旋挖鉆機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用

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旋挖鉆機(jī)是一種適合在建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機(jī)械，具有裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機(jī)動(dòng)靈活、施工效率高等特點(diǎn)，適應(yīng)我國大部分地區(qū)的 土壤地質(zhì)條件。配合不同鉆具，適應(yīng)于短螺旋、回轉(zhuǎn)斗及巖層的成孔作業(yè)。對(duì)干硬性黏土可不用穩(wěn)定液護(hù)壁的干式旋挖工法，一般的覆蓋層采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁的濕式 旋挖工法，它廣泛應(yīng)用于橋梁、市政建設(shè)、高層建筑等基礎(chǔ)的鉆孔灌注樁工程。 

1　旋挖鉆機(jī)的發(fā)展歷史 

　　旋挖鉆機(jī)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(dāng)時(shí)日本稱之為回轉(zhuǎn)斗成樁，也叫阿司特利工法（Earth Drill），在德國、日本這類工法相當(dāng)普遍。我國在80年代初從日本引進(jìn)過工作裝置， 配裝在KH-125型履帶起重機(jī)上。1984年，天津探礦機(jī)械廠引進(jìn)美國RDI公司的旋挖鉆機(jī)并進(jìn)行消化吸收。1988年北京城建機(jī)械廠根據(jù)土力公司 （SOILMEC）的樣機(jī)開發(fā)了1.5ｍ直徑的履帶起重機(jī)附著式旋挖鉆機(jī)。1994年鄭州勘察機(jī)械廠引進(jìn)英國BSP公司附著式旋挖鉆孔機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)，但都 沒有形成批量生產(chǎn)。1992年寶峨公司在北京設(shè)立了代表處，開始了對(duì)華的業(yè)務(wù),并于1995年在天津成立了獨(dú)資子公司寶峨天津機(jī)械工程有限公司，組裝適合 中國市場的寶峨BG20型旋挖鉆機(jī)。1998年在上海又成立了中德合資上海寶峨金泰工程機(jī)械股份有限公司,生產(chǎn)組裝BG15型旋挖鉆機(jī)。最近幾年我國旋挖 鉆機(jī)取得了快速發(fā)展，目前國內(nèi)生產(chǎn)旋挖鉆孔機(jī)廠商有十余家，主要有徐工科技、三一重工、北京經(jīng)緯巨力、河北石家莊煤機(jī)、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(jī)等。國外主要生產(chǎn)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(yīng)性　在硬土地層,由于傳統(tǒng)鉆機(jī)的自重有限,不可能給鉆頭施加更大的進(jìn)給壓力。而旋挖鉆機(jī)由于采用動(dòng)力頭裝置,動(dòng)力頭的給進(jìn)力加上鉆桿的重量,鉆進(jìn)能力強(qiáng)。據(jù)統(tǒng)計(jì),在相同的地層中,旋挖鉆機(jī)的成孔速度是轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)的5～10 倍。 

　 　2）良好的環(huán)保性　目前國內(nèi)傳統(tǒng)鉆機(jī)多采用連接鉆桿形式和掏渣桶掏渣,在鉆進(jìn)過程中多采用泥漿循環(huán)方式,泥漿對(duì)于這類鉆機(jī)起潤滑、支護(hù)、置換和攜帶鉆渣 的作用。隨著對(duì)城市建設(shè)環(huán)保要求愈加嚴(yán)格,傳統(tǒng)鉆機(jī)面臨更大危機(jī)。而旋挖鉆機(jī)采用動(dòng)力頭形式,其工作原理是用短螺旋鉆頭或旋挖斗,利用強(qiáng)大的扭矩直接將土 或砂礫等鉆渣旋轉(zhuǎn)挖掘,然后快速提出孔外,在不需要泥漿支護(hù)的情況下可實(shí)現(xiàn)干法施工,即使在特殊地層需要泥漿護(hù)壁的情況下,泥漿也只起支護(hù)作用,鉆削中的 泥漿含量相當(dāng)?shù)?這使污染源大大減少,進(jìn)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(jī)的特 殊成孔工藝,它僅需要靜壓泥漿作護(hù)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(fù),使孔壁粗糙、 不易產(chǎn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)進(jìn)步 

　　1）旋挖鉆機(jī)的底盤　底 盤可分為專用底盤、履帶液壓挖掘機(jī)底盤、履帶起重機(jī)底盤、步履式底盤、汽車底盤。履帶專用底盤結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)輸方便、外形美觀、造價(jià)高。履帶起重機(jī)底盤工作 裝置采用附著型式，主臂分為可伸縮箱型結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，可兼作旋挖鉆機(jī)和履帶式起重機(jī)，節(jié)約設(shè)備投資。步履式底盤一般為三支點(diǎn)液壓步履式行走支架、穩(wěn)定性 好、但移動(dòng)運(yùn)輸不夠方便、造價(jià)低，目前國內(nèi)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(chǔ)，工作時(shí)放下支腿。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的 旋挖鉆機(jī)絕大多數(shù)使用專用底盤，只有少數(shù)使用挖掘機(jī)底盤或起重機(jī)底盤，這些底盤在設(shè)計(jì)上沒有兼顧旋挖鉆機(jī)施工特點(diǎn)，在穩(wěn)定性方面存在著一定缺陷。 

　 　2）鉆桿、鉆具　鉆桿是一個(gè)關(guān)鍵部件，分為內(nèi)摩阻式外加壓伸縮鉆桿和自動(dòng)內(nèi)鎖互扣式外加壓伸縮鉆桿。內(nèi)摩阻式鉆桿在軟土層鉆進(jìn)效率高，鎖扣式鉆桿提高了 動(dòng)力頭施于鉆桿并傳到鉆具的下壓力，適于鉆進(jìn)硬巖層，對(duì)操作的要求也較高。為了提高作業(yè)效率,一臺(tái)鉆機(jī)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(zhuǎn)鉆斗、撈砂斗、筒形鉆斗、擴(kuò)底鉆頭、巖心鉆頭等。 

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

　　4）電子控制技術(shù)　90年代國外旋挖鉆機(jī)的控制技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)智能化，目前國外旋挖 鉆機(jī)普遍具備發(fā)動(dòng)機(jī)和泵的電子控制系統(tǒng)，能指導(dǎo)主泵最佳輸出，使液壓負(fù)載與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相匹配，從而利用發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可在負(fù)荷較小或無負(fù)荷 時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，自動(dòng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少油耗、降低噪音和廢氣的排放量。桅桿垂直度自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)能對(duì)桅桿進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)切換，在一定范 圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)整角度，保證施工中樁孔的垂直度要求，提高施工質(zhì)量；還具備回轉(zhuǎn)倒土控制、鉆孔深度測量及顯示、車身工作狀態(tài)動(dòng)畫顯示及虛擬儀表顯示、故障檢 測、報(bào)警及信息顯示、整機(jī)啟動(dòng)前預(yù)先自動(dòng)檢測功能。國外旋挖鉆機(jī)還設(shè)有GPS定位系統(tǒng)和移動(dòng)電話數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。 

4　旋挖鉆機(jī)的國內(nèi)應(yīng)用 

　 　1993～1994年在上海浦東八百伴大廈基礎(chǔ)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(nèi)起到了推動(dòng)作用；在北京五環(huán)路的基礎(chǔ)施工中，旋 挖鉆機(jī)占了絕大多數(shù)，最多時(shí)達(dá)到30多臺(tái)；國家重點(diǎn)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(dá)到百 米以上，中鐵集團(tuán)采用旋挖鉆進(jìn)施工工藝，2002年3月開始，大量的旋挖鉆機(jī)進(jìn)入青藏鐵路線施工，到8月中旬統(tǒng)計(jì)有100多臺(tái)，其中國產(chǎn)設(shè)備9臺(tái)。青藏鐵 路大量使用旋挖鉆機(jī)引起了施工和生產(chǎn)制造企業(yè)的格外關(guān)注，無疑推動(dòng)了旋挖鉆機(jī)開發(fā)和應(yīng)用。2004年在北京奧運(yùn)國家體育館建設(shè)工地一次使用旋挖鉆機(jī)16 臺(tái)。由于受青藏鐵路、北京奧運(yùn)、上海世博會(huì)工程的拉動(dòng)，旋挖鉆機(jī)有了一個(gè)巨大的發(fā)展空間。 

　　2003年山西省機(jī)械施工公司申報(bào)了靜態(tài)泥漿 護(hù)壁、旋挖式鉆孔灌注樁施工國家級(jí)工法，國土資源部勘探技術(shù)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(jī)的機(jī)遇，及時(shí)地把研制的旋挖鉆頭推向市 場，并在旋挖鉆進(jìn)工藝方面也作了深入的研究。2000年徐工集團(tuán)RD18型鉆機(jī)研制成功，最大成孔直徑2m，最大鉆深60m，有3臺(tái)在青藏鐵路和多臺(tái)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(jī)，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(yàn)。 近三年我國的旋挖成孔法的大量采用，旋挖鉆機(jī)使用量增加，特別是2003年許多廠家旋挖鉆機(jī)相繼研制成功，推動(dòng)了旋挖鉆機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用。目前，國內(nèi)各種型 號(hào)旋挖鉆機(jī)市場擁有總量(到2003年)為500多臺(tái)，其中國產(chǎn)旋挖鉆機(jī)占15％左右，國外二手旋挖鉆機(jī)約為20％。 

5　值得思考的問題 

　 　1）旋挖鉆機(jī)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(jìn)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(nèi)事故和機(jī)械事故，體現(xiàn)不出旋挖鉆進(jìn)的優(yōu)越性。由于我國大量的公路橋梁、鐵路、水利、城市建設(shè)等工程，旋挖鉆機(jī)潛在的巨大市 場已經(jīng)出現(xiàn)，但由于我國幅員遼闊，地質(zhì)狀況差異較大，經(jīng)濟(jì)狀況不同，其它樁工機(jī)械和鉆孔設(shè)備仍然存在著發(fā)展空間。 

　　2）旋挖鉆機(jī)的價(jià)格 目前較貴，應(yīng)用最多的旋挖鉆機(jī)成孔直徑在1.5～2m。國產(chǎn)旋挖鉆機(jī)價(jià)格都在400～500萬元，進(jìn)口鉆機(jī)價(jià)格要600多萬元人民幣。對(duì)于一般的基礎(chǔ)施工 企業(yè)，一次性投資幾百甚至上千萬元購置設(shè)備有一定困難。國內(nèi)旋挖鉆機(jī)制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)降低生產(chǎn)成本，控制適當(dāng)?shù)睦麧櫬省Ｍ瑫r(shí)應(yīng)發(fā)展租賃市場，提高旋挖鉆機(jī)的使 用率，縮短投資回收期，旋挖鉆機(jī)的使用量和產(chǎn)品產(chǎn)量將會(huì)大大增加。 

　　3）旋挖鉆機(jī)的全負(fù)荷正常工作壽命為6 000多個(gè)小時(shí)，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(dòng)力頭以及鉆桿鉆具，另外加工維修、設(shè)備搬遷費(fèi)用所占成本偏高等，部件損壞后更換時(shí)間也較長。這就使 得旋挖鉆機(jī)在實(shí)際使用中的運(yùn)行成本高，相應(yīng)提高了樁基的施工成本。使用旋挖鉆機(jī)施工，雖然施工效率較高，工程質(zhì)量也較好，但利潤可能較低。據(jù)某些施工企業(yè) 統(tǒng)計(jì)，一般要達(dá)到每年鉆進(jìn)工作量在20 000延米以上，工程造價(jià)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(jī)的時(shí) 間短，缺乏工法的研究，尚未編制施工規(guī)范；旋挖鉆機(jī)是樁工機(jī)械的一個(gè)類型，和土木建筑及施工工藝結(jié)合的比較緊密，旋挖鉆機(jī)制造廠的工程技術(shù)人員應(yīng)熟悉基礎(chǔ) 施工，配合基礎(chǔ)施工企業(yè)開展鉆進(jìn)工藝的研究，提高旋挖鉆機(jī)在不同地質(zhì)條件下的作業(yè)性能，適時(shí)的制定旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；行業(yè)協(xié)會(huì)開展施工經(jīng)驗(yàn)的技 術(shù)交流，推動(dòng)旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品和施工的發(fā)展。 

　　5）開展鉆桿、鉆頭、鉆具的研究，提高關(guān)鍵部件制造質(zhì)量。目前國產(chǎn)鉆桿尚不能滿足主機(jī)的要求， 鉆桿的生產(chǎn)廠設(shè)計(jì)能力差，基本是模仿國外產(chǎn)品，焊接大都是手工操作，鉆桿的強(qiáng)度和精度不能滿足要求；目前有些企業(yè)進(jìn)口原裝鉆桿，價(jià)格至少要50萬元人民 幣，鉆機(jī)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(jià)格約7萬人民幣，使生產(chǎn)成本增加，而且進(jìn)口產(chǎn)品供貨期為 一個(gè)半月到兩個(gè)月左右。通過對(duì)旋挖鉆進(jìn)工藝的研究和鉆具的研制，替代進(jìn)口產(chǎn)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(jìn)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)設(shè)備機(jī)具的國產(chǎn)化奠定基礎(chǔ)。 

　　6）目前國內(nèi)已開始生產(chǎn)旋挖鉆機(jī)的廠家有十五六家，還有一些廠家的產(chǎn)品處在開發(fā)階段。 國內(nèi)大部分廠家首先開發(fā)的是200kNm級(jí)、成孔直徑2m、鉆孔深度60m的旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%的樁基礎(chǔ)樁徑在1.2m以下，深度不超過 40m，由于旋挖鉆機(jī)技術(shù)含量高、市場售價(jià)在短期內(nèi)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(nèi)樁工機(jī)械行業(yè)的實(shí)際 情況出發(fā)，在研制旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品時(shí)，可以兩條腿走路：對(duì)于具有技術(shù)和資金實(shí)力的企業(yè)，可以通過不同形式引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，或采取關(guān)鍵件國際配套，開發(fā)技術(shù)先 進(jìn)的旋挖鉆機(jī)，以較高的性能價(jià)格比和優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)滿足重點(diǎn)工程的需要；針對(duì)目前國內(nèi)基礎(chǔ)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(shí)，價(jià)格也能被中小施工企業(yè)接受的旋挖鉆機(jī)，以代替轉(zhuǎn)盤式反循環(huán)鉆機(jī)。

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