下，在合理控制的基础上，使负荷进行传感，简化了操作和步骤，十分方便舒适。在工地需求多样的环境下，主、副两个卷扬具有较强的适应性，需要对施工场地进行分析，在应用的过程中，配合不同钻具，适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，另外，还可以与长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等进行搭配，完成难度较大的施工工作。

二、旋挖钻机多功能配置及应用

（一）钢护筒驱动配置及应用

1.钢护筒驱动配置

在主体模块基础上增加以下模块可实现钢护筒驱动工法：伸缩式摩擦（或机锁）钻杆；旋挖钻具（土钻斗、短螺旋钻头等）；连接花筒、护筒、护筒鞋。

2.钢护筒驱动应用

钢护筒驱动装置在回填土层、浅层砂卵石层、多溶洞石灰岩层等易坍塌地层及不准泥浆护壁的建筑附近可以发挥其明显优势。作业时动力头通过驱动盘、连接盘、连接花筒将扭矩传给钢护筒、护筒鞋，使钢护筒、护筒鞋产生旋转运动，同时旋挖钻机加压装置下压对护筒、护筒鞋进行加压，这样边旋转边下压使护筒钻入地层。

（二）旋挖钻机配置搓管机及其应用

1.功能配置

在钻机主体基础上增加以下模块：缩式钻杆；旋挖钻具或冲抓斗；可拆式压盘；搓管机。搓管机与钻机底盘上安装接口相接，动力借用钻机动力，由于行走装置油路上设置有液压胶管过渡板，使用时将行走马达油管卸下，接上搓管机油管即可。

2.应用

钢护筒驱动配置由于受到动力头扭矩和加压力、起拔力限制，所下护筒直径与深度都有限。而旋挖钻机与搓管機配合使用，由于搓管机可实现较大扭矩、加压力和起拔力，所下护筒直径和深度都大得多，甚至可以实现全护筒施工。施工时搓管机搓入套管与旋挖取土交替进行，直至达到设计孔深，成孔过程无泥浆、不塌孔，更环保，更安全，桩孔规则，无泥皮和沉渣，混凝土用量可准确控制，浇注质量高，桩承载力高。

（三）长螺旋配置及应用

1.系统配置

旋挖钻机亦可配置长螺旋钻具进行长螺旋连续钻进管内泵压注浆成桩（CFA）施工。该系统要求钻机在主体模块的基础上增加以下模块：动滑轮、桅杆支腿油缸、钻杆导向架、混凝土输送弯管、长螺旋钻杆加长节（可选）、内部带混凝土管的空心螺旋钻杆、长螺旋钻头等。

该系统应用时要求将动力头与加压机构脱开，动力头与钻具全部由主卷扬钢丝绳通过动滑轮悬吊，工作时靠工作装置自重及螺旋钻具自身旋入力进尺。

2.应用

CFA工法工艺过程为：长螺旋钻孔至预定深度；将混凝土通过钻杆内腔压注至孔底，边灌混凝土边提升钻杆，直至混凝土灌满整个桩孔。CFA工法钻进与输土同时进行，效率很高，避免了废浆污染，既简化了钻掘设备和工艺，也有利于环境保护。

（四）气举反循环入岩钻进配置及应用

1.系统配置

在钻机主体基础上增加以下配置可实现气举反循环入岩钻进：旋转气室；伸缩式机锁钻杆；输气管；空压机；反循环入岩钻斗。该系统对于钻机的要求是需设计一旋转气室接在动力头下方，作为输气管道旋转部分与非旋转部分的转换部件。

2.应用

该钻进系统是旋挖钻机与气举反循环钻进工艺的组合，在钻斗一个钻进循环内可实现连续排渣。该钻进方式实现的关键在于反循环入岩钻斗，该钻斗分为上下两部分，下部为牙轮筒钻，上部为容渣斗，在筒壁上设有进气管与排渣管。钻进时孔底破碎下来的岩屑在压缩空气的携带下进入容渣斗。

（五）中掘工法配置及应用

1.系统配置及工作原理

该钻进系统要求配置如下：动滑轮；混凝土输送弯管；下动力头；出渣接头；钢护筒；内部带混凝土管的空心螺旋钻杆：桅杆支腿；护筒导向架；长螺旋钻头。

该钻进系统要求在原动力头下方再安装一个动力头，两动力头通过连杆联为一体，工作时上动力头驱动长螺旋钻具进行顺时针旋转钻进，下动力头驱动钢护筒进行逆时针旋转钻进。全部工作装置重力由主卷扬钢丝绳通过动滑轮悬吊，工作时靠工作装置自重进尺。

2.应用

中掘工法在已有高大建筑物旁边施工时优势明显。由于受到原有建筑物的压力，钻孔时孔壁所受压力是不均匀的，极易塌孔，更危险的是可能对原建筑物基础造成影响。此系统在钻进时套管始终跟进，起到了稳定原有建筑物基础的作用，而且没泥浆污染，无振动冲击，无噪声，是一种非常环保的施工方式。

（六）挂装挤扩支盘成型机或扩底钻头

1.配置

除钻机主体外，另需：卷管器；摩擦式伸缩钻杆；液压胶管（长度根据孔深定）；挤扩支盘成型机或扩底钻头。实现这两种工法的关键在于在动力头下方设置卷管器，用于缠绕液压胶管，该液压胶管将液压动力输送给孔内的挤扩支盘成型机的挤扩油缸或扩底钻头的展开油缸进行工作，油路可以从辅阀备用联接出，也可以借用不同时工作的其它油路，如展宽油缸油路。

2.应用

挤扩支盘桩是在原普通灌注桩基础上增加承力盘或承力分支而成，在承力盘的增加下，挤扩支盘桩单方承载力实现了2倍以上的增长。单桩的承载力不断增大，在荷载一定的情况下，与普通灌注桩相比，在长度、桩径、数量上都能够减少，在节约材料的基础上，缩短施工时间，加快施工进度，实现良好的施工效果，提高工程的质量，促进经济效益和社会效益的增加。

三、结束语

旋挖钻机在工程建设应用的非常广泛，在使用的过程中，由于现场环境的特殊，不同的施工场地具有不同的特点，所以，必须借助相关的原理，对旋挖钻机进行改进，使其性能更加丰富，具有更加广泛得到应用。做好钢护筒驱动、搓管机、长螺旋、气举反循环入岩钻进、中掘工法、挂装挤扩支盘成型机或扩底钻头等的配置与应用，通过有效的方式，使旋挖钻机的性能不断提高，增强其在实际施工中的应用效果。

参考文献：

[1]张慧斌.旋挖钻机智能化钻进系统设计与实验研究[J].设备管理与维修，2017（11）.