入岩旋挖钻机的工作原理

2017-01-20 12:42:17 0

伴随着国民经济建设飞速的发展,工业与民用建筑、港口码头、桥梁等高、大、重建筑物的增多,作为深基础的钻孔灌注桩,其应用越来越广。我国地大物博,不同地区的水文地质与工程地质条件不尽相同,因此,市场上形成多种施工工法并存、各种灌注桩成孔设备共存的现象。目前钻孔灌注桩成孔设备主要有旋挖钻机、电液桩机、振动锤等。这些桩工机械对一些特定地质条件均有较好的应用,但在钻入岩石层,尤其是在钻进弱风化岩层的时候入岩效率普遍降低。针对这一现象滕州旋挖钻机厂家敢于创新、勇于突破,成功研制出了入岩旋挖钻机

入岩旋挖钻机生产厂家

1.入岩旋挖钻机工作原理

①旋挖钻机破岩的原理是:依靠大加压力将钻具截齿压入岩石,在强大的动力头输出扭矩的作用下,使岩石产生剪切破碎。旋挖钻机在施工过程中,通过动力头的旋转驱动钻杆,带动钻具旋转,在加压载荷与旋转扭矩的作用下,钻具与岩石的接触面之间就会产生剪切力,实现剪切破岩。

旋挖钻机钻杆上一般会有三至四个锁点,通过机锁点可把每节钻杆锁住,完全把加压力传递给钻具,加压载荷的传递效率较高,能在钻具与岩体之间产生较大的剪切力,实现硬岩的钻进。

②常用的钻进方法及选用原则。在软岩和中硬岩层中用带硬质合金切削具的回转钻头钻进;在中硬及部分中硬以上岩层中采用铣齿牙轮钻头钻进;在硬岩中采用金刚石钻头或(少量)钢粒钻头钻进;在硬脆岩层中采用液动(气动)孔内冲击器钻进或镶齿牙轮钻进更有效(设想在钻杆设计通道在钻杆底部安装液动或气动孔内冲击器)。

钻孔的直径取决于钻进目的钻孔结构和钻进方法。

③钻进中破岩工具上往往同时作用有轴向力和切向力。

④载荷大小的影响。只有保证旋挖钻机钻头切削具上的比压达到或超过一定值才可能使钻进速度达最大值,使岩石处于体积破碎状态,其破碎效率才是最高的。

⑤破碎工具形状的影响。合理的破碎工具形状应使其压入岩石时的阻力最小,一般规律是,对于坚硬岩石采用球形工具较合理,对于较软的岩石宜选用楔形工具。

入岩旋挖钻机钻齿的布置图片

⑥破碎工具加载速度的影响,一般的规律是,对于弹塑性岩石中的硬岩,采用冲击方式可在压入硬度增加不多的前提下,降低岩石的塑性系数,从而增大脆性破碎深度。

虽然单位体积破碎功有所增加,但由于钻速提高,总的成本仍然合算;而对高塑性的软岩或多孔隙岩石,其强度较低,动载效应对硬度等力学指标的影响比硬岩要显著的多,故不宜采用冲击方式,而应采用压入回转切削方式破碎岩石。可见,不论采用什么钻进方法都需要保证钻上有足够的轴向力。

2.传统岩石破碎理论分析

旋挖钻机施予总轴压的能力为传统岩石掘进机的1/10-1/5倍。有超过岩石抗压强度极限的30%~50%,岩石才能顺利地从岩体上破碎下来。旋挖钻机自身不充足的加压能力很难达到岩石最高效的破碎形式——“跃进式破碎”。通过利用高效机动的旋挖钻机达到高效破岩的目的是工程界的一大愿望,也是一大难题。之所以如此,有如下两面原因:

①岩石是一个各向异性、不均质不连续的组织物,弄清岩石在钻深孔这一边界条件下的破碎机理,创造合理的入岩条件,实现入岩工程的高效掘进,既要依赖于“在小能力输入且大作业面掘进”中对破碎理论把握,又要依靠现代基础施工设备和工法去不断适应并切合掘进深孔岩石实际。

②就旋挖钻机而言,入岩是一个新的挑战,既要使设备输出的“作用方式”达到高效入岩,又要承受作业工况给设备的恶劣反作用,还要保持旋挖钻机高效机动的特点。这对机器设备的设计理念、钻掘工法两方面都提出了更高的要求。

传统的岩石破碎理论将岩石随轴压的增加而形成不同的破碎机理分成3个阶段:研磨破碎区段、疲劳破碎区段和跃进破碎区段。小编不再对每个阶段详细赘述。

入岩旋挖钻机图片

3.旋挖钻机的入岩条件

通过对岩石特性及岩石破碎理论的分析可以看出,旋挖钻机入岩能力及入岩效率取决于多种因素,既与旋挖钻机加在钻具上的有效载荷有关,也与钻具截齿的布置方式有密切关系,同时也会受到岩石特性的影响。概括来说,旋挖钻机要实现顺利入岩,必须首先具备以下方面的能力:大扭矩、大加压力;加压力的有效传递;钻具截齿的合理布置。

结束语:

旋挖钻机作为高效、环保的桩孔施工设备,随着世界经济的复苏,国内基础投资的持续增长,特别是城际铁路与城市轻轨建设高潮的到来,必将会迎来一个持续的高速增长期。根据多年的施工经验,旋挖钻机在一般地层施工时,效率较高。但是,对于硬岩施工,相比其它桩孔施工设备,没有优势。本文从岩石特性及破碎原理入手,对旋挖钻机进行硬岩施工中经常会遇到不同硬度的岩石总结,我们应该在实践中持续研究入岩旋挖钻机入岩能力与效率密切相关的各种边界条件,完善入岩旋挖钻机进行硬岩施工的功能与工法设计。


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