旋挖钻机

旋挖钻机（共11篇）

旋挖钻机 篇1

在本专栏第1讲中介绍了旋挖钻机在泥岩地层中钻进的工法知识,内容侧重于如何提高钻进效率、如何减少钻齿磨损这两方面。很多业内朋友看到文章后与三一工法研究院取得了联系,纷纷表示采用文章中介绍的工法进行施工收到了很好的效果,但同时也向我们提出了另一个问题:钻机在泥岩地质施工时常常会出现钻具打滑、不进齿的现象,这就会大大降低钻机的工作效率,让施工方很着急,希望我们能专门讲一讲如何处理旋挖钻机打滑的工法。应此需要,本期就旋挖钻机施工时钻具打滑的现象做专题分析,介绍三一工法研究院在这类问题上的处理经验,以期对行业同仁们能够有更多的帮助。

钻具打滑通常和钻机的作业地质密切相关,一般而言,打滑现象多出现在泥岩、砂质泥岩、硬塑性黄土以及粘土地质中。前三者的打滑原因相似,旋挖钻机在钻进泥岩(或者砂质泥岩、硬塑性黄土)地层时,由于泥浆侵入了钻齿与原生岩层的接触面,从而降低了钻齿与原生岩层之间的摩擦力,致使钻齿在原生岩层的表面滑动而不能有效地切入岩层,于是就会出现钻具打滑难以进齿的现象。打滑现象是泥岩类地层钻进的一大难题,要提高施工效率就必须要必须解决好这一问题。

案例分析

南京市凤凰居民小区的桩基工程施工采用的是三一SR150C型旋挖钻机,配置摩擦杆和双底捞砂钻斗。成孔桩径为80 cm,桩深为24～26 m。地质情况从表层至终孔依次为杂填土层、淤泥层、淤泥质黏土层、黏土层和风化泥岩层。大部分施工地层从16 m深度开始进入泥岩层。虽然黏土层和泥岩层力学性质好,自身不容易塌孔,但由于其上层存在淤泥层,为防止淤泥层发生塌孔事故,则必须使用护筒和静浆护壁钻进。而泥岩遇水出现软化,表现出很强的黏性。施工过程中出现了泥岩层钻进打滑的现象,具体表现为泥岩在泥浆作用下软化,加压打滑、糊钻、卸土难。

打滑现象处理

泥岩钻进打滑有2种类型,即托底打滑和切削打滑。

托底打滑

钻进时,钻渣吸水后变成黏性很大的塑状黏土物质糊在钻齿和钻底上,使钻齿失去了切削作用而无法继续钻进。提钻前反转钻斗关闭斗底时,由于斗底已无任何阻力,斗底会与钻斗一起反转而无法关闭,在提钻过程中,斗内渣土掉出。二次下钻后,齿尖直接插入渣土内,钻斗底板面直接压在渣土上,随着钻斗旋转钻进,把掉下的渣土高低不平及缝隙完全压实,当渣土不能再压缩时,底板面被渣土托住,斗齿便在之前划出的沟槽内反复地旋转,形成托底打滑现象。

针对托底打滑的现象,一般采取的处理思路是这样的:①如果孔内虚土是软泥,可以快速反复操作动力头正转加压和反转加压,瞬间对钻斗有巨大的冲击力,使斗齿和虚土之间产生摩擦力,加压力在瞬间传递到虚土上,把虚土切削挤压进入钻斗。②如果孔内虚土较多,又是硬泥岩,可以换一个直径略小的短螺旋钻头解决打滑。小直径螺旋钻头与孔壁之间有一些间隙,掉下的泥土在钻杆钻头的重量和加压力的作用下被挤到旁边,钻头接触到实土即能正常钻进。提钻后,被挤压到旁边的虚土掉入小直径的孔内,没有掉入孔内的渣土被二次下钻的大直径钻斗挤压到孔内,从而大直径钻斗可以正常钻进。

硬泥岩打滑

硬度较大的泥岩在泥浆的润滑作用下,摩擦系数降低,钻杆提供的加压力不足,钻齿很难切削钻进,因此将在斗齿和泥层的接触面上形成一个光滑面,从而导致在硬泥岩层中出现打滑的现象。

针对硬泥岩打滑的工况,一般需要参考对地质的预先评估,采用“预防和处理并重”的思路:因为硬泥岩的经验承载力多在500 kPa以上,所以往往需要巨大的加压力才能被切削破碎,故要在施工之前就要给钻机配套装备上机锁钻杆以及短螺旋钻头和双底入岩钻斗,这样的装备在进行钻进时将会很好地克服和预防硬泥岩打滑的现象。

调整操作方法使用摩阻杆钻进时应持续加压,切入地层负载上升后,持续钻进,通过负载的大小来调整加压的幅度,使得钻齿切入原生岩层后能够始终维持切入的状态。使用机锁杆时也需要控制钻机的加压方式,当履带前方快被加压支起时,说明加压过急或者不进齿,此时不可以继续加压,而应当停止加压以确定原因,比如是否地层太硬、是否钻具存在缺陷、是否被糊住导致托底等。如果地层变化不大,每斗钻进的时间和深度也应该维持在一定的范围内,比如泥岩层中的单斗进齿深度在40 cm左右为宜。在钻进结束之后反转关闭斗底时,应当尽量在钻进有负荷时进行,此时斗底具有一定的阻力,能够防止斗底与钻筒一起反转。反转不宜超过2圈,反转过多会磨平孔的台阶,从而将会加大下次钻齿进入原生岩层的难度。

改制钻头一般而言,要遵循如下原则对钻头的斗齿进行布置:斗齿布置成犬牙交错状;钻齿之间相互的角度应设置在50°～53°之间;适当减小导向齿的长度。

在该工地上,对钻头进行改制的方式是:把钻斗齿数少的一侧齿座垫高,且掘进角增大3°～4°,另一侧维持原状不变,具体见附图。

解决效果

通过换用机锁钻杆并对钻斗进行改制之后,结合操作方式的调整,较好地杜绝了该工地上泥岩层钻进打滑的现象。使得钻进不再困难,平均成孔时间也提高到了每小时3颗。

工法小结

打滑现象的处理一般要从钻杆、钻具和操作方式3方面着手。在钻杆杆长能够满足钻深的条件下,机锁钻杆的适应性高于摩阻钻杆:双底土层捞砂钻斗是适合泥岩层钻进的钻头,但是要根据最难钻进处原生土层性质对钻头进行适应性改制;在操作方式上,现场对设备操作人员进行操作指导,让操作人员熟悉此地层操作的关键,并逐渐熟练适合这个地层的操作方法也很重要。粘土地质的打滑多是由于粘泥糊住了钻齿引起的,限于篇幅,在此就不展开讲述。

旋挖钻机 篇2

合同编号：机械（字第 号）

甲方：（以下简称甲方）：中铁三局集团有限公司桥隧工程分公司基础工程队 乙方：（以下简称乙方）：

甲方在沪昆客专杭长湖南段Ⅱ标项目经理部第四分部桥梁钻孔桩工程施工中需临时租赁机械进行施工，乙方具有本工程所需设备及操作司机输出能力。现甲、乙双方根据《中华人民共和国合同法》及有关法律规定，结合具体情况，为明确甲乙双方的权利义务，按照平等互利的原则，经双方协商一致，签订本劳务承包合同，双方共同遵照执行。

1、工程概况

1.1 工程名称：沪昆客专杭长湖南段项目经理部四工区桥梁钻孔桩 1.2 工程地点：湖南省长沙市雨花区长沙火车站附近1.3 机械租赁内容及数量

甲方按乙方完成的实物工程量对乙方进行计价。双方约定的工程量及单价见附表一。

2、工期

2.1 开工日期：本工程定于 年 月 日开工。2.2 竣工日期：本工程定于 年 月 日竣工。2.3 以上为总工期，作业总点工期按甲方编制的施组执行。

3、机械租赁费的确定：

本合同机械租赁施工作业项目承包费详见附表一：《机械租赁费用一览表》。本合同实行单价承包，其工作内容：钻孔平台的开挖及平整，挖泥浆池、沉淀池，泥浆池、沉淀围护设臵，设臵泥浆循环系统、钻机及钻具进出场及安拆、移位、造浆、钻进、提钻、换浆、清孔、清除废浆碴等沉淀物，砼灌注、下钢筋笼，钻碴在临时场地的堆放。为配合旋挖钻机施工中所需挖掘机、吊车、装卸机、自卸车均由乙方自己提供，施工用水甲方提供水源，机械施工油脂、燃料及机械自身维修费用由乙方负责，其单价已综合包括了完成该工程项目合同作业内容所需全部机械费用、人工工资和管理费等，施工期间单价不做任何调整。验工后乙方应提供机械租赁费收据。收据金额为：当期验工金额-乙方提供劳务工资支付单金额。

计量规则：钻孔长度以承包底至设计孔桩底标高之间的长度计算（验工计价）。

4、工程质量

4.1 乙方必须按照甲方提供的设计文件及作业指导进行施工作业。

-1 行设计变更，变更后要及时通知乙方。

9.3因变设计增减的费用，由甲乙根据现场施工数量，按附表一中的相关单价计算工程施工机械费用的增减额。附表一中没有单价的项目，双方协商确定。

10、甲方供应的材料设备

10.1 甲方负责供应的材料、设备范围和单价详见附表二《甲方供应设备及材料一览表》。超耗的材料，其费用将在乙方机械租赁费中扣除。

10.2 甲方在接到乙方提报的用料计划后，应及时供应，并按计划规定的时间运达双方约定的交货地点，乙方组织验收。

10.3 经甲方同意，乙方自行采购的材料要满足设备规范要求，并提供产品合格证明检验资料。

11、机械租赁费的计价

11.1 机械租赁费实行按月验工，每月25日，乙方按附表三《机械租赁验工结算表》填表报甲方审批。甲方按月支付乙方80%计量款，施工结束支付到95%，最后验收合格施工尾款一次性付完。

11.2 机械租赁费验工支付的依据。

11.2.1 按设计要求并由甲方技术负责人签认完成的合格工程数量。11.2.2附表一中的相应验工支付标准。

12、机械租赁费的结算和验工支付

机械租赁费的支付和结算。乙方将附表三《机械租赁合同验工结算表》报送甲方，待甲方有关部门审核，作为甲方拨款的依据。

13、机械租赁施工工程验收 13.1 验收依据：

13.1.1 批准的设计文件（包括已经批准的变更设计文件）。13.1.2 国家和行业颁布的工程质量评定验收标准。13.2 甲方的工作：

13.2.1 认真审查乙方提出的验收原始资料，并组织有关部门对工程作业内容进行最终检验和试验。

13.2.2 督促检查乙方按期完成未完工程的施工作业及需要整改工程的施工作业。13.3 乙方的工作：

旋挖钻机钻头的选配与使用 篇3

【关键词】钻头选用；地层；孔径

影响旋挖钻头选用的因素很多，概括起来主要有三个方面：地层情况；钻机功能；孔深、孔径、沉碴厚度、护壁措施等。

一、目前常见旋挖钻头的分类

常见的旋挖钻头有螺旋钻头、旋挖钻斗、筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击钻头、冲抓锥钻头和液压抓斗，下面逐类简单介绍。

1、螺旋钻头：

（1）锥形：双头双螺，适用于坚硬基岩。双头单螺，适用于风化基岩、卵石、含冰冻土等。以上钻头配装各种合金头截齿，通过齿型、螺距、螺旋升角的变化又可派生出很多类型的钻头。在北京昌平畅春园跨湖桥梁施工中，桩径1.2米，要求桩尖入岩2.5米，其中1.5米为中风化和强风化岩层，1米为微风化基岩对于中风化和强风化，用装配合金截齿的双头单螺钻头钻进即可；但对于微风化，则必须选用双头双螺的锥形短螺旋钻头。此种钻头，在土力R625旋挖钻机正常工作压力下，在一小时左右的时间，可以完成1米深的坚硬基岩的钻进。对于用旋挖在岩层中成孔而言，速度算是比较快的。

（2）直螺旋钻头：

a、斗齿直螺：双头双螺，适用于砂土，胶结差的小直径砾石层；双头单螺，适用于砂土、土层；单头单螺，适用于胶结差的大直径卵石，粘性土及硬胶泥。其特点是，对于非岩性地层，在无泥浆护壁成孔的施工条件下，钻进速度较快，孔口卸土也非常方便。适合于陕西等黄土高原地区的成孔施工。

b、截齿直螺：有双螺、三螺和四螺，适用于是硬基岩或卵砾石。在北京北五环仰山桥成孔施工中，采用此种钻头，顺利的穿过了胶结的卵砾石层，避免了普通钻斗施工中钻机的整体震动，有效的保护了钻机液压和电路系统等免受损坏。

2、旋挖钻斗

按所装钻齿可分为截齿钻斗和斗齿钻斗，斗齿钻斗又可分为直齿（T25齿）钻斗和螺旋齿钻斗；按底板数量可分为双层底斗和单层底斗；按开门数量可分为双开门斗和单开门斗；按桶的锥度可分为锥桶钻斗和直桶钻斗；按底板形状可分为锅底钻斗和平底钻斗。以上结构形式相互组合，再加上是否带通气孔、开门机构的变化，可以组合出几十种旋挖钻斗。

2.1一般来说双层底钻斗适用地层范围较宽，无论是流动性较强的沙层，还是粘性较强的土层，都可以采用；而单层底的只适用于粘性较强的土层，对于流动性较强的流沙层则不适用，无法将钻进沉渣捞出孔外。双门钻斗适用地层范围也较宽，适用于大部分地层；单门钻斗只是用于大直径的卵石及硬胶泥。对于粘性较强的土层及直径较大的卵石和硬胶泥地层，采用单层底和单门钻斗，在孔口容易卸土，操作起来灵活方便，能有效的压缩非钻进流程的时间。

2.2直齿钻斗的斗齿与钻斗底盖和进齿面均成45°角，进尺速度快，适用于地质较软的土层等地层；螺旋齿钻斗的斗齿与钻斗底盖成30°角，角度稍小，适用于硬度稍大、对斗齿摩擦比较多的沙土层或者沙层，进尺速度比直齿慢，但比直齿耐用，遇到小的卵石，也不易被掰断斗齿。

3、筒式取芯钻头

目前常见的有两种：截齿筒钻（适用于中硬基岩和卵砾石），牙轮筒钻（适用于坚硬基岩和大漂石）。在筒式取芯鉆的两大类钻头中，又有带取芯装置和不带取芯装置之分，主要取决于取芯的难度。因为牙轮取芯钻头主要用于硬岩钻进，且钻取的环状面积大，如果有条件的还可以通在在钻头部分加装反循环钻进，以提高钻进效率。

4、扩底钻头

在桩径不增大桩深不增加的基础上，设计部门往往通过扩底桩来实现单桩承载力的提高。旋挖钻机进行扩底是无需任何改动就可施工的，只需选用扩底钻头即可。扩底钻头常用的以机械式为主，这种钻头使用和维护都比较简单，有上开式和下开式的，张开机构一般为四连杆的，用于土层、强风化、中风化地层甚至坚硬基岩。由于旋挖钻进是非循环钻进，扩底完成后用清渣桶清渣即可。但是对于扩底部位比较黏滑的地层，四连杆机构不易打开，实现扩底往往比较困难，在徐州电厂试桩工程施工中就遇到了这样的问题。这时需要根据实际情况改进钻齿，使钻齿能在扩底地层中吃住劲，才能实现进尺。

5、冲击钻头、冲抓锥钻头

在钻进大直径卵石、大漂石和坚硬基岩，使用冲击钻头、冲抓锥钻头配合旋挖钻进特别有效，这类钻头的使用是通过旋挖机副钩吊挂来作业，因为要有冲击作用，所以要求副钩具有自由放绳功能效果才能更好。这种钻进工艺，因为对钻机功能有更多要求，所以在实际施工中较少用到。

6、液压抓斗

目前连续墙和防渗墙的施工工程日趋见多，如果对旋挖钻机作机械上的相应改动，将钻机桅杆和钻杆改为液压抓斗，就可进行地下连续墙的施工。比如说意大利土力系列的钻机，有很多型号是多功能底盘，可以进行旋挖成孔和地连墙成槽的相互转换。

二、根据地质情况选用钻头

旋挖钻机主要的功能是在地表形成孔槽，工作对象是浅层地质，以沙土为主，同时也会遇到卵石层，甚至是基岩。由于地层情况是千变万化的，同时浅层地质受人类活动的影响比较大，相对于深层地质来讲，其规律性更是难以把握，所以旋挖钻机工作的对象是特别复杂的。前面已经介绍了不同钻头所适用的地层，现在总结介绍一下根据不同的地质情况，来选择相应的钻头。归纳起来有以下几类。

（1）粘土：选用最常用的直齿锥桶钻斗，钻进速度快，而且卸土轻松方便；（2）淤泥、粘性不强土层、砂土、胶结较差粒径较小的卵石层：可配用双层底、带螺旋齿的钻斗；（3）硬胶泥：选用单进土口的（单双底皆可）旋挖钻斗，或斗齿直螺；（4）冻土层：含冰量少的可用斗齿直形螺钻斗和旋挖钻斗，含冰量大的可用锥形螺旋钻头。需要说明的是，螺旋钻头用于土层（除淤泥外）皆有效，但一定有在没有地下水、地层稳定的情况下使用，以免产生抽吸作用造成卡死；（5）胶结好的卵砾石和强风化岩石：需要配备锥形螺旋钻头和双层底的旋挖钻斗（粒径较大的用单口，粒径小的用双口），配用合金斗齿（子弹头）效果更好；（6）中风化基岩：按照工艺先后顺序，可以依次配用截齿筒式取心钻头→锥形螺旋钻头→双层底的旋挖钻斗；或者截齿直形螺旋钻头→双层底的旋挖钻斗；（7）微风化基岩：按照工艺先后顺序，依次配用牙轮筒式取心钻头→锥形螺旋钻头→双层底的旋挖钻斗。如果直径偏大，还要采取分级钻进工艺。

三、根据旋挖钻机的功能配置来选择钻头、钻具

如果旋挖钻机具有地下连续墙成槽的功能，可以选配液压抓斗或双轮铣进行连续墙的成槽施工。如果副卷扬有自动放绳功能，可选择冲击钻头和冲抓钻头钻进大直径卵石或漂石。如果配备有气室和水龙头可进行气液钻进。如果配备有双动力头或搓管机的，可进套管钻进，这是钻进中顺利通过流砂、破碎卵砾石、淤泥层的非常有效的工法。

旋挖钻机 篇4

目前,国内主要采取打眼放炮人工取渣和人工挖孔的方式来进行喀斯特地貌的基础施工,这种施工方式效率极低,安全隐患很大,已很难满足现代施工效率和安全、环保等方面的要求,急需先进的施工方式予以取代。旋挖钻机作为公认的高效、环保的桩工设备,自然被视为解决喀斯特地貌钻进难题的希望之选。但是由于喀斯特地貌形态复杂多变,旋挖钻机在钻进过程中很容易造成斜孔、卡钻以及漏浆等严重事故,所以目前还鲜有旋挖钻机在喀斯特地貌成功施工的案例出现。

案例分析

2010年6月,三一SR280R入岩型旋挖钻机在沪昆高铁江西段的萍乡后平乐特大桥参与施工。钻孔直径1.0 m,孔深由27至34 m不等。考虑到萍乡地区岩溶地质较为常见,该工程要求旋挖钻机能够施工灰岩、溶洞等地层。由于此前国内尚无旋挖钻机在灰岩、溶洞地层的施工先例,机主请求三一工法研究院能够派人进行现场辅助施工。

问题分析

岩溶地质的施工难点主要在于地质条件的复杂以及施工中偶发事故较多。这一标段上层为粉质黏土,基层是弱风化灰岩层;有些桩位含有角砾层,易塌方;含有岩洞的桩位较多。由于施工时节降雨量大,地下水十分丰富,地表以下1 m左右可见地下水冒出,这也给施工增加了难度。本工程主要有以下几点施工难点需要解决。

漏浆塌孔

由于溶洞地层的复杂性,及地下溶洞形态大小的不可预见性,施工过程中极易出现漏浆塌孔现象,特别是在地下溶洞互相贯通的情况下,极易出现漏浆塌孔现象。

埋钻、卡钻

溶洞地层施工过程中,在钻机提钻时极易发生埋钻、卡钻现象。当溶洞中无填充物时,提升钻具时钻具的顶板极易和洞顶卡在一起,导致卡钻;当溶洞内有灰岩、碎石及软塑或流塑状的黏土等充填物时,施工过程中则较容易出现埋钻事故。

斜孔

在溶洞顶部的灰岩层,由于灰岩的岩面变化较大,大部分桩位的灰岩都可能呈现很大的斜面,钻进时稍有不慎就会造成斜孔事故。

解决措施

漏浆塌孔事故的预处理

对于无填充物而且较小的溶洞,可向溶洞内填入片石、黏土和水泥,使得填充物高出溶洞顶板1 m。钻机采用不进尺慢钻操作,将填充物挤入溶洞,从而封堵住可能存在的渗漏,以形成稳定的孔壁,并防止偏钻。

对于大量漏浆的溶洞,可以向内泵入混凝土,填充至溶洞上方1 m处,待其初凝后继续钻进。

对于相互连通的特大溶洞,为减少混凝土的灌注量,可以钻孔至大溶洞时,向孔内抛入块石,然后用低标号混凝土灌满,待混凝土有一定强度时再继续钻进。

对于较大的溶洞可以采取钢护筒跟进的办法,但是施工成本较高。

解决漏浆塌孔事故的关键主要还是在于做好事故预防及处理预案:(1)事前准备充足辅料:如片石 +黏土,黏土要打成包备用。(2)准备加大的泥浆池及充足水源并且要确保泥浆具有较好的黏性及胶体率。③接近、进入溶洞层后要密切注意孔内泥浆位变化,一旦漏浆则须迅速补浆并提钻向孔内抛填①项所列准备好的辅料。

埋钻、卡钻事故的预处理

对于溶洞内有填充物的,充填物为灰岩、碎石及软塑或流塑状的黏土,要保持泥浆水位,防止钻头在钻进底部灰岩时,充填物坍塌,造成埋钻事故。

对于无填充物的溶洞,可如漏浆塌孔事故的预处理中所述,向溶洞内添加片石、黏土或者混凝土等填充物,避免提钻的时候钻斗的顶板与溶洞的洞顶卡在一起形成卡钻。

对常规的钻具,可加焊导向装置,防止卡钻事故的发生。

斜孔事故的预处理

要采取正确合理的钻进方式:在溶洞顶部的灰岩层岩面变化较大,灰岩呈现斜面的情况下,在钻进到灰岩溶洞层时需要换为筒钻,在扫孔后下钻,且在起初钻进灰岩地层时要“减压钻进”。实际操作时除了要结合地质报告提前判断溶洞出现位置的情况下,还需仔细观察钻渣以及钻机的振动情况判断地层。

选取合适的钻头,钻头筒体要选用直筒型,在条件允许的前提下尽量加大钻筒高度,钻头要有导向结构。

对于溶洞高度小于筒钻高度的溶洞底层灰岩的钻进,同样刚开始要减压钻进,穿过斜顶层后就可以用常规的钻进方法。对于溶洞高度大于筒钻高度的,由于底层可能遇到石笋、溶洞侧壁岩石、半边岩半边土等,也可以采取向溶洞内添加片石、黏土或者混凝土等填充物高出溶洞顶板(石芽、斜面以上)1m,然后采用特制的加长筒钻进行钻进即可。

解决效果

通过对于现场钻具的改进以及正确的操作方式指导,该工地溶洞地层钻进过程中没有出现漏浆塌孔、埋钻、卡钻以及斜孔等事故,且钻进效率较高。成功地实现了旋挖钻机在溶洞地层的钻进,降低了原有人工挖孔的施工成本,更是极大地提高了施工效率。以4#桩孔为例,该桩孔深34.8 m,在26～30.5 m为溶洞,溶洞横跨约4.7 m,成孔时间不到20 h,灌注混凝土超过20 m3,钢筋笼下放顺利,孔竖直度良好。

工法小结

旋挖钻机钻孔灌注桩施工工艺 篇5

1.工艺适用范围及特点 适用于各种土质层和砂类土、碎(卵)石土或中等硬度以下基岩的桥墩桩基施工. 2.主要操作工艺 2.1 桩位的.测量放样 采用全站仪坐标法来进行桩的中心位置放样,放样后四周设护桩并复测,误差控制在5mm以内.

作 者：张继莹 侯素良 程献周 作者单位：张继莹,侯素良(上蔡县农村公路管理所,河南,上蔡,463800)

程献周(驻马店市公路工程开发公司,河南,驻马店,463000)

旋挖钻机 篇6

【关键词】旋挖钻机；灌注桩；施工工艺

1 工程概况

秦晋家园共有5栋高层住宅楼，建筑面积12.28万平米，基础采用灌注桩，桩径为600mm，共有949根桩，其中，工程桩874根，试桩15根，锚桩60根，混凝土采用C40、C45。

2 工程地质概况

该地段属于渭河右岸一级阶地，地质土层自上而下依次为人工填土、冲积黄土状土、细砂、中粗砂。

3 施工准备

3.1 成孔方法选择

根据本工程地质情况，基础采用静态泥浆护壁旋挖成孔工艺，本工艺采用旋挖钻机用钻头将孔内渣土直接取出，同时注入提前制备的泥浆护壁。该成孔方法具有成孔速度快、沉渣厚度小、泥皮薄、造价低等优点，为目前在适宜地质中速度较快的成孔工艺。

3.2 泥浆循环系统的布置

施工场地设两个泥浆池，容积为150m3，泥浆中废弃部分及时排放，沉淀物及时清理。

3.3 护简埋设

护筒有导正钻斗，控制桩位，隔离地下水渗漏，防止孔口坍塌，抬高孔内静压水头和固定钢筋笼等作用。埋设护筒前先放置桩位点，过桩位中心点拉十字线在护筒外80cm～100cm处设控制桩，然后在桩位处用钻头挖一个比护筒外径大20cm、深度比护筒略小30cm的圆坑。并在坑底填筑20cm 的黏土，然后将护筒采用钢丝绳对称吊放进坑内，用水平尺(或吊线锤)校验护筒竖直后，并保证护简中心与桩位中心位移不能超出20mm，方可在护筒周围回填最佳含水量的黏土，分层夯实且要防止护筒倾斜。

3.4 泥浆的制备

本工程根据地质柱状图的研究、地下水的调查、pH值测定，对各种掺加剂进行适当配制；各种掺加剂宜先制成小剂量溶剂，按循环周期均匀加入并及时测定泥浆指标，防止掺加剂过量；孔内有渗漏时，应掺泥浆量2％的锯木屑或稻草末。

随着施工的进展要及时对泥浆进行添制、净化，保证成孔、成桩的质量。该泥浆具有相对密度低、粘度好、含砂量少、失水率小、泥皮簿、固壁能力强、稳定性好，钻具旋转阻力小，钻进效率高的特点。

4 钻孔

4.1 根据孔位所在的地质情况，选择合适的钻机型号和钻锥。在钻孔过程中，应采取减压钻进，以避免和减少斜孔、弯孔和扩孔现象。

4.2 钻进时应根据土层情况掌握钻进速度。一般纯黏土层每钻进50cm左右，砂层每钻进40cm左右；成孔时若遇见松散层时应注意漏浆情况，必要时，可在漏浆部位回填粘土堵漏；钻斗要上下往复作业，如果护壁泥浆管理不善就可能发生塌孔事故；严格控制钻斗柱孔内升降速度，如果快速上下移动钻斗，那么水流将以较快速度由钻斗外侧和孔壁之问的空隙流过，导致冲刷孔壁，有时还会在上提钻斗时，在其下方产生负压，而导致孔壁坍塌，所以应按孔径大小及土质情况来调整钻斗的升降速度。

5 验孔及清孔

在钻孔到位后，首先要清孔。清孔时采用用相对密度较低的泥浆或清水压入清孔，具体应视实际情况而定。如地下水位高时，地层容易坍塌，泥浆相对密度可大些，但过大会造成混凝土顶升困难，特别要注意避免泥浆比重上下不一的情况。清孔过程中应注意保持水头，经常检测泥浆指标，一旦达标，迅速起钻。可用直径比设计桩径小５ｃｍ钢筋圆圈放入孔内验收桩径，然后下钢筋笼，尽可能缩短浇筑前的操作时间，减少沉淀量。

严禁用加深孔底深度的方法代替清孔，这将会极大地降低桩尖处土的极限承载力，也容易因泥浆相对密度过大而造成夹泥或断桩。

6 钢筋笼制安

钢筋笼节段之间采用直螺纹套筒连接，钢筋笼在车间胎模上分节制造，并进行预拼编号，然后根据编号顺序调至孔内安装。

将制做好的钢筋笼下放时，应保证钢筋笼的焊接质量，成笼圆直。尽量选派经验丰富、技术熟练的人员操作，严格按图施工制作，才能保证下放时不变形。

准确计算钢筋笼的置放位置，保证伸入承台部分的钢筋长度。下放时，应始终将笼中心与桩中心保持一致。为保证中心的一致性及钢筋笼的混凝土保护层厚度，沿钢筋笼纵向处加设混凝土保护层垫块。

7 灌注混凝土

7.1 复测孔底标高，检查沉渣的厚度，判断是否达到设计要求及满足灌注要求。如果不满足要求时，需再次清孔。此时，可用喷射清孔法，即用高压射水或射风数分钟，待少量沉淀物漂浮后，立即浇灌水下混凝土。

7.2 下导管。在下导管前，应对导管的连接进行过球、水密及承压试验，试验时的水压，大于井孔内水深1.5倍的压力。水密试验时应记录各节长度和编号，便于计量浇筑过程中的长度。导管吊装前进行试拼，检查接口连接是否严密牢固，若接口胶垫有破损，更换后使用。同时检查拼装后的垂直情况，根据桩孔的总长，确定导管的拼装长度。吊装时，导管位于井孔中央，并在灌注前进行升降试验。

7.3 在导管上端连接混凝土漏斗，其容量必须满足储存首批混凝土数量的要求，保证首灌混凝土的冲击力和排淤能力。开始灌注时，在漏斗下口设避砂袋，当漏斗箱内储足首批灌注的混凝土数量时，剪断吊住砂袋的铁丝，使混凝土猝然落下，迅速落至孔底并把导管裹住。灌注混凝土时确保有足够的混凝土储备量，以保证桩基混凝土浇筑的连续性及桩基的施工质量。

7.4 混凝土的灌注需连续进行，有短时间停歇时，经常起动导管使混凝土保持足够的流动性。灌注过程中边灌注边提升导管边拆除上一节导管，使混凝土经常处于流动状态，尽可能缩短拆除导管的间隔时间。当导管底埋置于混凝土的深度达3m左右，或导管中混凝土落不下去时，开始将导管提升。提升速度不宜过快，提升后导管的埋深不小于2m 不大于6m；埋深过小会使管外混凝土面上的泥浆卷入混凝土形成夹泥；过大则使混凝土不易流出顶升，还可造成桩外周的混凝土出现骨料离析和空洞，减小桩的有效直径；亦可造成近导管处混凝土面高，远导管处混凝土面低，从而使混凝土先顶升再水平扩散，出现死角区，使泥浆和混凝土混合物填实在死角区，造成钢筋的握裹力不足。提升导管要保持导管垂直居中。

混凝土应提前与商品混凝土站联系，提前半小时进场。混凝土应及时做好抽检工作，保证其塌落度；必要时如果输送距离过长，应采用混凝土输送泵，保证混凝土快速连续的进行。经常检测混凝土的坍落度，并使之控制在１８～２０ｃｍ的范围内。

根据经验，首批混凝土除数量满足埋深要求外，可适当增加一点水泥量及含砂量，以保证其和易性和流动性，使以后浇入的混凝土容易顶升；若首批混凝土的初凝时间早于灌注全部混凝土所需的时间，则首批混凝土中还得掺入缓凝剂。

7.5 为确保桩顶质量，桩顶设计标高以上应加灌一定高度以便灌注结束后将此段混凝土清除，增加的高度为0.5m～1.0m为宜。当灌注将至设计位置时，由于导管外泥浆稠度增大，混凝土頂升困难，可用水冲法稀释泥浆，提高灌注落差，并适当加大埋深，因为此时泥砂、部分拌和物及被首批混凝土翻上来的沉淀物等杂物均落在混凝土的上面，测深无法反映混凝土顶面高度，容易造成误测，致使过早停浇。所以，桩顶标高应预加上0.5～1.0ｍ的高度，以后再开挖基坑后凿除质量不高的一部分桩头。

8 结束语

秦晋家园住宅楼桩基础采用旋挖钻机施工，施工结束采用不同检测手段检测桩，不但保证了成桩质量，而且为上部结构施工赢得了宝贵的时间，取得了一定的经济效益，同时为今后同类型地质条件的桩基施工提供了宝贵的经验。

旋挖钻机 篇7

案例分析

贵州六盘水帝都新城楼盘项目于2011年9月进行桩基础施工。工程地质主要为杂填土、中一弱风化石灰岩地层,溶洞强烈发育。石灰岩的单轴抗压强度为60～85 MPa。其桩孔孔径分别为1.0 m、1.2 m和1.5 m,孔深18～25 m。

该工地先后有冲击钻机和某品牌280型旋挖钻机在6号楼和7号楼施工,共打了11根桩,均未成孔,最后对这11根桩全部进行了填埋。冲击钻机宣告彻底失败而离场,而某品牌280型旋挖钻机也被转至地层较软的3号楼施工,平均每2天1根桩。三一钻机为SR360II型,配套钻杆为Φ580-4×15机锁钻杆。用户要求三一旋挖钻机首先要能把1 1根废桩处理好,然后再进入难度最大的7号楼进行施工。

问题分析

虽然冲击钻机撤场,某品牌280型旋挖钻机被迫转场,但是SR360II型旋挖钻机的结果也不容乐观。据施工现场反馈,三一SR360II竟然也打不动石灰岩地层,用户抱怨很大,急需解决旋挖钻机“有劲使不对”的问题。

三一工法工程师赶赴现场之后通过查看岩样,并详细分析地质勘察报告,判断了岩石的旋挖可钻性,认为该工程的主要地质难点在于灰岩、溶洞层的钻进,并且在回填土与石灰岩(伴生有溶洞)地层中,地层软硬不均,岩石面为偏斜面,形成了“半边岩”现象,这些正是给旋挖钻机施工造成困难的原因所在。作业中的SR360II型旋挖钻机,其所配钻具只有4个截齿捞砂斗,和地质的适配性较差。要提高施工效率,必须对钻具配置和操作方法做出针对性改进。

解决措施

改进钻具筒钻和捞砂钻头的改进原则是增加钻具的导向结构,预防卡钻和筋板变形,有利于保护钻具和预防卡钻。

选用合适的钻具岩溶地层较易出现斜孔事故,所以对钻具的导向能力和扶正性能要求较高。为了加强钻具的导向性和扶正作用,嵌岩筒钻、嵌岩双底捞砂斗以及土层双底捞砂斗必须使用直筒型式,切记不能选用锥形筒。对于直径小于1.8 m的钻具,其筒体高度至少1.5 m;直径大于1.8 m的钻具其筒体高度要在1.2 m以上。

使用加长筒钻在钻进深度距离接近“半边岩”的平面处0.5～1.0 m时,开始减慢钻进速度,并且要换钻具,使用特制加长筒钻。筒钻的高度需要加长到2.0 m以上,以加强导向和扶正的作用,有助于防止斜孔事故的发生。

使用清渣钻具工程要求钻孔沉渣厚度小于5 cm。在干成孔作业的情况下,清理孔底沉渣建议采用2种方式:一是清底钻具清孔,另一种方式为气举反循环方法。前者成本低,效率高;后者清孔效果好,但成本高。针对本工程采用了清渣钻具进行处理。成孔后,用清渣钻具捞取2斗,下钢筋笼之前再捞取2斗,效果较为理想。

操作方式的调整

在钻进过程中,要结合钻具的选用以及作业面的情况变化来相应地调整钻机的操作方式。

在选用嵌岩双底捞砂斗钻进时,操作采用轻加压钻进,禁止加大压力钻进以防出现斜孔而卡钻。操作注意事项如下。

第一,钻进深度距离人岩的平面处0.5～1.0 m时,开始减慢钻进速度,并且要换钻具,使用特制筒钻。筒钻的高度需要加长,最好做到2.0 m以上,加强导向和扶正的作用。第二,待钻进深度距离入岩的平面处0.5 m时,采用点浮动的加压方式,控制动力头输出大扭矩、低转速,通过感受负载和振动的情况,判断是否进入了岩石界面。如果进入了岩石界面,因为“半边岩”的存在,钻齿受力不均匀,钻机振动较大。第三,确定进入岩石界面之后,停止使用加压,关闭浮动,使用主卷扬吊着钻杆进行钻进,尽量减小加压力;动力头输出大扭矩、低转速,动力头转速控制在6～8 r/min。钻进入岩超过0.5 m以后,再使用点浮动加压方式钻进。然后,使用特制筒钻进尺1.5 m左右,然后使用直筒双底嵌岩捞砂斗再钻进1.0 m。之后按照上述方式使用特制筒钻继续钻进。

解决效果

在三一工法工程师进行现场支持的期间,SR360II型旋挖钻机共完成16根桩,包括前期由冲击钻机和某品牌280钻机打坏的11根废桩,以及7号楼工地上岩石硬度和溶洞分布较为复杂的5根桩。施工效率基本上稳定在一天3～4根桩,作业效益较高,满足了客户的期望。施工的成功证明了SR360II型旋挖钻机对于大型溶洞及偏岩地层的施工能力较为可靠。

工法小结

BICES2011旋挖钻机盘点 篇8

作为国内桩工机械行业的领军企业,北京市三一重机有限公司的主导产品旋挖钻机连续6年保持国内销量第一的业绩。BICES 2011上,三一展出了SR150C、SR280Ⅱ和SR360Ⅱ3种型号的旋挖钻机。SR150C型旋挖钻机是三一的经典机型,最大扭矩150 kN·m,最大钻孔直径1.5 m,最大钻孔深度55 m,施工经济高效,主要用于工民建施工。三一的旋挖钻机之所以有很高的市场占有率,不仅仅是产品的性能和质量,还在于其对工法的研究和对用户的指导。地质条件不同,对设备的性能要求和使用也不相同,需要针对不同地质条件选择不同的施工设备、钻具和施工方法。在这点上,三一在国内走在了前列。

南车北京时代

中国南车在BICES 2011上展出的桩工机械不仅有TR550D、TR300D、TR160D型旋挖钻机,还有TG35型连续墙液压抓斗和CHUY500型履带式强夯机,另外还展出了挖掘机、矿用车等工程机械产品。南车进入旋挖钻机行业相对较早,目前在国内市场也占有一席之地。2010年,南车在上海展出了当时国内最大的旋挖钻机TR500D,在BICES 2011上再次推出国内最大的旋挖钻机TR550D,最大扭矩达到520 kN.m,彰显了南车在旋挖钻机方面强大的研发能力和地位,也成为南车和本次展会的一大亮点,该机在BICES 2011工程机械造型与外观质量评比中获得优秀奖。

上海金泰

上海金泰已受控于柳工集团,本次展会与柳工产品紧邻,但仍以“金泰”品牌参展,在产品外观、色调风格上也都维持不变。金泰参展产品不多,只有SD28型旋挖钻机、SH36型多功能钻机和SG60型连续墙液压抓斗。但是,在桩工机械行业尤其是旋挖钻机、液压抓斗市场中,“金泰”品牌在国内具有较高的知名度。按照柳工集团收购金泰重组后制定的计划,2015年上海金泰的销售额将达到50亿元,在强强联合之后,金泰值得期待。

山推

山推2009年才开始进入旋挖钻机行业,但是得益于山推多年的品牌积累和强大的研发、制造能力及严格的产品质量管控体系,生产的旋挖钻机产品起点高,发展较快bauma China2010山推仅展出了一款SER22型旋挖钻机;BICES 2011上,山推则展出了SER15、SER26、SER30三种型号的旋挖钻机。2011年,山推还成功开发了SER40型旋挖钻机,最大钻孔直径3 000 mm,最大钻孔深度110 m,动力头最大输出扭矩400 kN·m。山推的旋挖钻机采用专用自制液压伸缩式底盘、美国康明斯电喷涡轮增压中冷发动机、力士乐等国际知名品牌液压元件,采用前沿的CAN-BUS总线控制技术,动力头输出扭矩根据施工负荷不同而自动调整。

厦工

厦工近年来也实施多元化战略,进入了推土机、挖掘机、旋挖钻机等行业。本次展会上,厦工展出的旋挖钻机有XGR120、XGR150和XGR220。XGR120和XGR150在主要配置上基本相同。

山河智能

山河智能是国内桩工机械的又一强者,本次展会带来的桩工机械产品种类最多,除了SWDM04、WDM36型旋挖钻机外,还有SWHG42型液压抓斗、SWDE165型潜孔钻机、SWSD3618型套管式螺旋钻机、SWCD型组合式潜孔锤和SWMD97型多功能锚杆钻机。

恒天九五

恒天九五对于工程机械行业而言,或许很多人并不熟知。恒天九五重工有限公司隶属于央企中国恒天集团,自2007年2月创立以来,已成功开发出六大门类近百种规格型号的产品,主要产品有挖掘机、静力压桩机、长螺旋钻机和旋挖钻机等工程机械产品。本次展会上,恒天九五重工展出了JVR180D、JVR360D型旋挖钻机和JVD200、JVD280型水平定向钻机。

恒天九五重工、熔盛重工和奇瑞都是有着强大的后盾,在近两年才高调进入工程机械行业的企业,在展会上的阵容都比较强大。工程机械的前景看好,一方面行业内部重组兼并,集中度不断提高:另一方面,新的企业也想分一杯羹。这些企业的强势介入,必将对工程机械市场产生重大的影响。

宝峨

宝峨是展会上唯一一个旋挖钻机国外品牌,也是全球桩工机械的第一品牌。展会上宝峨带来的产品有BG30型旋挖钻机和GB46型连续墙液压抓斗。

其他企业

此外,本次展会上的旋挖钻机还有中联重科的ZR280C、玉柴重工的YCR180、国机鼎盛天工的DT218、京城泰格的TJR280A和徐工的XR260D,其中中联重科还展出了ZDG450型连续墙液压抓斗,徐工展出了XZ400型水平定向钻。

结语

国产旋挖钻机发展之路 篇9

回顾十年来, 国产旋挖钻机从无到有, 真正打了一个翻身仗, 树立了自己的民族品牌, 将国外设备基本挤出了国门。作为第一台国内具有自主知识产权的旋挖钻机设计者, 在此谈一些个人的亲身经历和感受。

1998年4月, 我作为徐工代表团的成员, 有幸参加了在德国慕尼黑举办的建筑机械宝马展, 重点观摩了桩工机械产品。德国、意大利一些公司的旋挖钻机产品琳琅满目, 代表着国际旋挖钻机的发展水平与动向, 成为一道靓丽的风景。

回国后, 我们对国内市场进行了调研, 发现当时国内用户全部使用进口旋挖钻机产品且价格昂贵。国内仅有一家生产进口组装的产品, 但只生产了6台。没有一台具有自主知识产权的国产旋挖钻机生产, 尚属空白, 而随着国家基础建设的迅速发展, 旋挖钻机产品孕育着巨大的市场潜力。

看准了市场, 但技术从哪儿来?当时工程机械产品先进技术大多从德国、日本等发达国家引进, 旋挖钻机作为一种高技术含量的产品, 钻桅垂直度自动检测及反馈控制、孔深自动显示、多节自锁式伸缩钻杆等诸多关键技术和高质量的配套件需要解决和落实。

引进国外先进技术当然是一条捷径, 但需要花很大的成本, 国外公司也不可能转让最先进的技术, 怎么办?只有走自主研发之路, 于是, 我们迅速成立项目组, 奔赴武汉、北京等地调研, 凭借着多年开发工程机械的经验, 在参考国外同类产品的基础上, 同国外液压元件、减速机等配套商技术交流和合作, 于1990年10月成功研制一台K H U 2000国产旋挖钻机, 参加了徐工集团十周年庆典。2000年初完成了工业性考核并实现了销售。2002年申报了国家“十五”863单机智能化项目—“多功能旋挖钻机智能控制技术”, 对开发的旋挖钻机进行了智能控制技术的提升, 一举达到或接近了国外同类产品的先进水平。

以后几年, 三一重工、山河智能、宇通重工等公司纷纷上马生产旋挖钻机, 目前国内钻机主要有两种形式:

1) 以徐工为代表的采用专用底盘, 并主要以自制加工关键零部件为主的旋挖钻机;

2) 以三一重工、宇通重工等为代表的采用进口卡特挖掘机底盘, 国内配套上车工作装置的旋挖钻机。

目前国产旋挖钻机已形成了从120k N m~360k N m的系列产品, 基本满足了国内一般工程建设的需要, 价格从进口的上千万也降到了现在的三四百万, 国内用户真正得到了实惠, 成为了在没有引进国外技术的基础上成功自主开发的范例, 为我国开发其它工程机械产品树立了信心。在此对发展旋挖钻机提如下几点建议。

1) 向多功能钻机方向发展。如大口径短螺旋和旋挖斗回转施工、长螺旋施工、全护筒跟管施工、全护筒跟管+磨桩机施工、液压抓斗地下连续墙施工、高压旋喷施工、潜孔锤施工、预制桩施工等。以上不同工法的施工, 只需要选装不同的工作附件, 便可做到一机多用, 节约使用成本。

2) 节能控制与工作模式设计。根据工作要求, 合理分配发动机的功率, 达到节能效果, 降低用户的使用成本。

3) 机电一体化控制、智能化作业。加强智能控制, 减少驾驶员劳动强度;使用逻辑控制, 保障工作安全;显示、记录、打印成桩外形, 提高成桩质量。

旋挖钻机安全手柄的改进 篇10

旋挖钻机的安全手柄安装在操作人员座椅边,主要由安全手柄、触头、行程开关及安全控制电路等组成,如图1所示。操作人员推动安全手柄,安全手柄下端的触头会向下移动,触碰到行程开关的按钮,将安全控制电路关闭,以防止操作人员因意外触动操纵手柄,造成旋挖钻机误动作,导致发生安全事故。旋挖钻机作业时,操作人员将安全手柄拉回,安全控制电路接通。

2. 存在问题

改进前,安全手柄无限位装置,操作人员施加给安全手柄的推力直接作用在行程开关上,由此产生2个问题。

一是如果操作人员用力过小,安全手柄触头没有接触到行程开关,行程开关不能闭合,安全手柄起不到安全保护功能。

二是如果操作人员用力过大,安全手柄触头超出行程开关的行程,可能将行程开关撞坏,造成行程开关失灵。

3. 改进方法

为了使行程开关能够开、闭可靠,并保证行程开关不被损坏,我们在安全手柄的触头和行程开关之间增加限位板。限位板设有通孔,行程开关的按钮可以从通孔内伸出。限位板与行程开关通过螺栓固定在操作台上,如图2所示。

当操作人员推下安全手柄时,安全手柄的触头可触碰到从限位板伸出的行程开关按钮,将安全控制电路关闭。如果操作人员继续向下按动安全手柄,其作用力将作用于限位板,不会将行程开关损坏。

改进后的安全手柄开、闭可靠,可避免损坏行程开关,得到了广泛认可。

旋挖钻机桅杆结构优化分析 篇11

1 旋挖钻机桅杆结构及工作原理

以山推机械全液压旋挖钻机桅杆为研究对象，其结构属于三段式折叠桅杆，采用大圆角箱形截面，内部设置加强筋，它主要由鹅头(又称吊锚)、桅杆、背轮组成，旋挖钻机结构如图1所示。旋挖钻机基本工作原理为：钻进时动力头和加压油缸分别提供扭矩和加压力实现钻斗的钻进，渣土进入钻斗内，主卷扬提供卷扬力提升钻杆，钻斗离开孔口，钻机回转一定的角度打开钻斗底门倒渣，然后闭合钻斗门回转对中孔位再次钻进，如此反复循环，实现成孔作业。

1-钻斗, 2-动力头;3-钻杆;4-鹅头;5-上桅杆;6-中桅杆;7-背轮;8-下桅杆;9-钢丝绳;10-变幅机构;11-主卷扬

2 提钻工况桅杆力学分析

钻机提钻工况下，动力头一般不回转，旋挖钻机使用钢丝绳一端缠绕在主卷扬卷筒上，通过桅杆背轮及鹅头滑轮作用在钻杆上，桅杆主要受钢丝绳作用在滑轮上的拉力，如图2所示。

为了分析背轮对桅杆变形量的影响，对极限提钻工况受力分析，卷扬力通过三个滑轮作用在桅杆上，桅杆滑轮受力分别为T1和T2、T3和T4、T5和T6，且T=T1=T2=T3=T4=T5=T6=300kN, 假设桅杆看做刚性整体，桅杆受力T2、T3、T4、T5为内力，所以桅杆所受外力为T1和T6。桅杆以点A为支点，外力T1和T6对支点A的弯矩分别为M1和M2，桅杆所受外力弯矩M为

设背轮水平偏移量EA=x，竖直偏移量HF=y，已知最大卷扬力T=300kN, HC=3 732mm, EA=7 255mm，由式(1)得

由MATLAB仿真分析可得背轮偏移量x、y与桅杆弯矩M的关系如图3所示。

由图3可知，随着背轮水平、竖直偏移量的增大，桅杆弯矩先减小，然后又逐渐增大，当桅杆弯矩值为0时，背轮水平偏移量范围为[680mm, 720mm]，竖直偏移量范围为[2 000mm, 8 000mm]，为了进一步优化桅杆结构，下面通过有限元分析确定背轮的位置。

3 钻机桅杆结构有限元优化分析

3.1 桅杆有限元模型及边界条件

为了便于钻机桅杆的分析计算，在保证力学效果同实际相符的情况下简化模型，桅杆形状与实际结构保持相似，对于研究的关键部分无较大影响部位简化;与桅杆相连的变幅机构、钻机底盘和回转平台视为刚性静止体;桅杆的载荷和支撑符合力学平衡条件;除重力外，其他载荷均转化为集中载荷。同时在建立桅杆有限元模型时进行了一些基本假设：桅杆结构材料为均质材料，各处焊合质量合格，对于三段桅杆的螺栓连接处，因其对桅杆整体受力影响不大，做一体化处理。计算中桅杆材料参数如下：材料密度=7 850kg/m3，弹性模量E=2.06GPa，泊松比=0.3。桅杆有限元模型为：桅杆各个部件之间建立合理的接触，分配桅杆各部件网格密度，关键部分采用正六面体网格且网格密度较密，对于形状突变实施网格控制尺寸控制。

根据桅杆形状尺寸及提钻受力情况，计算得出桅杆所受载荷值，钻机提钻工况桅杆的边界条件有： (1) 约束条件为桅杆大圆盘和桅杆油缸座施加圆柱约束，限制径向和轴向的自由度; (2) 载荷条件为桅杆重力及钢丝绳对鹅头滑轮及背轮的压力。

由于结构和受力的对称性，滑轮受力分析简化为平面问题处理，鹅头滑轮与背滑轮受力如图4所示。

滑轮受力采用力平行四边形法则，首先确定各个滑轮所受钢丝绳的拉力大小和方向，施加到滑轮上，然后通过作图法计算出各滑轮轴所受的合力，则得到鹅头前后换轮和背滑轮销轴压力分别为521 990N、302 820N和100 900N。

3.2 桅杆有限元分析结果

背轮的位置直接影响桅杆的强度和刚度，为了确定桅杆背轮的最优位置，通过调整背轮的水平、竖直偏移量来实现桅杆结构优化，根据以上桅杆力学分析得出背轮偏移量x和y的取值范围，x表示背轮水平偏移值，y表示背轮竖直偏移值。通过多次对x, y取值进行有限元计算，x和y取值对应桅杆变形及mise应力值如表1所示，桅杆背轮水平和竖直偏移量最优解为x=690mm, y=5 300mm。

通过以上对桅杆的有限元分析，背轮的位置分布对桅杆的强度和刚度影响很大，由表1可知，随着背轮水平和竖直偏移量的增加，桅杆强度和变形量都出现先减小再增大;当背轮偏移量x=690mm, y=5 300mm时，钻机桅杆变形量最小，最大变形量约为7.12mm，最大应力值为214.47MPa，桅杆最大应力值小于桅杆材料Q390C的许用应力值，满足强度要求，且桅杆变形量最小，不仅提高钻机成孔质量，而且避免了钻杆与动力头之间的卡钻现象，因此背轮偏移量x=690mm, y=5 300mm是最优解。

4 结论

根据钻机桅杆结构特点及提钻受力情况，理论计算了背轮位置对桅杆弯矩的关系，确定了背轮水平、竖直偏移量范围，通过对桅杆有限元分析，进一步确定了桅杆背轮的最佳位置，实现了桅杆的结构优化，即桅杆满足强度的条件下，变形量最小，从而对旋挖钻机桅杆的结构改进提供了理论依据。O

摘要：主要针对钻机在提钻工况下, 研究背滑轮结构尺寸及安装位置对桅杆强度、刚度的影响。首先建立了桅杆力学模型, 理论计算得出了背滑轮水平和竖直偏移量的范围, 然后有限元分析确定了背滑轮最优的位置, 即满足桅杆的强度和桅杆的变形量最小, 为桅杆的进一步优化设计提供了理论依据。

关键词：旋挖钻机,桅杆,有限元分析,优化设计

参考文献

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