劉宗寶

（中交第三航務(wù)工程局有限公司，浙江 315200）

1 對(duì)旋挖鉆機(jī)嵌巖施工情況進(jìn)行分析

1．1 工況概述

該項(xiàng)目位于馬來西亞吉隆坡市區(qū)東南部，共計(jì)1557根樁，樁基部分的計(jì)劃工期為13個(gè)月。由當(dāng)?shù)睾献鞴綞conpile和我方聯(lián)合實(shí)施。本項(xiàng)目最大樁長(zhǎng)為55m，嵌巖深度為1.5～8m之間。由于地質(zhì)條件為花崗巖且嵌巖較深，現(xiàn)場(chǎng)處于居民區(qū)，只能白天鉆孔，有效作業(yè)時(shí)間短，因此要求鉆機(jī)配置數(shù)量要多,且工效高。

1．2 旋挖鉆機(jī)對(duì)不同巖層嵌巖進(jìn)尺情況

表1 旋挖鉆機(jī)對(duì)不同巖層進(jìn)尺情況表

1．3 旋挖鉆機(jī)目前巖層實(shí)際進(jìn)尺情況

表2 三一重工鉆機(jī)工效表（以CA3項(xiàng)目工地實(shí)際效率為例）

2 分析影響旋挖鉆機(jī)嵌巖工效的主要因素

目前施工的旋挖鉆機(jī)大多數(shù)以普通地層的施工為主，普通地層施工能夠充分顯現(xiàn)旋挖鉆機(jī)施工效率與成孔質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)。但在進(jìn)行硬巖施工時(shí)，由于旋挖鉆機(jī)施工以旋轉(zhuǎn)切削運(yùn)動(dòng)為主，在其有限的加壓載荷下，無法形成對(duì)巖層的有效沖擊，從而導(dǎo)致旋挖鉆機(jī)進(jìn)行硬巖施工中效率低下，而不能真正顯示旋挖鉆機(jī)的成孔優(yōu)勢(shì)，下面就影響旋挖鉆機(jī)嵌巖工效的原因逐一做出分析。

2．1 從巖石破碎入巖機(jī)理分析影響旋挖鉆機(jī)嵌巖鉆進(jìn)效率的因素

2．1．1 巖石破碎形式劃分

傳統(tǒng)巖石破碎理論將巖石隨軸壓增加而呈現(xiàn)出的不同破碎形式分成3 個(gè)分區(qū)段:研磨破碎區(qū)段-疲勞破碎區(qū)段-躍進(jìn)破碎區(qū)段。

圖1 不同軸壓下巖石破碎的3 個(gè)區(qū)段

由以上可以得出，一是加壓方式：不同形式的加壓方式，巖石破碎則有不同的形式。有研磨或疲勞破碎；有躍進(jìn)式破碎。二是地質(zhì)條件：不同的地質(zhì)條件則相應(yīng)用不同的加壓方式；不同硬度的巖石，則應(yīng)該選用更加合理的轉(zhuǎn)矩和軸壓匹配。三是轉(zhuǎn)速變化：鉆桿轉(zhuǎn)速快慢之間互相交替變化,則有利于提高對(duì)巖石的破碎效率。鉆桿轉(zhuǎn)速會(huì)在快慢之間交替變化,此時(shí)截齒沖擊鑿削巖面可迅速提高破碎效率。四是巖石強(qiáng)度：當(dāng)加壓力大于巖石的抗壓強(qiáng)度極限的30%～50%時(shí)，則會(huì)呈現(xiàn)出嵌巖最高效的破碎形式—躍進(jìn)式破碎。五是鉆頭的使用：不同鉆頭的交替使用,對(duì)嵌巖效果有至關(guān)重要的影響。

2．2 通過對(duì)旋挖鉆機(jī)實(shí)際工效對(duì)比分析查找影響設(shè)備嵌巖工效原因

2．2．1 旋挖鉆機(jī)設(shè)備技術(shù)能力分析

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際地質(zhì)情況，采用SR365RC/SR360RC旋挖鉆機(jī)施工。SR365RC旋挖鉆機(jī)的加壓系統(tǒng)是采用卷揚(yáng)加壓，其可為鉆機(jī)提供更大的加壓力，能夠使鉆機(jī)鉆進(jìn)普通鉆機(jī)無法鉆進(jìn)的巖層，另外先進(jìn)的加壓系統(tǒng)使鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)候桅桿的穩(wěn)定性大幅度提高，使得巖層對(duì)鉆機(jī)的反作用力大部分會(huì)被加壓系統(tǒng)內(nèi)部吸收。

（1）旋挖鉆機(jī)的入巖條件

旋挖鉆機(jī)入巖的能力和工效取決于多種因素，既與旋挖鉆機(jī)加載在鉆具上的有效載荷有關(guān)，也與鉆具上截齒的具體布置方式有密切關(guān)系，同時(shí)也會(huì)受巖石硬度的影響。概括來說，旋挖鉆機(jī)要實(shí)現(xiàn)順利入巖，必須具備以下3個(gè)方面的能力：一是大扭矩、大加壓力，二是加壓力的有效傳遞，三是鉆具截齒的合理布置。

（2）馬來西亞工地，屬于花崗巖地層，嵌巖深度較大，施工效率主要取決于入巖能力，入巖能力主要體現(xiàn)在扭矩和設(shè)備加壓能力（鉆機(jī)+鉆桿重量）。

扭矩方面：三一SR365RC10＞三一SR360RC10＞寶峨BG30。

加壓能力方面：三一SR365RC10＞三一SR360RC10＞寶峨BG30。

(3)公司購買的SR365旋挖鉆機(jī)與馬來西亞當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)樁基專業(yè)公司普遍使用的寶峨BG30旋挖鉆機(jī)進(jìn)行的使用功效對(duì)比分析得出結(jié)論：從實(shí)際BG30和SR365旋挖鉆機(jī)實(shí)際單根樁入土效率對(duì)比，單根樁的平均入土效率相差為 0.03 h，相差不大；但是單根樁入巖效率對(duì)比，單根樁的平均入巖效率相差為 18.01 h;SR365C10嵌巖效率較高。故設(shè)備的加壓方式和加壓力及扭矩大小對(duì)嵌巖效率的影響比較大。

2．2．2 技術(shù)數(shù)據(jù)分析對(duì)比

旋挖鉆機(jī)作為項(xiàng)目大型關(guān)鍵設(shè)備，為此在設(shè)備日常運(yùn)行過程中，為了更好的了解設(shè)備實(shí)際使用情況，對(duì)其使用中的工效情況，易損件消耗及油耗等情況詳細(xì)記錄和統(tǒng)計(jì)，并和設(shè)備供應(yīng)廠商投標(biāo)時(shí)遞交的工效調(diào)查情況表做大量詳細(xì)的技術(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比，進(jìn)一步分析設(shè)備使用過程中的嵌巖工效情況，通過大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和各單位調(diào)查數(shù)據(jù)的相對(duì)比，綜合對(duì)比后查原因，想辦法，不斷提高設(shè)備的嵌巖工效。

項(xiàng)目地層硬度變大，鉆機(jī)實(shí)際鉆進(jìn)為0.9m筒鉆配合1.5m筒鉆分級(jí)鉆進(jìn)，且需要取芯以及撈渣操作，相對(duì)于理論數(shù)據(jù)較慢（理論為單級(jí)鉆進(jìn))，新采購旋挖鉆機(jī)在實(shí)際嵌巖工效沒有達(dá)到投標(biāo)文件嵌巖效率。為此項(xiàng)目組織相關(guān)技術(shù)人員查原因，找不足，想辦法解決問題并結(jié)合實(shí)際地層情況合理選用鉆具，對(duì)施工工法進(jìn)一步優(yōu)化，例如有分級(jí)鉆進(jìn)變更為單級(jí)鉆進(jìn)后效率明顯提高等，對(duì)旋挖鉆機(jī)手的操作水平及熟練程度進(jìn)行培訓(xùn)考核評(píng)比等多方面進(jìn)行改進(jìn)提高，從而不斷提高鉆機(jī)嵌巖工效。

2．2．3 結(jié)論分析

綜上所述在入巖機(jī)理理論和旋挖鉆機(jī)實(shí)際工效對(duì)比結(jié)論的支持下，總結(jié)出影響旋挖鉆機(jī)嵌巖鉆進(jìn)效率的因素有：設(shè)備技術(shù)能力、機(jī)手的操作水平、孔深、孔徑、地層情況、鉆具選配及鉆桿型式，施工工法優(yōu)化等。項(xiàng)目施工過程中經(jīng)過不斷的實(shí)踐創(chuàng)新，優(yōu)化改進(jìn)，針對(duì)不同地質(zhì)條件的情況，切實(shí)尋找出一個(gè)適合設(shè)備性能和當(dāng)?shù)貛r層情況的施工工法等方面的最佳合理配置是全面提升旋挖鉆機(jī)入巖能力和工效的最好辦法。

3 提高旋挖鉆機(jī)嵌巖工效的方法措施

3．1 采用合理的鉆具和正確的操作方法

3．1．1 合理選用鉆具，保證施工效率

不同地層條件應(yīng)采用不同的鉆具，例如：

在地層極限承載力不足400kpa時(shí)，采用斗齒撈沙鉆頭；在地層承載力大于400kpa時(shí)采用截齒撈沙鉆頭；在鉆進(jìn)致密巖層時(shí)則可采用取芯筒鉆或牙輪鉆。

3．1．2 鉆桿的形式和合理選擇

當(dāng)巖層狀況不是很復(fù)雜且易鉆進(jìn)時(shí)（地層承載力小于600kpa)，可采用摩阻鉆桿，由于摩阻鉆桿操作方便，故可以提高作業(yè)效率；當(dāng)巖層狀況比較復(fù)雜且很難鉆進(jìn)時(shí)（地層承載力大于600kpa)，則可采用機(jī)鎖鉆桿；鉆進(jìn)單軸飽和抗壓強(qiáng)度30MPa以上的硬質(zhì)巖層，其地基承載力一般高于600KPa，已不適合摩阻桿鉆進(jìn)，需根據(jù)孔徑、孔深及鉆機(jī)的情況配備相應(yīng)機(jī)鎖桿鉆進(jìn)。

3．1．3 硬巖地層旋挖鉆進(jìn)鉆具選擇

根據(jù)硬巖破碎理論研究可知：當(dāng)旋轉(zhuǎn)鉆頭附近存在自由面時(shí)，鉆頭侵入時(shí)巖石會(huì)產(chǎn)生側(cè)邊的破碎，這樣有利于提高鉆頭入巖效率。例如：在鉆進(jìn)花崗巖困難時(shí)組合使用筒鉆開槽、螺旋破碎、截齒撈砂斗撈砂是保證旋挖鉆機(jī)高速鉆進(jìn)的最優(yōu)鉆進(jìn)方式。所以，硬巖地層旋挖鉆機(jī)嵌巖所需鉆具一般為：筒鉆、單頭單螺螺旋、截齒撈砂斗。

3．2 硬巖地層采用合理工法施工

施工中，當(dāng)孔徑較小時(shí)，旋挖鉆機(jī)所需最佳鉆進(jìn)方式為一次性鉆進(jìn)：筒鉆開槽—螺旋破碎巖柱—截齒撈砂斗撈渣。而在鉆孔孔徑較大時(shí)，需分二級(jí)或三級(jí)鉆進(jìn)：即先在鉆孔中心打小孔，最后再使用筒鉆及撈砂斗擴(kuò)孔至設(shè)計(jì)尺寸。下面以SR365RC旋挖鉆機(jī)為例，參考單軸抗壓能力為30～60 MPa的較硬花崗巖地層，依據(jù)項(xiàng)目實(shí)際工程施工經(jīng)驗(yàn)所列出針對(duì)不同孔徑鉆孔所需得鉆進(jìn)方式。

例如：項(xiàng)目施工B2區(qū)域，采用旋挖鉆施工嵌巖工效較慢，經(jīng)過分析討論認(rèn)為該處巖層硬度高，埋置深，鉆進(jìn)相對(duì)困難，所以選擇合適的鉆斗及鉆進(jìn)工藝至關(guān)重要。分析討論后決定采用短螺旋鉆斗加雙底撈砂鉆斗交替配合鉆進(jìn)，采用短螺旋鉆頭先以低速、低扭矩、先浮動(dòng)后加壓的方式鉆進(jìn)；同時(shí)更換為耐磨的合金鋼斗齒，在鉆進(jìn)過程中及時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)斗齒破損進(jìn)行焊接修補(bǔ)或更換。短螺旋鉆頭鉆進(jìn)后及時(shí)換雙底撈砂鉆頭撈取孔底沉渣，結(jié)果顯示：鉆進(jìn)效果顯著提高。

表3 不同孔徑的鉆孔所需得鉆進(jìn)方式及鉆進(jìn)效率統(tǒng)計(jì)表

3．3 提升機(jī)手操作技能和素質(zhì)

（1）增強(qiáng)旋挖鉆機(jī)手的技能創(chuàng)新水平,提高工法施工。機(jī)手的技能水平對(duì)旋挖鉆機(jī)工效的發(fā)揮始終占據(jù)50%以上，是最核心的因素。因此機(jī)手的技能水平和工作經(jīng)驗(yàn)非常重要，只有經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的積累經(jīng)驗(yàn)才能提高技能;要清楚的明白旋挖鉆機(jī)的設(shè)備性能，了解施工工法的重點(diǎn)組成：地質(zhì)、護(hù)壁、鉆具和操作，能夠隨著地質(zhì)和地下水文情況變化而變化。

（2）對(duì)項(xiàng)目使用旋挖鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行星級(jí)設(shè)備評(píng)選，增強(qiáng)設(shè)備操作手的責(zé)任心和榮譽(yù)感，提高其工作效率，大大提高設(shè)備的利用率和完好率，對(duì)管好、用好設(shè)備非常有益。旋挖鉆機(jī)設(shè)備操作人員技能水平的嫻熟程度對(duì)其工效的影響很大,所以要加強(qiáng)對(duì)技能操作人員的選拔和考核及培養(yǎng),逐步培養(yǎng)屬于自己的樁基設(shè)備人才。

3．4 不斷改進(jìn)施工工藝

（1）進(jìn)一步提高大型設(shè)備的使用效能。在旋挖鉆機(jī)直徑1.5m鉆進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)入巖的鉆進(jìn)速度比理論的低，通過咨詢生產(chǎn)商，發(fā)現(xiàn)對(duì)于直徑1.5m的鉆孔，旋挖鉆機(jī)可以單級(jí)鉆進(jìn)，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況機(jī)手多采用雙級(jí)鉆機(jī)，效率較低，為此后續(xù)施工過程中，項(xiàng)目部嘗試單級(jí)鉆進(jìn)，以進(jìn)一步提高設(shè)備功效。采用化學(xué)泥漿劑、單（分）級(jí)鉆進(jìn)相結(jié)合等工藝提高了鉆機(jī)的工效。針對(duì)拋石層施工，項(xiàng)目部自制了一種簡(jiǎn)易的護(hù)筒驅(qū)動(dòng)器，并對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行改進(jìn)，采用旋挖鉆機(jī)直接下放鋼護(hù)筒，解決了施工場(chǎng)地狹窄和穿越拋石層的難題。在筒鉆頭內(nèi)加焊勁板，實(shí)現(xiàn)巖心的整體提取。對(duì)撈渣斗進(jìn)行改裝，提高了清孔效率等諸多工藝改進(jìn)。

（2）由于巖石的多樣性和復(fù)雜性，入巖工法也是多樣和復(fù)雜的。要將一些好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)推廣，一些有效的、針對(duì)性的措施要總結(jié)歸納；一些意外事件的分析與探討，相關(guān)行業(yè)有效措施的借鑒與發(fā)揮等等。這些都可以不斷改進(jìn)施工工藝，提高設(shè)備工作效率。

4 結(jié)語

本文從“硬巖破碎理論”闡述開始結(jié)合項(xiàng)目嵌巖實(shí)際工效情況綜合對(duì)比分析查找原因后從“鉆具合理選擇”，“優(yōu)化施工工藝”及“鉆進(jìn)工法研究”和“機(jī)手操作技能”四個(gè)方面系統(tǒng)了闡述了“硬巖高效鉆進(jìn)”，最后提出適用于硬巖的鉆進(jìn)方法，鉆具配置，施工工法等，并通過項(xiàng)目工程實(shí)踐予以驗(yàn)證。從工程實(shí)踐情況來看，硬巖鉆進(jìn)技術(shù)對(duì)實(shí)際工程指導(dǎo)作用十分明顯，從而大大提高了嵌巖工效。