GJR400旋挖鉆機鉆進深度檢測系統的應用推廣

王瑞芳，趙海濱

（甘肅建投裝備制造有限公司，甘肅蘭州 730050）

0 引言

隨著高層建筑、高速鐵路、道路橋梁等基礎工程的建設，樁基礎施工工藝，特別是現澆混凝土灌注樁技術，得到了廣泛的發展。在大型項目中，旋挖鉆機成孔技術幾乎取代了人工挖孔成樁技術。旋挖鉆機適用于各種類型土石層的地面成孔施工，在基礎加固、連續墻、灌注樁等多種地基基礎施工中得到廣泛應用，有施工噪音低、成孔深度深、施工效率高等優點。GJR400旋挖鉆機是由甘肅建投裝備制造有限公司為實現大孔徑樁工作業而研發一款大型樁基施工設備，最大扭矩400 kN·m，最大成孔直徑3 m，最大成孔深度112 m。

1 旋挖鉆機鉆進深度檢測的必要性和必要性

1.1 工程要求

樁基是主要受力構件，根據不同地面附著物，有不同尺寸設計與深度設計要求。樁基工程除工程工況本身設計要求規定外，還應符合 GB 50007—2002《建筑地基基礎設計規范》、GB 50202—2002《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》、JGJ 94—2008《建筑樁基技術規范》等標準求。旋挖鉆機通過自身鉆進深度檢測系統，避免了人工多次放線測量鉆孔深度，節省時間和人工投入。

1.2 防止鉆桿“帶桿”現象

旋挖鉆機的伸縮鉆桿根據不同工況要求可以配套使用3節桿、4節桿和5節桿組成。在旋挖鉆鉆桿下鉆與提鉆作業中，鉆桿是由從到外的順序逐節脫開或收縮，但是由于土石夾渣等原因，可能會出現1節或幾節未正常脫開，發生非正常順序脫開或伸縮的現象。只要任一外節先于內節桿脫開或收縮，就證明外節與內節桿之間發生卡滯或結合，這就是所謂的旋挖鉆機鉆桿“帶桿”現象。

發生“帶桿”現象時，鉆機司機不易直接發現，會繼續提升或下放鉆桿，當提到一定程度時鉆桿有可能突然脫開墜落。一般鉆孔深度有幾十米甚至上百米，一節鉆桿自重一般約2 t，墜落瞬間沖擊力巨大，不僅會造成鉆桿損壞，還有可能砸壞鉆機動力頭，損失巨大。因此，要防止旋挖鉆鉆桿“帶桿”現象發生。

GJR400旋挖鉆機在單片機里預先設置正常工況鉆進深度參數與加壓油缸位移參數、以及動力頭上鉆桿重量檢測參數，通過對實際工況的鉆進深度檢測、加壓油缸位移檢測、與動力頭上鉆桿重量檢測，反饋到可編程的TTC60控制器。控制器檢測數據的比較，通過TFT（Thin Film Transistor，薄膜場效應晶體管）液晶監視器反饋得出鉆桿是否發生“帶桿”現象，系統通過編程控制系統輸出“帶桿”故障報警，系統通過電磁閥關閉主卷揚工作。所以，鉆進深度檢測是監控旋挖鉆機發生“帶桿”故障關鍵部分（圖 1）。

圖1 旋挖鉆機鉆桿防脫落監控系統

1.3 影響鉆進進度

旋挖鉆機鉆進深度檢測通過鋼絲繩的下放長度換算成鉆孔深度，如果鉆孔的深度檢測達不到一定的精確度，就會對鉆進深度誤判斷，在鉆頭還未達到孔底部時，旋挖鉆無荷載運轉或卡滯部位運轉，影響正常的鉆進進度，造成一定經濟損失。

2 傳統旋挖鉆機深度檢測方法

2.1 電感式傳感器深度測量裝置

電感式傳感器深度測量裝置是將2件電感式傳感器安裝在旋挖鉆機鉆桿頂部滑輪架上，鉆桿頂部滑輪同軸安裝1件檢測撥盤。當鉆桿提升或下放時，鋼絲繩帶動滑輪轉動，檢測撥盤隨之同步轉動。2件電感式傳感器分別將脈沖矩形波傳至可編程控制器，可編程控制器通過識別由電感式傳感器輸出脈沖矩形波，并記錄采集電感式傳感器的脈沖周期數，經過可編程控制器系統計算，可以得出鉆進深度，并通過人機界面顯示鉆進深度。

2.2 編碼器深度測量裝置

編碼器深度測量裝置，是將其編碼器安裝在鋼絲繩卷筒的支架上，在聯軸器卷揚筒上安裝檢測撥盤，鋼絲繩卷筒轉動時，檢測撥盤隨鋼絲繩卷筒同步轉動，檢測撥盤通過齒輪嚙合帶動編碼器轉動，即每正反轉動1圈將發送固定1次的脈沖信號，將信號傳遞給可編程控制器，可編程控制器將模擬信號轉換為數字信號，再通過脈沖次數、單圈直徑和鋼絲繩層距等因素，計算出鉆進深度。這種檢測方式只對于單層鋼絲繩卷較為精準，當采用2層或以上鋼絲繩卷時，由于每層的卷筒直徑不同，在由編碼器轉動圈數換算鉆孔深度時會產生誤差累積。

3 GJR400旋挖鉆機鉆進深度檢測裝置

3.1 鉆進深度檢測基本原理

GJR400旋挖鉆機鉆進深度檢測裝置，采用雙頻率信號輸出霍爾輪速傳感器，相位差為90°，利用霍爾效應原理將檢測到方向信號、速度信號，傳輸進TTC60編程控制器，通過調用控制器內部程序的增量或減量模塊，計算出鉆進深度，再通過TFT顯示器反饋給設備操作人員。

3.2 鉆進深度檢測電氣控制原理（圖2）

GJR400旋挖鉆機傳感器的速度信號275接口，方向信號輸出268接口，分別接線到TTC60編程控制器輸入端口271，當齒輪盤轉動時，TTC60編程控制器可接收到固定的脈沖次數和電頻信號，從而將方向信號和速度信號，通過TTC60編程控制器處理轉化為鉆進深度。

圖2 GJR400旋挖鉆機深度檢測電氣控制原理

3.3 霍爾傳感器安裝部位

將霍爾傳感器安裝在卷揚減速機殼體上，通過雙頻傳感器辨別鋼絲繩卷筒正反轉，利用霍爾效應原理檢測減速器輸出軸齒輪的齒數，并將檢測數據輸入控制器與預編程程序處理，輸出鉆進深度。

4 應用及推廣

電感式傳感器深度測量裝置具有價格便宜，測量時不考慮鋼絲繩纏繞層數等優點，但是該測量裝置測量精度不高，故障率較高，出現故障時診斷及維修比較麻煩，該裝置在中小型旋挖鉆應用比較廣泛。編碼器深度測量裝置具有檢測精度高等優點，但是該裝置在檢測多層鋼絲繩纏繞時，會產生誤差積累，由于旋挖鉆工況復雜，工作時震動沖擊較大，容易造成編碼器損壞，該裝置在早期旋挖鉆應用較多。GJR400旋挖鉆機采用霍爾傳感器檢測具有測量精度高，電器元件價格低，使用壽命，檢測結果可靠，使用過程中不易發生故障，安裝維修時方便快捷等優點。

綜合分析，GJR400旋挖鉆機所采用霍爾傳感器檢測方式優勢明顯。鉆機的卷揚鋼絲繩很少是單層，且其工作工況復雜，受震動沖擊大，這樣采用電感式傳感器深度測量裝置與編碼器深度測量裝置，其檢測精度以及裝置運行可靠性受到限制。而GJR400旋挖鉆機所采用霍爾傳感器檢測方式運行可靠，檢測精度較高，檢驗結果穩定，該檢測裝置在其他型號旋挖鉆機可以應用，因此公司將GJR400旋挖鉆機鉆進深度檢測系統推廣應用到其他型號旋挖鉆機。

［1］董梅，賀振斌.旋挖鉆機幾種鉆孔深度測量裝置原理及特點［J］.工程機械與維修，2014（10）：124-125.

［2］劉玉濤，高晶，周鑫.旋挖鉆機鉆孔深度的檢測與計算［J］.建筑機械化，2006，27（11）：37-38.

［3］米樹剛，劉媛媛.幾種旋挖鉆機測深裝置的比較［J］.工程機械與維修，2009（7）：170-172.