一、旋挖钻机的发展历史

 

　　旋挖钻机在二战以前首先在美国卡尔维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展，1948年意大利迈特公司首先开始研制，接着意大利、德国开始发展，到了70~80年代在日本得到快速发展，当时日本称之为回转斗成桩，也叫阿司特利工法（EarthDriII），在德国、日本这类工法相当普遍。我国在80年代初从日本引进过工作装置，最近几年我国旋挖钻机取得了快速发展。

 

　　二、旋挖成孔的工艺优势

 

　　1、广泛的适应性在硬土地层，由于传统钻机的自重有限，不可能给钻头施加更大的进给压力。而旋挖钻机由于采用动力头装置，动力头的给进力加上钻杆的重量，钻进能力强。据统计，在相同的地层中，旋挖钻机的成孔速度是转盘钻机的5～10倍。

 

　　2、良好的环保性目前国内传统钻机多采用连接钻杆形式和掏渣桶掏渣，在钻进过程中多采用泥浆循环方式，泥浆对于这类钻机起润滑、支护、置换和携带钻渣的作用。随着环保对城市建设愈加严格，传统钻机面临更大危机，而旋挖钻机采用动力头形式，其工作原理是用短螺旋钻头或旋挖斗，利用强大的扭矩直接将土或砂砾等钻渣旋转挖掘，然后快速提出孔外，在不需要泥浆支护的情况下，可实现干法施工，即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下，泥浆也只起支护作用，钻削中的泥浆含量相当低，这使污染源大大减少，进而降低了施工成本，也改善了施工环境，成孔效率高。

 

　　3、提高灌注桩的承载力由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，它仅需要静压泥浆作护壁，所采用的泥浆一般用膨润土、火碱、纤维素等配置，在孔壁不形成厚的泥皮。此外由于钻头的多次上下往复，使孔壁粗糙、不易产生缩径。与传统的钻孔灌注桩相比，旋挖钻孔灌注桩的承载能力提高。

 

　　4、提高劳动生产率由于采用旋挖钻机成孔质量好，桩的垂直度可控制在很小的范围内，而且工期可大大缩短。以直径1．5m、深50m的桩孔为例，采用反循环施工方法约需30h左右，而采用旋挖钻机则仅需6～7h左右，因此大口径、大功率、大扭矩的旋挖钻机成为施工的首选。

 

　　迈特的HR240-800型旋挖钻机采用多功能专业底盘，在底盘上配置了地下连续墙抓斗、长螺旋、摇管机、预制桩、高压灌注浆等多种工法的预留装置，以便适应各种特殊工况和施工环境的要求。主卷扬由于安装在专业底盘上，所以卷筒的容绳量大，钢丝绳为单绳缠绕排列，提放绳的速度为90～100m／min，提升与下落的速度均为匀速，提升力恒定。该机具有三挡速度，可根据不同的地质层选取最佳的控制速度，而且桩的垂直度可控制在1‰～2‰左右。旋挖钻机钻杆的质量对施工影响非常大，施工中如果出现钻杆弯曲或折断，不但对工程进度影响很大，而且直接影响到成孔质量。HR240-800型旋挖钻机采用凯式钻杆，钻杆外径设计得较大，有效增大了钻杆抗扭截面模数，使钻杆在传递最大扭矩和挤压力的同时，不失稳、磨损少。

 

　　三、旋挖钻机的结构特点及技术进步

 

　　1、挖钻机的底盘底盘可分为专用底盘、履带液压挖机底盘、履带起重机底盘、步履式底盘、汽车底盘等。但履带专用底盘，结构紧凑、运输方便、外形美观、造价高。目前国内外生产的旋挖钻机绝大多数应用的是专用底盘。

 

　　2、钻杆、钻具钻杆是一个关键部件，分为内摩阻式外加压伸缩钻杆和自动内锁互扣式外加压伸缩钻杆。内摩阻式钻杆在软土层钻进效率高，锁扣式钻杆提高了动力头施于钻杆并传到钻具的下压力，适于钻进硬岩层，对操作的要求也较高。为了提高作业效率，一台钻机大多配备两套钻杆。钻具有多种，目前有长螺旋和大直径短螺旋钻头、回转钻斗、捞砂斗、筒形钻斗、扩底钻头、岩心钻头等。

 

　　3、动力头动力头有液压传动、电机传动、发动机传动，无论何种都具备低速钻进、反转高速甩土功能。目前大都采用液压驱动，有双变量液压马达、双速减速机驱动或低速大扭矩液压马达驱动。动力头的钻进速度一般都具有多档，适合在多种工况下作业。电机驱动一般采用特制的恒功率双速电机，力矩大、过载能力强。80年代在履带起重机上附着工作装置，单设一台发动机驱动，目前由于液压技术和底盘制造技术的进步，此种方式一般不多用了。

 

　　4、电子控制技术90年代国外旋挖钻机的控制技术逐步实现智能化，目前国外旋挖钻机普遍具备发动机和泵的电子控制系统，能指导主泵最佳输出，使液压负载与发动机转速相匹配，从而利用发动机的最大功率。发动机转速可在负荷较小或无负荷时实现自动控制，自动降低发动机转速，减少油耗、降低噪声和废气的排放量。桅杆垂直度自动调平系统能对桅杆进行实时监控，可实现手动和自动切换，在一定范围内自动调整角度，保证施工中桩孔的垂直度要求，提高施工质量。还具备回转倒土控制、钻孔深度测量及显示、车身工作状态动画显示及虚拟仪表显示、故障检测、报警及信息显示、整机启动前预先自动检测功能。国外旋挖钻机还设有GPS定位系统和移动电话数据传输系统。

 

　　四、旋挖钻机的国内应用

 

　　1993在上海浦东八百伴大厦基础灌注桩工程中全部采用了旋挖成孔法施工并取得成功，在国内起到了推动作用；在北京五环路的基础施工中，旋挖钻机已占了绝大多数。国家重点工程青藏铁路大规模施工于2001年正式启动，而在青藏铁路格拉段的施工段，地层很多是永冻的土层、砂砾、不规则泥页岩，还有软硬互层灰岩，有的冻土厚度达到百米以上，青藏铁路的大量使用引起了施工和生产制造企业的格外关注，无疑推动了旋挖钻机开发和应用。

 

　　由于受青藏铁路、北京奥运、上海世博会工程的拉动，给旋挖钻机提供了一个巨大的发展空间，近三年我国的旋挖成孔法的大量采用，旋挖钻机使用量增加，特别是2003年许多厂家旋挖钻机相继研制成功，推动了旋挖钻机的生产和应用。

 

　　五、值得思考的问题

 

　　1、旋挖钻机受施工地层的制约，主要适用于土层、砂层以及较松散的、粒径较小的卵砾石层，在粘性土层钻进效果最佳；而在硬岩层、较致密的卵砾石、孤石层施工比较困难，并容易发生孔内事故和机械事故，体现不出旋挖钻进的优越性。由于我国大量的公路桥梁、铁路、水利、城市建设等工程，旋挖钻机潜在的巨大市场已经出现，但由于我国幅员辽阔，地质状况差异较大，经济状况不同，其它桩工机械和钻孔设备仍然存在着发展空间。

 

　　2、旋挖钻机的价格目前较贵，应用最多的旋挖钻机的施工口径在1.5～2m之间，一台国产旋挖钻机价格都在400~500万元以上，进口价格要600多万元人民币。对于一般的基础施工企业，一次性投资几百甚至上千万元购置设备有一定困难。国内旋挖钻机制造企业应当降低生产成本，控制适当的利润率。同时应发展租赁市场业务，提高旋挖钻机的使用率，缩短投资回收期，旋挖钻机的使用量和产品产量将会大大增加。

 

　　3、旋挖钻机的全负荷正常工作寿命为6000多个小时，超过这一寿命后，一些部件就需要更换修理，尤其是液压系统主泵、动力头以及钻杆钻具；另外加工维修、设备搬迁费用所占成本偏高等，损坏后更换时间也较长，这就使得旋挖钻机在实际使用中的运行成本大大增加，相应提高了桩基的施工成本。使用旋挖钻机施工，虽然施工效率较高，工程质量也较好，但利润可能较低。据某些施工企业统计，一般要达到每年钻进工作量在20000延米以上，工程造价在500万元以上，才能够发挥其优势。

 

　　4、我国旋挖钻机的大量使用只是近几年，目前缺乏工法的研究，尚未编制施工规范；旋挖钻机是桩工机械的一个类型，和土木建筑及施工工艺结合的比较紧密。目前旋挖钻机制造厂的工程技术人员应熟悉土层地下建筑施工，配合基础施工企业开展钻进工艺的研究，提高旋挖钻机在不同地质条件下的作业性能；行业协会应开展施工经验的技术交流活动，适时地制定旋挖钻机产品标准及相关标准，推动机械化施工和旋挖钻机产品的发展。

 

　　5、开展钻杆、钻头、钻具的研究，提高关键部件制造质量。

 

　　六、结束语

 

　　“公欲善其事，必先利其器”，只有通过采用新技术、新工艺、新设备才能为社会创造更多的价值，也才能实现个人的价值。