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旋挖鉆機護筒直徑的確定

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

近年來旋挖鉆機的蹤跡幾乎已遍布各種規(guī)模建筑工地的每一個角落,其發(fā)展速度之快出常人所料。無論號稱“綠色奧運,人文奧運”的2008北京奧運主會場館建設(shè)工地,還是祖國西部高寒地區(qū)環(huán)保要求特殊的青藏鐵路施工線,均有旋挖鉆機的身影出現(xiàn)。由于該設(shè)備集環(huán)保、節(jié)能、高效、智能控制以及各種不同地質(zhì)條件的廣普適用能力于一身,已成為諸多地面施工工程建設(shè)的首選設(shè)備。對于成孔較差的流沙地質(zhì)條件,施工工藝往往采用護筒與作業(yè)鉆頭同步施工,避免旋挖鉆機的工作前功盡棄。
對于任何一種旋挖鉆機,在一定的地質(zhì)條件下其最大旋挖孔徑、深度參數(shù)也是一定的。當(dāng)使用護筒施工時,旋挖鉆桿所克服的阻力來自兩個方面:一,鉆頭所要克服的旋挖阻力矩;二,護筒與附其外表介質(zhì)的摩擦阻力矩,而這種摩擦阻力矩隨著旋挖深度的增加,護簡單位長度的阻力矩呈線性關(guān)系上升。此時所能旋挖的孔徑,比標定的尺寸(最大直徑)要小得多。就旋挖鉆機所輸出的扭矩與護筒直徑、旋挖深度間的關(guān)系國內(nèi)還未見介紹,護筒的釋放也有多種不同的方法,本文就護筒、鉆頭同步釋放(護筒向流沙層下延伸)相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系,作一些闡述。
旋挖鉆機護簡與流沙層之間單位長度的摩擦阻力矩,隨著旋挖深度的增加而增加。因為流沙層對護筒外壁的壓力是旋挖深度h的函數(shù),作業(yè)過程中某一位置單位長度的摩擦阻力,等于護筒外表面正壓力與摩擦系數(shù)的乘積。設(shè)旋挖護筒外徑為D,流沙層容重為p(約2g/mm),摩擦系數(shù)為ξ(濕0.32,一般0.39),如果取旋挖作業(yè)深度h處dh長度為研究對象,則受壓面積等于dh×D×π,此處流沙層的壓力應(yīng)為h×p,所以摩擦力為dh、D、π、h、p、ξ之間的乘積,dh高度的摩擦阻力矩m=dh×D×π×h×p×ξ×D/2。旋挖深度為h時,其摩擦阻力矩為(0到h范圍的積分)M=∫mndn=D×h×π×p×ξ/4。
如果把施工過程中鉆頭旋挖的阻力矩設(shè)為Mz,忽略機械效率的影響,旋挖鉆機動力頭輸出扭矩=M+M。因為使用護筒作業(yè)且到達一定深度時,動力頭的主要阻力來自護筒與流沙層之間的摩擦阻力矩,而鉆頭旋挖的阻力矩相對已顯得很小,計算護筒極限作業(yè)深度時,甚至可以將其忽略不計。
假設(shè)旋挖鉆機動力頭輸出的扭矩為M,在護筒直徑D一定的條件下,最大鉆深h=2(M-Mz)/(D×π×p×ξ)(取其正值)。同樣,在己知護筒作業(yè)長度h參數(shù)的情況下,可求得護筒可達到的極限作業(yè)直徑D=2(M-Mz)/(h×π×p×ξ)。如果護筒為多節(jié)伸縮式結(jié)構(gòu),仍然可以使用相同的方法,采取分段積分累加,利用∑Mi=0的條件約束,同樣可以確定相關(guān)參數(shù)。

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