巖石旋挖鉆進實驗

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1、巖石旋挖鉆進實驗摘要:硬巖鉆進一直是旋挖施工的一個的難點,本文以探工所大口徑鉆具室與三一重機合作的巖石旋挖鉆進實踐為依據(jù),闡述了實驗中所遇到的問題,采取的施工方法和鉆進措施;并對問題的解決提出了建議。關(guān)鍵詞:硬巖地層,旋挖1引言旋挖施工廣泛應(yīng)用于高層建筑、大型橋梁工程、水利建設(shè)等地基樁基礎(chǔ)施工工程。由于施工時不可避免的會遇到巖石層,比如入巖樁(入巖深度3-5m),而現(xiàn)在國內(nèi)還沒有針對巖石層的旋挖鉆機具,只能使用沖擊鉆,使得工期延長、成本增加,遇到硬巖時甚至施工無法進行。于是我所大口徑鉆具室與三一重機合作,針對最新研制的針對

2、巖石層的旋挖鉆機與我所研制的旋挖鉆具(鉆頭、鉆桿、切削齒)進行實驗,在鉆進效率,深度,鉆孔成型,鉆孔保護等方面都達到了良好的效果,在成果展示會上獲得了一致好評。2地層特性實驗是在北京市房山區(qū)周口店某花崗巖采石場進行的,鉆進了兩個實驗孔——Ⅰ號孔、Ⅱ號孔。Ⅰ號孔位于距采石點150m處,地表至1m深為強風(fēng)化巖,1m以下為90Mpa花崗巖;Ⅱ號孔位居據(jù)采石點20m處,地表有3cm的人工填土,人工填土以下為200Mpa花崗巖。由于當(dāng)?shù)厝∷щy,兩孔均為無水鉆進。3施工工藝3.1設(shè)備簡介根據(jù)實驗?zāi)康倪x用主要設(shè)備:三一巖石旋挖鉆機(圖

3、1);雙錐單螺旋旋挖鉆頭(圖2);雙平頭單螺旋旋挖鉆頭(圖3);巖石筒鉆;土斗。巖石旋挖鉆機采用脈沖點加壓的方式加壓,機架采用行架勢結(jié)構(gòu)。圖1三一巖石旋挖鉆機圖3雙平頭單螺旋旋挖鉆頭圖2雙錐單螺旋旋挖鉆頭3.2鉆探施工由于本次實驗針對的是硬巖地層,所以在這里只介紹在花崗巖地層中的鉆進情況。1)Ⅰ號孔Ⅰ號孔鉆井采用組合式鉆進:先用螺旋鉆頭將表面強風(fēng)化巖破碎,再用土斗清孔達到硬巖地層。硬巖地層首先用巖石筒鉆鉆進,再由螺旋鉆頭對巖心進行破碎,然后清孔。螺旋鉆頭鉆進情況如表1所示,鉆進速度可達30mm/min。完孔如圖4,孔深24

4、00mm,巖層深度1500mm,孔底可以清晰的看到螺旋切削軌跡如圖5,臺階高度規(guī)則,布齒合理。表1Ⅰ號孔螺旋鉆頭鉆進情況鉆具鉆進時間(min)進尺深度(mm)切削齒磨損度雙錐單螺旋2.540未換齒雙錐單螺旋350未換齒雙錐單螺旋10240換3齒雙錐單螺旋6150未換齒雙錐單螺旋10300換2齒圖4Ⅰ號孔圖5Ⅰ號孔孔底1)號孔Ⅱ號Ⅱ孔先用雙平頭單螺旋旋挖鉆頭進行試驗鉆進,由于接觸地面的齒數(shù)(12個)較多,導(dǎo)致齒尖壓強較小鉆進效率并不理想,于是改用雙錐單螺旋旋挖鉆頭進行鉆進,壓強增大進給效果良好。鉆進情況如表2所示,鉆進速度在

5、用雙錐單螺旋鉆頭鉆進時可達到10mm/min,完孔如圖7,由于Ⅱ號孔巖層較硬,所以在鉆進過程中產(chǎn)生的振動較大,于是切削齒的軌跡圓度不高,鉆孔中心有一定偏差,但從軌跡可以看出錐螺旋鉆頭布齒合理,螺旋線規(guī)則。表2Ⅱ號孔螺旋鉆頭鉆進情況鉆具鉆進時間(min)進尺深度(mm)切削齒磨損度平頭螺旋5100未換齒平頭螺旋53未換齒平頭螺旋58換3齒平頭螺旋52未換齒雙錐單螺旋560未換齒雙錐單螺旋1045換5齒雙錐單螺旋552未換齒圖7Ⅱ號孔在使用新型號雙平頭單螺旋鉆頭時,發(fā)現(xiàn)了在布齒方面的一些問題。其中最主要的問題體現(xiàn)在靠近心軸管的

6、一個齒并沒有利用上,最外側(cè)一邊兩齒間隙太大,而間隙小的一側(cè)最靠外的齒磨損嚴(yán)重。對比兩個孔的鉆進圖Ⅱ號孔,可以發(fā)現(xiàn)Ⅱ號孔的鉆進效率明顯低于Ⅰ號孔的鉆進效率,這是由于Ⅱ號孔的巖層要比Ⅰ號孔的巖層硬。4總結(jié)本次實驗的效果比較理想,在200Mpa硬巖層中鉆進速度可以達到10mm/min,比日本車輛公司宣傳的200mm/h要快,鉆進效率已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)代施工要求,但同時也出現(xiàn)了兩個問題亟待解決。成本問題:由于本次實驗采用無水干式鉆進,導(dǎo)致截齒磨損速度加快,并且在鉆進5-10分鐘時要提鉆冷卻鉆頭10分鐘左右,這樣十分影響鉆進效率。但在實

7、際施工時,可以往鉆孔中注水來冷卻鉆頭,提高效率,降低成本。掉齒問題:在Ⅱ號孔鉆進時有個別掉齒現(xiàn)象。經(jīng)過分析,是由于由于地層硬度高,導(dǎo)致鉆頭振動,截齒松動脫落,如果截齒掉入孔底,有可能發(fā)生卡鉆。該問題可以通過改善截齒卡簧的制造工藝來解決,增大卡簧張緊力,使截齒不易脫落,但另一方面會增加截齒的制造成本,也不利于截齒的裝卸。或使用一種加長的截齒,齒末端用以卡圈固定,這樣方便的解決了掉齒問題。從實驗情況不難發(fā)現(xiàn)影響硬巖鉆進效率的因素,不僅單單是旋挖鉆機,更重要的是鉆具的性能,包括布齒、螺旋結(jié)構(gòu)、切削齒質(zhì)量。所以在鉆機確定的情況下,

8、選擇鉆具的好壞就是影響施工效率的關(guān)鍵了。綜上所述,旋挖工法在硬巖地層中的應(yīng)用問題得以初步解決,但在提高鉆進效率、提高鉆機具使用壽命、深孔硬巖鉆進方面還有很長的發(fā)展道路要走。

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