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    旋挖機的發展和對旋挖機專用鋼絲繩的選用

    發布時間:2018-06-12  閱讀:541次   字號:  
    隨著全球經濟的高速發展,基本建設范圍的持續拓寬,以人為本和保護環境的理念及至相關法津法規實施的不斷強化,使樁基礎特別是現澆混凝土灌注樁基礎幾乎取代了基他基礎,得到了廣泛的應用空間。旋挖鉆機因其效率高、污染少、功能多的特點,適應上述綜合發展的需求,在國內外的現澆混凝土灌注樁施工中得到了廣泛應用。旋挖機鋼絲繩一定要用旋挖機專用鋼絲繩,結構有35W*K7,35T*7,15*K7等系列的結構。

    旋挖鉆機的英文為Rotary Drilling Rig,除配置各種回轉斗作業外,也要配置短螺旋和長螺旋鉆進,安裝套管護壁鉆進,配合搖管裝置和沖抓斗等進行會套管施工;配合伸縮式導桿抓斗進行地下連續墻施工,配合鋼絲繩和潛孔錘進行硬巖破碎施工;更換作業裝置后也可進行旋噴施工和正循環施工;也可以配置液壓錘、振動錘、柴油錘等進行其他形式樁基出的施工。

    旋挖鉆機一般適用粘土,粉土、砂土、淤泥質土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地層。對于具有大扭矩動力頭和自動內鎖式伸縮鉆桿的鉆機,可以適應微風化巖層的施工。為了滿足施工要求,旋挖鉆機底盤和工作裝置的配置具有裝機功率大、輸出扭矩大、機動靈活、多功能、施工效率高等特點。目前,旋挖鉆機的最大鉆孔直徑為3m,最大鉆孔深度達120m,(主要集中在40m以內),最大鉆孔扭矩620kNm。

    到90年代末,我國旋挖鉆機的擁有量僅為100臺左右,2002年,我國進口各種旋挖鉆機近百臺,截止2003年底,我國旋挖鉆機的保有量為350-400臺,截止2004年底,我國旋挖鉆機的保有量為450-500臺。

    1、旋挖鉆機的發展歷史

    旋挖鉆機是在回轉斗鉆機和全套管鉆機的基礎上發展起來的,第二次世界大戰前,美國CALWELD首先研制出回轉斗,短螺旋鉆機。二十世紀五十年代,法國BENOTO將全套管鉆機應用于樁基礎施工,而后由歐洲各國將其組合并不斷完善,發展成為今天的多功能組合模式。

    意大利土力公司首先從美國將安裝在載重汽車上和附著在履帶起重機上的鉆機引入歐洲,動力頭為固定式,不能自行安裝套管,難以適應硬質土層施工,1960年德國維爾特和蓋爾茨蓋特公司同時開發了可動式動力頭。1975年德國寶峨公司研制了配有伸縮鉆桿的BG7型鉆機,該鉆機直接從底盤提供動力,配置可鎖式鉆桿實現加壓鉆孔,鉆孔扭矩增大,可實現在緊密砂礫和巖層的鉆孔。

    日本于1960年從美國引進CALWELD旋挖鉆機,同時加藤制作所開發了15-H型鉆機。以后開發了可配套搖管裝置和抓斗的鉆機,1965年日立建機研制了利用挖掘機底盤裝有液壓加壓裝置的鉆機,1974年開發了利用液壓履帶起重機底盤由液壓馬達驅動的鉆機。1980年日立建機與土力公司合作開發了為提高單樁承載力和擴底灌注樁的施工領域。德國寶峨的加入和日立建機與住友建機的聯盟進一步促進了旋挖鉆機技術在日本的發展。日本的旋挖鉆機扭矩比歐洲的同類產品小。

    目前國外的旋挖鉆機主要生產廠家為:德國:BAUER、LIEBHERR、Delmag、WIRTH、MGF,意大利SoilMec、MAIT、CMV、CASAGRANDE、IMT、ENTEGO;西班牙:LLAMADA。日本:日車車輛、HITACHI、住友、加藤;芬蘭:JUNTTAN、TAMROCK;美國:APE、Ingersoll-Rand;英國:BSP等。

    1984年天津探礦機械廠首次從美國RDI公司引起車載式旋挖鉆機。1988年北京城建工程機械廠仿制了土力公司1.5m直徑附著式旋挖鉆機。1994年鄭州勘察機械廠引進英國BSP公司附著式旋挖鉆機,1998年上海金泰股份有限公司與寶峨合作組裝BG15。1999年哈爾濱四海工程機械公司和徐州工程機械股份公司先后開發了附著式旋挖鉆機和獨立式旋挖鉆機。2001年經緯巨力第一臺旋挖鉆機試制成功。2003年后三一、山河智能等多家生產廠家的旋挖鉆機陸續下線,產銷兩旺。

    目前,國內的旋挖鉆機主要生產廠家為:湖南山河智能、湖南三一、徐工、中聯重科、徐州東明、北京巨力、天津寶峨、石家莊煤機、連云港黃海、哈爾濱四海、內蒙古北方重汽、宇通重工、南車時代、山東鑫國、鄭州勘察等。

    根據旋挖鉆機的主要技術參數,如扭矩、鉆孔直徑、鉆深、發動機功率、整機質量等,可分為大中小3種類型。

    目前國外的旋挖鉆機主要分為以歐洲為代表的方形立柱加平行四邊形連桿機構的獨立式,以日本為代表的履帶起重機附著式。

    歐洲的獨立式旋挖鉆機具有以下特點:

    (1)動力頭由一個或多個液壓馬達驅動,一類為寶峨、永騰為代表,轉速較低、沒有高速反轉。另一類以土力、邁特、卡薩為代表,動力頭運轉由一至兩個大排量變量馬達驅動,高速反轉由另外一個小馬達驅動,還有一類如意馬,直接通過行星減速機的換檔來實現高速反轉甩土。前面兩種結構簡單,液壓配管方便,成本低,后面一種液壓管布管復雜,減速機結構復雜,易出故障,造價高。

    (2)鉆桿分為摩阻式與機鎖式。機鎖式又分為間斷式和齒條式。摩阻式鉆桿用于普通地層鉆進,機鎖式用于堅硬地層鉆進。旋挖鉆機工作時,鉆桿同時承受拉壓、剪切、扭轉、彎曲等復合應力。歐陽旋挖鉆機所遙的伸縮鉆桿均采用高強度特殊合金無縫管制造。設計制造都有一些特殊的要求。這樣才能達到質量輕,傳扭大、耐磨損、壽命長。

    (3)立柱采用箱形結構,剛性好,重量輕;蓝嗖捎媚湍シ叫螣o縫管,便于傳遞大扭矩。立柱支撐機構有三種形式,一種為平行四邊形小三角結構,其特點是變幅范圍大,可整機放倒,折疊,降低運輸高度和長度。缺點是前面重量偏重,穩定性稍差,不能承受超大扭矩。另一種為大三角結構,以寶峨為代表,其特點是結構簡單,穩定性好,能承受大扭矩。缺點是運輸時要拆開,費時,需要輔助起重設備,第三種以西班牙拉馬達公司、意大利安特高為代表,雖然也是大三角支承結構,由于裝有輔助起架油缸,整機也能放倒折疊,具有以上兩種結構的優點,結構新穎,經濟實用。

    (4)主卷揚是旋挖鉆機的關鍵部件,根據旋挖鉆機的施工特點,在鉆機每個工作循環(對孔下鉆-鉆進-提鉆-回轉-卸土),主卷場的結構和功能都非常重要,鉆孔效率的高低、鉆孔事故發生的幾率,鋼絲繩壽命的長短都與主卷場有密切的關系。歐洲的旋挖鉆機都有鉆桿觸地自停和動力頭隨動裝置以防止亂繩損壞鋼絲繩。特別是意大利邁特公司的旋挖鉆機,主卷揚的卷筒容量大,鋼絲繩為單層纏繞排列,提升力恒定,鋼絲繩不重疊碾壓,從而減少鋼絲繩之間的磨損,延長了鋼絲繩的使用壽命。國外旋挖鉆機主卷揚都采用柔性較好的非旋轉鋼絲繩,提高使用壽命。

    (5)底盤分為專業樁架底盤(可橫向伸縮,帶有后支腿,立柱三點式支承,如BAUER、BSP等);旋挖鉆機專業底盤(橫向伸縮式底盤,如SOILMEC、CASAGRANDE、LLAMADA等);起重機履帶底盤(如LIEBHERR等);挖掘機履帶底盤(上車后部加長,立柱下加支腿,工作裝置獨立,如IMT、WIRTH、MGF等);汽車底盤(為了提高機動性,主要在城區或要求快速施工的場合使用的,如MAIT、CMV、SOILMEC等。)

    可變履帶間距的底盤,低重心及配重的可調整設計布置,既保證了整機的穩定性,又滿足運輸的要求,采用寬履帶,降低接地比壓及優越爬坡能力,保證了鉆機現場轉位所要求的機械性能。

    (6)機電一體化功能的設計

    A、發動機與負載相匹配(降低油耗、減少噪音)的電子控制系統;
    B、手動和自動切換,監控立柱垂直度(保證柱孔垂直度)的自動糾纏系統;
    C、高精度鉆孔倒土回轉定位(防止樁孔變形)控制技術;
    D、鉆孔深度(防止過放鋼繩和確認孔深)測量及顯示系統;
    E、故障(帶負載起動,卷揚過卷)檢測、報警及信息顯示系統;
    F、整機工作狀態(啟動前先自動預檢)動畫及虛擬儀表顯示系統;
    G、GPS定位與移動電話數據(快速聯絡、及時到位)傳輸系統;
    H、成柱過程(提高成樁質量)的反饋顯示、記錄、打印系統;

    (7)適應施工的多種機具配置

    旋挖鉆機一般用于大口徑短螺旋和旋挖斗鉆孔施工,除此之外,鉆機采用的是多用途模塊式設計,還配置如下機具施工:

    長螺旋(CFA)鉆具、全套管與沖抓斗、液壓抓斗地下連續墻、液壓錘、振動錘等。
    日本生產的旋挖鉆機主要以附著式為主。實際上它的底盤并不是純粹的起重機,只是外觀像起重機,它的平臺、吊臂、液壓系統都是根據旋挖鉆機的特點設計的。附著式旋挖鉆機的最大特點是一機多用(即可作鉆機用,也可以做起重機用)作業范圍大,并且可以定裝擴底裝置,缺點是動力頭扭矩偏小,不能長距離加壓,成孔的垂直度沒有獨立式鉆機好。

    國內近年來利用各種方式和途徑有消化吸收國外先進技術的基礎上,不斷創新,相繼開發了多種型式的旋挖鉆機,如湖面山河、徐工集團等開發的專用底盤旋挖鉆機;三一重機、石家莊煤機等開發的挖掘機底盤旋挖鉆機。國產旋挖鉆機整體水平雖然與國外產品還有一定差距,但主要性能已接近國外先進水平,價格優熱明顯,所以從2003年下半年開始,國內旋挖鉆機市場已經從進口機為主變為已國產機為主。

    目前,國產旋挖鉆機品種比較單一,大多數產品的扭矩是180-220kNm,用戶選擇的余地較小,然后,據統計我國80%-85%的樁基礎樁徑在1200mm以下,深度不超過40m,今后,可發揮旋挖鉆機的多功能這一最大優點,不片面強調大扭矩條件,開發適合我們國情,滿足施工要求、價格較低的國產旋挖鉆機。日本旋挖鉆機大多數在100kNm以下就是一個例證。國內進口的很多日本二手旋挖鉆機,用戶使用的效果也很好。

    4、應用前景

    混凝土質量的改善,樁基礎施工技術的完善,灌注樁承載能力的提高,以及城市環境法規的嚴格執行,混合物灌注樁幾乎取代了其他基礎,成為應用最廣泛的基礎,國內外成孔作業中各種鉆孔機(反循環、旋挖鉆機、全套管)的比例迥然不同,在國外大直徑混凝土灌注樁施工中,旋挖鉆機一般占2/3以上,反循環鉆機在歐洲市場幾乎不再使用,而國內鉆孔機產品中反循環鉆機的產量點近90%。

    旋挖鉆機因其具有裝機功率大,輸出扭矩大,軸向壓力大,機動靈活、施工效率高、環保等特點,配合不同鉆具,適應我國大部分地區的地質條件,成為適合建筑基礎工程中成孔作業最理想的施工機械。近年來,北京地鐵、環線路網建設、特別是青藏鐵路、奧運場館、首都機場新航站樓等大型工程的施工中,旋挖鉆機高效、環保、效益高的優勢得到公認。

    隨著改革開放的逐步深化,國內市場經濟的需求,使得鐵路公路水路交通、城市公共設施和工業民用建筑、水利電力設施、港口碼頭機場的建設全面飛速發展樁基礎施工機械潛在的巨大市場已經出現。僅鐵路建設方面,2005年我國將再上一批新項目,到2020年鐵路建設總投資要超過2萬億元。今年將有數條高速客運專線,如武大、鄭西、石太、京津等相繼開工,高速客運專線有60%以上為橋梁,橋樁的直徑大多適合旋挖鉆機施工,這將是繼青藏鐵路以后旋挖鉆機有鐵路建設中更大規模的應用。

    旋挖鉆機及施工工藝在我國北方地區已經得到了很快普及,在南方地區特別是東南沿海發達地區由于地層較軟,樁一般較大較深,旋挖鉆機成孔困難,目前仍以正反循環鉆機為主。實際上旋挖鉆機配合一些其他設備也可以在該地區施工,一種方法是旋挖鉆機與套管式鉆機聯合施工;另一種方法是利用我國已廣泛使用的振動樁錘沉拔鋼護筒在軟土地區成孔施工,通過浙大唐烏沙山電廠、寧波金華蘭溪電廠、福建寧德電廠等施工證明完全是可行的。

    旋挖鉆機的大量應用只是在近幾年,我們缺乏相應的產品標準,尚未編制旋挖鉆機施工規范,沒有系統的工法研究,缺少技術培訓,基本理論的研究有待深入,旋挖鉆機與土木工程及施工工藝結合的非常緊密。研制旋挖鉆機的設計技術人員應熟悉樁基礎施工,使用旋挖鉆機的工程技術人員應了解其工作原理和作業性能,為此,中國工程機械工業協會將和有關科研單位,主機生產廠家及施工部門開展與旋挖鉆機相關的(基本結構工作原理、液壓技術、機電控制技術、安全規程等)技術培訓,施工經驗的交流等活動,適時地制定旋挖鉆機產品標準及相關標準,推動機械化施工和旋挖鉆機產品的發展。

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