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小型旋挖鉆機(jī)影響鉆進(jìn)效果原因分析

發(fā)布時(shí)間:2020-08-25

  小型旋挖鉆機(jī)的鉆進(jìn)效率是指在正常工作時(shí),所鉆樁孔的總深度與所費(fèi)總時(shí)間之比。影響旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)效率的因素有:孔深、孔徑、地層情況、鉆具選配及鉆桿型式等。
 
  1.孔深對(duì)旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)效率的影響
 
  旋挖鉆機(jī)施工中每當(dāng)鉆頭裝滿土后都要提鉆卸土,然后再把鉆具下到孔底。顯然孔深越小,效率越高。鉆進(jìn)效率V=H1/(t1+t2+2H/V1)(m/h)其中H,為每鉆進(jìn)尺量,m;t1,為鉆滿一斗所需時(shí)間,h;t2為卸土?xí)r間,h;H為孔深,m;V,為提、下鉆速度,m/h。從上式可知,當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí),H越大則V越小,當(dāng)孔深超過(guò)100m后,鉆進(jìn)效率急劇下降,當(dāng)孔深超過(guò)120m時(shí)鉆進(jìn)效率會(huì)低于其他工法的效率,且事故率大幅升高。因此建議進(jìn)行超深孔施工時(shí),盡量選用正反循環(huán)等其他工法。
 
  2.孔徑對(duì)旋挖機(jī)鉆進(jìn)效率的影響
 
  目前旋挖鉆機(jī)最常用的是旋挖鉆斗,桶體中空,下部有2個(gè)進(jìn)土斗門。在鉆進(jìn)時(shí),鉆碴通過(guò)鉆齒切削從斗門進(jìn)人桶體內(nèi),在下部鉆碴的推力下,上部碴土逐漸上升進(jìn)入桶內(nèi),直至裝滿桶體。鉆孔直徑大小影響鉆進(jìn)效率的主要有兩點(diǎn),一是碴土進(jìn)入斗門的速度,二是碴土在桶體內(nèi)上升的速度。首先碴土進(jìn)人斗門速度與斗門進(jìn)土面積有關(guān),鉆孔直徑越大,斗門進(jìn)土面積越大,進(jìn)土速度越大;
 
  其次碴土在斗體的上升速度與很多因素有關(guān),最主要的是:
 
  (1)碴土的重量;
 
  (2)桶壁與碴土的粘附力。
 
  很顯然,鉆孔直徑越大,碴土的重量越大,但桶壁與碴土的粘附力會(huì)減小;當(dāng)鉆頭直徑減小時(shí),碴土重量減輕,但桶壁與碴土的粘附力則會(huì)增大。
 
  當(dāng)然還有一些其他因素,如鉆桶的形狀、鉆桶表面的摩擦系數(shù)、碴土的含水量等,都會(huì)影響碴土在桶體的上升速度。綜合以上情況,鉆孔直徑對(duì)鉆進(jìn)效率的影響呈現(xiàn)如圖2的規(guī)律,從圖中可以看出,鉆孔直徑小于1m和大于2m時(shí)鉆進(jìn)效率會(huì)下降。
 
  .地層對(duì)鉆進(jìn)效率的影響
 
  地層對(duì)鉆進(jìn)效率的影響主要表現(xiàn)在地層鉆進(jìn)的難易程度(地層的可鉆性)和卸土的快慢。
 
  3.1地層的可鉆性
 
  地層的可鉆性是一個(gè)復(fù)雜的指標(biāo),國(guó)內(nèi)外地質(zhì)鉆探專家把地層按鉆進(jìn)的難易程度進(jìn)行分級(jí),我國(guó)是參照前蘇聯(lián)的分級(jí)法,把地層分為12個(gè)級(jí)別,級(jí)別越大可鉆性越差。由于在大口徑灌注樁孔的施工中對(duì)地層的可鉆性還沒(méi)有分級(jí),所以對(duì)應(yīng)不同的地層的鉆進(jìn)工藝就沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。旋挖鉆機(jī)樁孔施工的碎巖和攜粉的機(jī)理與地質(zhì)鉆探還是有區(qū)別的,旋挖鉆機(jī)主要是通過(guò)切挖把所鉆層分割成大塊巖碴,然后裝進(jìn)鉆頭體內(nèi),而地質(zhì)鉆探主要以沖磨把地層磨成細(xì)小顆粒,通過(guò)沖洗液攜帶到地面。所以旋挖鉆機(jī)施工地層的可鉆性指標(biāo),最主要的是地層的杭?jí)簭?qiáng)度,只要鉆機(jī)所施加的鉆壓大于地層的抗壓強(qiáng)度,鉆齒就能壓人地層,從而切割成塊,作用在鉆齒的壓強(qiáng)一定要大于地層的抗壓強(qiáng)度,即F/S>G式中 F——壓力;S——鉆齒接觸孔底的面積;G——地層的抗壓強(qiáng)度。
 
  如果滿足以上條件,再優(yōu)化其他因素,鉆進(jìn)效率就會(huì)大大提高,如調(diào)整回轉(zhuǎn)速度及鉆齒角度等。由上可知,地層越硬,鉆進(jìn)效率越低,因?yàn)樗桡@壓變大,在壓力一定時(shí)使地層破碎的時(shí)間加大。
 
  3.2卸土因素對(duì)鉆進(jìn)效率的影響
 
  由于所鉆地層的成份、結(jié)構(gòu)、含水量等不同,造成鉆碴的粘性不同,當(dāng)鉆碴裝滿斗體提出地面卸土?xí)r,其粘性越大,卸土所需時(shí)間就越長(zhǎng)。
 
  4.鉆具選配對(duì)鉆進(jìn)效率的影響
 
  小型旋挖機(jī)所用鉆頭種類很多,結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化,對(duì)于不同設(shè)備機(jī)型、不同施工方法和不同地層,要選用不同的鉆頭。目前旋挖鉆機(jī)常用的鉆頭有以下6大類:螺旋鉆頭、旋挖鉆斗、筒式取芯鉆頭、擴(kuò)底鉆頭、沖擊鉆頭和沖抓錐鉆頭,每一大類中又有很多品種。鉆具的選配對(duì)旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)效率影響很大,應(yīng)根據(jù)所鉆地層選取最適合的鉆頭獲得鉆進(jìn)效率最大化。旋挖鉆機(jī)可根據(jù)地層情況配置不同的鉆頭,在粘性土層可使用長(zhǎng)鉆筒,加快鉆進(jìn)速度;對(duì)于砂卵石含量較大的地層可使用短鉆筒,配臵泥漿護(hù)壁,控制鉆速;對(duì)于含孤石、漂石及較硬巖石地層可換用長(zhǎng)、短螺旋鉆頭進(jìn)行處理,松動(dòng)后再換上鉆筒繼續(xù)鉆進(jìn)。與常規(guī)鉆機(jī)相比,旋挖鉆機(jī)回轉(zhuǎn)扭矩大,并可根據(jù)地層情況自動(dòng)調(diào)整。
 
  5.鉆桿的選擇對(duì)鉆進(jìn)效率的影響
 
  旋挖鉆機(jī)常用鉆桿分為兩大類一摩阻式和機(jī)鎖式,摩陰式鉆桿主要是靠鉆桿鍵條的之間的摩擦力產(chǎn)生鉆壓,此種釗井干的特點(diǎn)是:隨鉆隨加壓,無(wú)需找加壓點(diǎn),提鉆桿時(shí)無(wú)需解鎖,操作方便,提、下鉆具速度高,但加壓力小,在較軟地層鉆進(jìn)中使用該類鉆桿效率高;機(jī)鎖式鉆桿是通過(guò)鉆桿每層之間的加壓點(diǎn),對(duì)接后把動(dòng)力頭的加壓力傳到孔底鉆具上形成鉆壓,此類鉆桿的特點(diǎn)是:鉆進(jìn)時(shí)只有在各層之間的加壓點(diǎn)對(duì)接后才能產(chǎn)生最大鉆壓,提升鉆桿時(shí)需先解鎖,且提、下鉆速度慢,適合于較硬地層。


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