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目前旋挖鉆機(jī)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用前景

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

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,基本建設(shè)范圍的持續(xù)拓寬,以人為本和保護(hù)環(huán)境的理念及至相關(guān)法津法規(guī)實(shí)施的不斷強(qiáng)化,使樁基礎(chǔ)特別是現(xiàn)澆混凝土灌注樁基礎(chǔ)幾乎取代了基他基礎(chǔ),得到了廣泛的應(yīng)用空間。旋挖鉆機(jī)因其效率高、污染少、功能多的特點(diǎn),適應(yīng)上述綜合發(fā)展的需求,在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)澆混凝土灌注樁施工中得到了廣泛應(yīng)用。

  旋挖鉆機(jī)的英文為Rotary Drilling Rig,除配置各種回轉(zhuǎn)斗作業(yè)外,也要配置短螺旋和長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn),安裝套管護(hù)壁鉆進(jìn),配合搖管裝置和沖抓斗等進(jìn)行會(huì)套管施工;配合伸縮式導(dǎo)桿抓斗進(jìn)行地下連續(xù)墻施工,配合潛孔錘進(jìn)行硬巖破碎施工;更換作業(yè)裝置后也可進(jìn)行旋噴施工和正循環(huán)施工;也可以配置液壓錘、振動(dòng)錘、柴油錘等進(jìn)行其他形式樁基出的施工。
旋挖鉆機(jī)一般適用粘土,粉土、砂土、淤泥質(zhì)土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地層。對(duì)于具有大扭矩動(dòng)力頭和自動(dòng)內(nèi)鎖式伸縮鉆桿的鉆機(jī),可以適應(yīng)微風(fēng)化巖層的施工。為了滿足施工要求,旋挖鉆機(jī)底盤和工作裝置的配置具有裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、機(jī)動(dòng)靈活、多功能、施工效率高等特點(diǎn)。目前,旋挖鉆機(jī)的最大鉆孔直徑為3m,最大鉆孔深度達(dá)120m,(主要集中在40m以內(nèi)),最大鉆孔扭矩620kNm。
  到90年代末,我國(guó)旋挖鉆機(jī)的擁有量?jī)H為100臺(tái)左右,2002年,我國(guó)進(jìn)口各種旋挖鉆機(jī)近百臺(tái),截止2003年底,我國(guó)旋挖鉆機(jī)的保有量為350-400臺(tái),截止2004年底,我國(guó)旋挖鉆機(jī)的保有量為450-500臺(tái)。
  1、旋挖鉆機(jī)的發(fā)展歷史
  旋挖鉆機(jī)是在回轉(zhuǎn)斗鉆機(jī)和全套管鉆機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,第二次世界大戰(zhàn)前,美國(guó)CALWELD首先研制出回轉(zhuǎn)斗,短螺旋鉆機(jī)。二十世紀(jì)五十年代,法國(guó)BENOTO將全套管鉆機(jī)應(yīng)用于樁基礎(chǔ)施工,而后由歐洲各國(guó)將其組合并不斷完善,發(fā)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(guó)將安裝在載重汽車上和附著在履帶起重機(jī)上的鉆機(jī)引入歐洲,動(dòng)力頭為固定式,不能自行安裝套管,難以適應(yīng)硬質(zhì)土層施工,1960年德國(guó)維爾特和蓋爾茨蓋特公司同時(shí)開發(fā)了可動(dòng)式動(dòng)力頭。1975年德國(guó)寶峨公司研制了配有伸縮鉆桿的BG7型鉆機(jī),該鉆機(jī)直接從底盤提供動(dòng)力,配置可鎖式鉆桿實(shí)現(xiàn)加壓鉆孔,鉆孔扭矩增大,可實(shí)現(xiàn)在緊密砂礫和巖層的鉆孔。
  日本于1960年從美國(guó)引進(jìn)CALWELD旋挖鉆機(jī),同時(shí)加藤制作所開發(fā)了15-H型鉆機(jī)。以后開發(fā)了可配套搖管裝置和抓斗的鉆機(jī),1965年日立建機(jī)研制了利用挖掘機(jī)底盤裝有液壓加壓裝置的鉆機(jī),1974年開發(fā)了利用液壓履帶起重機(jī)底盤由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)。1980年日立建機(jī)與土力公司合作開發(fā)了為提高單樁承載力和擴(kuò)底灌注樁的施工領(lǐng)域。德國(guó)寶峨的加入和日立建機(jī)與住友建機(jī)的聯(lián)盟進(jìn)一步促進(jìn)了旋挖鉆機(jī)技術(shù)在日本的發(fā)展。日本的旋挖鉆機(jī)扭矩比歐洲的同類產(chǎn)品小。
  目前國(guó)外的旋挖鉆機(jī)主要生產(chǎn)廠家為:德國(guó):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(guó):APE、Ingersoll-Rand;英國(guó):BSP等。
  1984年天津探礦機(jī)械廠首次從美國(guó)RDI公司引起車載式旋挖鉆機(jī)。1988年北京城建工程機(jī)械廠仿制了土力公司1.5m直徑附著式旋挖鉆機(jī)。1994年鄭州勘察機(jī)械廠引進(jìn)英國(guó)BSP公司附著式旋挖鉆機(jī),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(jī)械公司和徐州工程機(jī)械股份公司先后開發(fā)了附著式旋挖鉆機(jī)和獨(dú)立式旋挖鉆機(jī)。2001年經(jīng)緯巨力第一臺(tái)旋挖鉆機(jī)試制成功。2003年后三一、山河智能等多家生產(chǎn)廠家的旋挖鉆機(jī)陸續(xù)下線,產(chǎn)銷兩旺。
  目前,國(guó)內(nèi)的旋挖鉆機(jī)主要生產(chǎn)廠家為:湖南山河智能、湖南三一、徐工、中聯(lián)重科、徐州東明、北京巨力、天津?qū)毝?、石家莊煤機(jī)、連云港黃海、哈爾濱四海、內(nèi)蒙古北方重汽、宇通重工、南車時(shí)代、山東鑫國(guó)、鄭州勘察等。
  根據(jù)旋挖鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù),如扭矩、鉆孔直徑、鉆深、發(fā)動(dòng)機(jī)功率、整機(jī)質(zhì)量等,可分為大中小3種類型。
  目前國(guó)外的旋挖鉆機(jī)主要分為以歐洲為代表的方形立柱加平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)的獨(dú)立式,以日本為代表的履帶起重機(jī)附著式。
  歐洲的獨(dú)立式旋挖鉆機(jī)具有以下特點(diǎn):
  (1)動(dòng)力頭由一個(gè)或多個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),一類為寶峨、永騰為代表,轉(zhuǎn)速較低、沒有高速反轉(zhuǎn)。另一類以土力、邁特、卡薩為代表,動(dòng)力頭運(yùn)轉(zhuǎn)由一至兩個(gè)大排量變量馬達(dá)驅(qū)動(dòng),高速反轉(zhuǎn)由另外一個(gè)小馬達(dá)驅(qū)動(dòng),還有一類如意馬,直接通過行星減速機(jī)的換檔來實(shí)現(xiàn)高速反轉(zhuǎn)甩土。前面兩種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,液壓配管方便,成本低,后面一種液壓管布管復(fù)雜,減速機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,易出故障,造價(jià)高。
 ?。?)鉆桿分為摩阻式與機(jī)鎖式。機(jī)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(jìn),機(jī)鎖式用于堅(jiān)硬地層鉆進(jìn)。旋挖鉆機(jī)工作時(shí),鉆桿同時(shí)承受拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲等復(fù)合應(yīng)力。歐陽旋挖鉆機(jī)所遙的伸縮鉆桿均采用高強(qiáng)度特殊合金無縫管制造。設(shè)計(jì)制造都有一些特殊的要求。這樣才能達(dá)到質(zhì)量輕,傳扭大、耐磨損、壽命長(zhǎng)。
 ?。?)立柱采用箱形結(jié)構(gòu),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(jī)構(gòu)有三種形式,一種為平行四邊形小三角結(jié)構(gòu),其特點(diǎn)是變幅范圍大,可整機(jī)放倒,折疊,降低運(yùn)輸高度和長(zhǎng)度。缺點(diǎn)是前面重量偏重,穩(wěn)定性稍差,不能承受超大扭矩。另一種為大三角結(jié)構(gòu),以寶峨為代表,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性好,能承受大扭矩。缺點(diǎn)是運(yùn)輸時(shí)要拆開,費(fèi)時(shí),需要輔助起重設(shè)備,第三種以西班牙拉馬達(dá)公司、意大利安特高為代表,雖然也是大三角支承結(jié)構(gòu),由于裝有輔助起架油缸,整機(jī)也能放倒折疊,具有以上兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),結(jié)構(gòu)新穎,經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
 ?。?)主卷?yè)P(yáng)是旋挖鉆機(jī)的關(guān)鍵部件,根據(jù)旋挖鉆機(jī)的施工特點(diǎn),在鉆機(jī)每個(gè)工作循環(huán)(對(duì)孔下鉆-鉆進(jìn)-提鉆-回轉(zhuǎn)-卸土),主卷場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和功能都非常重要,鉆孔效率的高低、鉆孔事故發(fā)生的幾率,鋼絲繩壽命的長(zhǎng)短都與主卷場(chǎng)有密切的關(guān)系。歐洲的旋挖鉆機(jī)都有鉆桿觸地自停和動(dòng)力頭隨動(dòng)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(jī),主卷?yè)P(yáng)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(zhǎng)了鋼絲繩的使用壽命。國(guó)外旋挖鉆機(jī)主卷?yè)P(yáng)都采用柔性較好的非旋轉(zhuǎn)鋼絲繩,提高使用壽命。
  (5)底盤分為專業(yè)樁架底盤(可橫向伸縮,帶有后支腿,立柱三點(diǎn)式支承,如BAUER、BSP等);旋挖鉆機(jī)專業(yè)底盤(橫向伸縮式底盤,如SOILMEC、CASAGRANDE、LLAMADA等);起重機(jī)履帶底盤(如LIEBHERR等);挖掘機(jī)履帶底盤(上車后部加長(zhǎng),立柱下加支腿,工作裝置獨(dú)立,如IMT、WIRTH、MGF等);汽車底盤(為了提高機(jī)動(dòng)性,主要在城區(qū)或要求快速施工的場(chǎng)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(diào)整設(shè)計(jì)布置,既保證了整機(jī)的穩(wěn)定性,又滿足運(yùn)輸?shù)囊?,采用寬履帶,降低接地比壓及?yōu)越爬坡能力,保證了鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)位所要求的機(jī)械性能。
  (6)機(jī)電一體化功能的設(shè)計(jì)
  A、發(fā)動(dòng)機(jī)與負(fù)載相匹配(降低油耗、減少噪音)的電子控制系統(tǒng);
  B、手動(dòng)和自動(dòng)切換,監(jiān)控立柱垂直度(保證柱孔垂直度)的自動(dòng)糾纏系統(tǒng);
  C、高精度鉆孔倒土回轉(zhuǎn)定位(防止樁孔變形)控制技術(shù);
  D、鉆孔深度(防止過放鋼繩和確認(rèn)孔深)測(cè)量及顯示系統(tǒng);
  E、故障(帶負(fù)載起動(dòng),卷?yè)P(yáng)過卷)檢測(cè)、報(bào)警及信息顯示系統(tǒng);
  F、整機(jī)工作狀態(tài)(啟動(dòng)前先自動(dòng)預(yù)檢)動(dòng)畫及虛擬儀表顯示系統(tǒng);
  G、GPS定位與移動(dòng)電話數(shù)據(jù)(快速聯(lián)絡(luò)、及時(shí)到位)傳輸系統(tǒng);
  H、成柱過程(提高成樁質(zhì)量)的反饋顯示、記錄、打印系統(tǒng);
 ?。?)適應(yīng)施工的多種機(jī)具配置
  旋挖鉆機(jī)一般用于大口徑短螺旋和旋挖斗鉆孔施工,除此之外,鉆機(jī)采用的是多用途模塊式設(shè)計(jì),還配置如下機(jī)具施工:
  長(zhǎng)螺旋(CFA)鉆具、全套管與沖抓斗、液壓抓斗地下連續(xù)墻、液壓錘、振動(dòng)錘等。
日本生產(chǎn)的旋挖鉆機(jī)主要以附著式為主。實(shí)際上它的底盤并不是純粹的起重機(jī),只是外觀像起重機(jī),它的平臺(tái)、吊臂、液壓系統(tǒng)都是根據(jù)旋挖鉆機(jī)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的。附著式旋挖鉆機(jī)的最大特點(diǎn)是一機(jī)多用(即可作鉆機(jī)用,也可以做起重機(jī)用)作業(yè)范圍大,并且可以定裝擴(kuò)底裝置,缺點(diǎn)是動(dòng)力頭扭矩偏小,不能長(zhǎng)距離加壓,成孔的垂直度沒有獨(dú)立式鉆機(jī)好。
  國(guó)內(nèi)近年來利用各種方式和途徑有消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,不斷創(chuàng)新,相繼開發(fā)了多種型式的旋挖鉆機(jī),如湖面山河、徐工集團(tuán)等開發(fā)的專用底盤旋挖鉆機(jī);三一重機(jī)、石家莊煤機(jī)等開發(fā)的挖掘機(jī)底盤旋挖鉆機(jī)。國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)整體水平雖然與國(guó)外產(chǎn)品還有一定差距,但主要性能已接近國(guó)外先進(jìn)水平,價(jià)格優(yōu)熱明顯,所以從2003年下半年開始,國(guó)內(nèi)旋挖鉆機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)從進(jìn)口機(jī)為主變?yōu)橐褔?guó)產(chǎn)機(jī)為主。
  目前,國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)品種比較單一,大多數(shù)產(chǎn)品的扭矩是180-220kNm,用戶選擇的余地較小,然后,據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)80%-85%的樁基礎(chǔ)樁徑在1200mm以下,深度不超過40m,今后,可發(fā)揮旋挖鉆機(jī)的多功能這一最大優(yōu)點(diǎn),不片面強(qiáng)調(diào)大扭矩條件,開發(fā)適合我們國(guó)情,滿足施工要求、價(jià)格較低的國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)。日本旋挖鉆機(jī)大多數(shù)在100kNm以下就是一個(gè)例證。國(guó)內(nèi)進(jìn)口的很多日本二手旋挖鉆機(jī),用戶使用的效果也很好。
  4、應(yīng)用前景
  混凝土質(zhì)量的改善,樁基礎(chǔ)施工技術(shù)的完善,灌注樁承載能力的提高,以及城市環(huán)境法規(guī)的嚴(yán)格執(zhí)行,混合物灌注樁幾乎取代了其他基礎(chǔ),成為應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ),國(guó)內(nèi)外成孔作業(yè)中各種鉆孔機(jī)(反循環(huán)、旋挖鉆機(jī)、全套管)的比例迥然不同,在國(guó)外大直徑混凝土灌注樁施工中,旋挖鉆機(jī)一般占2/3以上,反循環(huán)鉆機(jī)在歐洲市場(chǎng)幾乎不再使用,而國(guó)內(nèi)鉆孔機(jī)產(chǎn)品中反循環(huán)鉆機(jī)的產(chǎn)量點(diǎn)近90%。
  旋挖鉆機(jī)因其具有裝機(jī)功率大,輸出扭矩大,軸向壓力大,機(jī)動(dòng)靈活、施工效率高、環(huán)保等特點(diǎn),配合不同鉆具,適應(yīng)我國(guó)大部分地區(qū)的地質(zhì)條件,成為適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)最理想的施工機(jī)械。近年來,北京地鐵、環(huán)線路網(wǎng)建設(shè)、特別是青藏鐵路、奧運(yùn)場(chǎng)館、首都機(jī)場(chǎng)新航站樓等大型工程的施工中,旋挖鉆機(jī)高效、環(huán)保、效益高的優(yōu)勢(shì)得到公認(rèn)。
  隨著改革開放的逐步深化,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的需求,使得鐵路公路水路交通、城市公共設(shè)施和工業(yè)民用建筑、水利電力設(shè)施、港口碼頭機(jī)場(chǎng)的建設(shè)全面飛速發(fā)展樁基礎(chǔ)施工機(jī)械潛在的巨大市場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)。僅鐵路建設(shè)方面,2005年我國(guó)將再上一批新項(xiàng)目,到2020年鐵路建設(shè)總投資要超過2萬億元。今年將有數(shù)條高速客運(yùn)專線,如武大、鄭西、石太、京津等相繼開工,高速客運(yùn)專線有60%以上為橋梁,橋樁的直徑大多適合旋挖鉆機(jī)施工,這將是繼青藏鐵路以后旋挖鉆機(jī)有鐵路建設(shè)中更大規(guī)模的應(yīng)用。
  旋挖鉆機(jī)及施工工藝在我國(guó)北方地區(qū)已經(jīng)得到了很快普及,在南方地區(qū)特別是東南沿海發(fā)達(dá)地區(qū)由于地層較軟,樁一般較大較深,旋挖鉆機(jī)成孔困難,目前仍以正反循環(huán)鉆機(jī)為主。實(shí)際上旋挖鉆機(jī)配合一些其他設(shè)備也可以在該地區(qū)施工,一種方法是旋挖鉆機(jī)與套管式鉆機(jī)聯(lián)合施工;另一種方法是利用我國(guó)已廣泛使用的振動(dòng)樁錘沉拔鋼護(hù)筒在軟土地區(qū)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(jī)的大量應(yīng)用只是在近幾年,我們?nèi)狈ο鄳?yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),尚未編制旋挖鉆機(jī)施工規(guī)范,沒有系統(tǒng)的工法研究,缺少技術(shù)培訓(xùn),基本理論的研究有待深入,旋挖鉆機(jī)與土木工程及施工工藝結(jié)合的非常緊密。研制旋挖鉆機(jī)的設(shè)計(jì)技術(shù)人員應(yīng)熟悉樁基礎(chǔ)施工,使用旋挖鉆機(jī)的工程技術(shù)人員應(yīng)了解其工作原理和作業(yè)性能,為此,中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)將和有關(guān)科研單位,主機(jī)生產(chǎn)廠家及施工部門開展與旋挖鉆機(jī)相關(guān)的(基本結(jié)構(gòu)工作原理、液壓技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、安全規(guī)程等)技術(shù)培訓(xùn),施工經(jīng)驗(yàn)的交流等活動(dòng),適時(shí)地制定旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),推動(dòng)機(jī)械化施工和旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展。



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