周亞峰 董世方 韋應琪 劉俠龍

(蘭州城市學院，甘肅 蘭州 730070)

1 項目背景

在樁基井成孔作業(yè)中，沖擊式鉆進方法是鉆孔技術中最傳統(tǒng)的方法，使用沖孔式打樁機進行成孔作業(yè)所利用的正是這種沖擊式鉆進的方法。沖孔式打樁機因其施工工藝簡單、適應性強、對地層無特殊要求,目前在樁基礎工程施工中仍發(fā)揮著重要的作用。為能快速打撈出墜井鉆頭，設計出泥漿井鉆頭打撈設備，一方面實現(xiàn)代替潛水員下潛工作，另一方面降低鉆頭墜井帶來的損失。

2 打撈方案

在成孔作業(yè)過程中，鉆頭會因鋼索斷裂墜井，這種情況相對來說普遍打撈難度小。解決方案是當設備到達事故現(xiàn)場后，現(xiàn)場對設備進行簡單的調試，分析現(xiàn)場的打撈環(huán)境，將井中黏稠的泥漿沖出井，待泥漿井中泥漿黏稠度降低后，開始做打撈前期工作。調試設備探測系統(tǒng)、機械手臂系統(tǒng)，以及推進系統(tǒng)，連接牽引鋼索和電纜，查看設備總體運行狀態(tài)。將設備放入泥漿井中，通過鋼索緩慢下降，待設備與目標鉆頭快要接觸時，地面操作人員根據(jù)水下聲吶探測器反饋過來的信息判斷鉆頭與設備的位置關系，啟動水下推進器對設備位置進行微調，使得其契合在目標鉆頭上，設備下降，使得核心電磁推桿裝置嵌套在鉆頭上部圓柱端。接下來機械手臂開始運作，通過液壓桿讓三個機械手臂與鉆頭側面接觸靠緊，目的是穩(wěn)定設備，擺正設備姿態(tài)，防止設備在泥漿攪拌的復雜情況下與鉆頭脫落。待設備穩(wěn)定后，核心電磁推桿機構嵌套在鉆頭上部的圓柱上，通過大角度的旋轉，找出鉆頭主孔，電磁驅動連接桿穿過鉆頭主孔，實現(xiàn)鉆頭與設備的連接。之后操作人員根據(jù)具體的情況將設備與鉆頭通過地面卷揚機設備緩慢吊出水面，從而完成打撈工作。

3 設備結構設計

3.1 設備外形設計

設備外形采用圓錐形結構，主要考慮到與鉆頭容易契合，方便打撈設備工作。工作時圓錐形工作面與墜井鉆頭契合在一起，形成設備包裹鉆頭，完成第一步設備與鉆頭接觸工作。設備核心牽引捆綁裝置位于設備的中間偏上位置，采用雙層圓柱形結構，配合傳動結構及傳感器探測模塊，對目標鉆頭進行連接。

3.2 核心電磁連接裝置設計

在主要穿過鉆頭主孔的桿件一端纏繞多匝線圈，配合圓盤基座上的電磁激勵裝置，通過兩只通反向電流的方式 ，實現(xiàn)磁極異同對調，在磁力同相吸引，異相排斥的電磁力作用下完成穿過鉆頭主孔的運動。

3.3 水下姿態(tài)微調設計

為實現(xiàn)設備在水下能較好快速連接設備，在設備上安裝水下推進系統(tǒng)作為姿態(tài)微調系統(tǒng)，通過推進器的旋轉運行，使得設備在較大直徑的井下能夠多角度水平自由移動，完成設備與鉆頭的初步契合，當設備在推進器的推動下運行到鉆頭正上方時，再次下放設備，進行連接工作。

3.4 控制系統(tǒng)的設計

整套設備stm32f103微處理器作為核心控制單元，配合多種傳感器，電機馬達，實現(xiàn)整套設備的運行。

3.5 機械手臂的設計

機械手臂的主要功能是設備在下潛與鉆頭契合時扶正設備或者鉆頭。

4 項目創(chuàng)新

4.1 有效避免人工打撈帶來的風險

機器設備不同于工人，不用承擔人身危險，設備能有效打撈事故鉆頭，有效規(guī)避了因人工打撈而帶來的風險。

4.2 最大限度地降低因事故鉆頭帶來的工程損失

樁基井事故鉆頭打撈設備其自身具備的優(yōu)勢能快速應對樁基井所發(fā)生的各種情況，能在短時間內(nèi)解決事故問題，從時間成本上就為工程減少了很大一部分損失。

5 結語

目前，沖孔式打樁機還廣泛應用于灌注樁的施工中，發(fā)生鉆頭墜井事故也是時常發(fā)生。本設計方案提供了一種應對鉆頭墜井后及時打撈的方案，通過機器操作的方式將深井中的鉆頭打撈出水，從而避免人工打撈風險，降低打撈成本。