旋挖鉆機多功能設計與應用探討

王順利 劉威

摘要：本文對旋挖鉆機的概念、特點、配置及應用進行了詳細的分析和探討，旨在增強旋挖鉆機的應用性。

關鍵詞：旋挖鉆機；多功能；模塊化設計

一、旋挖鉆機的概念和特點

旋挖鉆機在建筑工程的建設中具有非常廣泛的應用，能夠使成孔工作順利進行，促進各類工程的建設與施工。這種機械主要應用在適于砂土、粘性土、粉質土等土層中，具有良好的適應性，如果需要進行灌注樁、連續墻、基礎加固等地基基礎施工，采用這種機械能夠發揮出良好的效果。通常情況下，125～450kw為旋挖鉆機的額定功率，120～400kN·m為動力輸出扭矩，1.5～4m為最大成孔直徑，60～120m為最大成孔深度，在各類大型基礎施工中，可以根據實際情況，有效應用這一機械設備。

一般情況下，液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、帶有垂直度自動檢測調整、孔深數碼顯示等是旋挖鉆機的主要組成部分。在整機操縱的過程中，在液壓的作用下，在合理控制的基礎上，使負荷進行傳感，簡化了操作和步驟，十分方便舒適。在工地需求多樣的環境下，主、副兩個卷揚具有較強的適應性，需要對施工場地進行分析，在應用的過程中，配合不同鉆具，適用于干式（短螺旋）或濕式（回轉斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業，另外，還可以與長螺旋鉆、地下連續墻抓斗、振動樁錘等進行搭配，完成難度較大的施工工作。

二、旋挖鉆機多功能配置及應用

（一）鋼護筒驅動配置及應用

1.鋼護筒驅動配置

在主體模塊基礎上增加以下模塊可實現鋼護筒驅動工法：伸縮式摩擦（或機鎖）鉆桿；旋挖鉆具（土鉆斗、短螺旋鉆頭等）；連接花筒、護筒、護筒鞋。

2.鋼護筒驅動應用

鋼護筒驅動裝置在回填土層、淺層砂卵石層、多溶洞石灰巖層等易坍塌地層及不準泥漿護壁的建筑附近可以發揮其明顯優勢。作業時動力頭通過驅動盤、連接盤、連接花筒將扭矩傳給鋼護筒、護筒鞋，使鋼護筒、護筒鞋產生旋轉運動，同時旋挖鉆機加壓裝置下壓對護筒、護筒鞋進行加壓，這樣邊旋轉邊下壓使護筒鉆入地層。

（二）旋挖鉆機配置搓管機及其應用

1.功能配置

在鉆機主體基礎上增加以下模塊：縮式鉆桿；旋挖鉆具或沖抓斗；可拆式壓盤；搓管機。搓管機與鉆機底盤上安裝接口相接，動力借用鉆機動力，由于行走裝置油路上設置有液壓膠管過渡板，使用時將行走馬達油管卸下，接上搓管機油管即可。

2.應用

鋼護筒驅動配置由于受到動力頭扭矩和加壓力、起拔力限制，所下護筒直徑與深度都有限。而旋挖鉆機與搓管機配合使用，由于搓管機可實現較大扭矩、加壓力和起拔力，所下護筒直徑和深度都大得多，甚至可以實現全護筒施工。施工時搓管機搓入套管與旋挖取土交替進行，直至達到設計孔深，成孔過程無泥漿、不塌孔，更環保，更安全，樁孔規則，無泥皮和沉渣，混凝土用量可準確控制，澆注質量高，樁承載力高。

（三）長螺旋配置及應用

1.系統配置

旋挖鉆機亦可配置長螺旋鉆具進行長螺旋連續鉆進管內泵壓注漿成樁（CFA）施工。該系統要求鉆機在主體模塊的基礎上增加以下模塊：動滑輪、桅桿支腿油缸、鉆桿導向架、混凝土輸送彎管、長螺旋鉆桿加長節（可選）、內部帶混凝土管的空心螺旋鉆桿、長螺旋鉆頭等。

該系統應用時要求將動力頭與加壓機構脫開，動力頭與鉆具全部由主卷揚鋼絲繩通過動滑輪懸吊，工作時靠工作裝置自重及螺旋鉆具自身旋入力進尺。

2.應用

CFA工法工藝過程為：長螺旋鉆孔至預定深度；將混凝土通過鉆桿內腔壓注至孔底，邊灌混凝土邊提升鉆桿，直至混凝土灌滿整個樁孔。CFA工法鉆進與輸土同時進行，效率很高，避免了廢漿污染，既簡化了鉆掘設備和工藝，也有利于環境保護。

（四）氣舉反循環入巖鉆進配置及應用

1.系統配置

在鉆機主體基礎上增加以下配置可實現氣舉反循環入巖鉆進：旋轉氣室；伸縮式機鎖鉆桿；輸氣管；空壓機；反循環入巖鉆斗。該系統對于鉆機的要求是需設計一旋轉氣室接在動力頭下方，作為輸氣管道旋轉部分與非旋轉部分的轉換部件。

2.應用

該鉆進系統是旋挖鉆機與氣舉反循環鉆進工藝的組合，在鉆斗一個鉆進循環內可實現連續排渣。該鉆進方式實現的關鍵在于反循環入巖鉆斗，該鉆斗分為上下兩部分，下部為牙輪筒鉆，上部為容渣斗，在筒壁上設有進氣管與排渣管。鉆進時孔底破碎下來的巖屑在壓縮空氣的攜帶下進入容渣斗。

（五）中掘工法配置及應用

1.系統配置及工作原理

該鉆進系統要求配置如下：動滑輪；混凝土輸送彎管；下動力頭；出渣接頭；鋼護筒；內部帶混凝土管的空心螺旋鉆桿：桅桿支腿；護筒導向架；長螺旋鉆頭。

該鉆進系統要求在原動力頭下方再安裝一個動力頭，兩動力頭通過連桿聯為一體，工作時上動力頭驅動長螺旋鉆具進行順時針旋轉鉆進，下動力頭驅動鋼護筒進行逆時針旋轉鉆進。全部工作裝置重力由主卷揚鋼絲繩通過動滑輪懸吊，工作時靠工作裝置自重進尺。

2.應用

中掘工法在已有高大建筑物旁邊施工時優勢明顯。由于受到原有建筑物的壓力，鉆孔時孔壁所受壓力是不均勻的，極易塌孔，更危險的是可能對原建筑物基礎造成影響。此系統在鉆進時套管始終跟進，起到了穩定原有建筑物基礎的作用，而且沒泥漿污染，無振動沖擊，無噪聲，是一種非常環保的施工方式。

（六）掛裝擠擴支盤成型機或擴底鉆頭

1.配置

除鉆機主體外，另需：卷管器；摩擦式伸縮鉆桿；液壓膠管（長度根據孔深定）；擠擴支盤成型機或擴底鉆頭。實現這兩種工法的關鍵在于在動力頭下方設置卷管器，用于纏繞液壓膠管，該液壓膠管將液壓動力輸送給孔內的擠擴支盤成型機的擠擴油缸或擴底鉆頭的展開油缸進行工作，油路可以從輔閥備用聯接出，也可以借用不同時工作的其它油路，如展寬油缸油路。

2.應用

擠擴支盤樁是在原普通灌注樁基礎上增加承力盤或承力分支而成，在承力盤的增加下，擠擴支盤樁單方承載力實現了2倍以上的增長。單樁的承載力不斷增大，在荷載一定的情況下，與普通灌注樁相比，在長度、樁徑、數量上都能夠減少，在節約材料的基礎上，縮短施工時間，加快施工進度，實現良好的施工效果，提高工程的質量，促進經濟效益和社會效益的增加。

三、結束語

旋挖鉆機在工程建設應用的非常廣泛，在使用的過程中，由于現場環境的特殊，不同的施工場地具有不同的特點，所以，必須借助相關的原理，對旋挖鉆機進行改進，使其性能更加豐富，具有更加廣泛得到應用。做好鋼護筒驅動、搓管機、長螺旋、氣舉反循環入巖鉆進、中掘工法、掛裝擠擴支盤成型機或擴底鉆頭等的配置與應用，通過有效的方式，使旋挖鉆機的性能不斷提高，增強其在實際施工中的應用效果。

參考文獻：

[1]張慧斌.旋挖鉆機智能化鉆進系統設計與實驗研究[J].設備管理與維修，2017（11）.