浅述旋挖钻机的选购及其在实际应用中存在的问题

林后宽　蒋惠娟

摘要：文章就目前国内应用越来越广泛的旋挖钻机的选购和实际应用中存在的主要问题进行了初步阐述。

关键词：旋挖钻机选购；应用问题；建筑基础工程；成孔作业

中图分类号：TH21文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）02-0065-02

旋挖钻机是一种适合在建筑基础工程中成孔作业的施工机械，具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高等特点，适应我国大部分地区的土壤地质条件。配合不同钻具，适应于短螺旋、回转斗及岩层的成孔作业。

一、旋挖钻机的选购

选择旋挖钻机的使用原则，既要能满足用户目前在建主要工程的需求，又要兼顾今后工程可能发展的需要，性能参数要留有一定的发展余地，所以在选购旋挖钻机时主要考虑的因素有以下几个方面：机型大小、生产厂家（配置）、性能参数等。

（一）机型确定

旋挖钻机的主要工作参数有以下几种：扭矩、发动机功率、钻孔直径、钻孔深度及钻机整机质量，根据这些参数我们可以把旋挖钻机分为三种机型，用户根据自己的需求可以选择其中之一：

1.小型机。扭矩100KN·m。发动机功率170KW，钻孔直径0.5~1m，钻孔深度40m左右，钻机整机质量40t左右。小型机的应用市场定位：各种楼座的护坡桩；楼的部分承重结构桩；城市改造市政项目的各种小于１m的桩；适用于其他用途的桩。

2.中型机。扭矩180KN·m。发动机功率200KW，钻孔直径0.8~1.8m，钻孔深度65m左右，钻机整机质量65t左右。中型机的应用市场定位：公路、铁路、城市高架的桥梁桩基施工；大型建筑、港口码头的结构承重桩；其他适用桩。中型机的市场工作量覆盖比例最大，约达到80%以上。

3.大型机。扭矩240KN·m。发动机功率300KW，钻孔直径1~2.5m，钻孔深度80m左右，钻机整机质量100t左右。大型机的应用市场定位：公路、铁路、城市高架的特大桥桩基施工；大型建筑、港口码头的特殊结构承重桩；其他适用桩。大型机的市场工作量覆盖较少。

（二）旋挖钻机的主要生产厂家

目前，在国内使用的旋挖钻机中，大部分是整机从国外直接进口的，但也有钻机部件在国外制造，然后在国内组装的，如德国宝峨公司的BG系列；也有国内企业生产的，如北京巨力公司的ZY系列等，但其钻机的关键部件仍是从国外进口，以保证其钻机有良好的性能。这些钻机在性能、价格等方面各有优势，用户可根据自己的实际情况选择，选择余地比较大。

（三）选购旋挖钻机应该着重考虑的性能参数

在确定了机型大小以后，选购旋挖钻机需要着重考虑的性能参数有以下几个方面：

1.钻机扭矩：依据工程需要选择钻机扭矩，确保钻机能够可靠地工作在钻机的高效区。钻机的高效区，一般指钻机在正常钻进时，能够平均进度5m/h以上。

2.动力、液压、电器系统：动力系统要求工作可靠，无故障工作时间长，一般应采用备件好解决的名牌发动机，如卡特彼勒、康明斯等。

3.钻机钻杆：钻杆可以分为摩擦钻杆和锁紧钻杆两大类。按钻杆形式分，钻杆可分为牙楔式、半牙楔式、摩阻式三种。选择钻杆形式应该按照牙楔式、半牙楔式、磨阻式的顺序。牙楔式、半牙楔式在坚硬的地层中成孔时，以可靠地实现钻杆加压。钻杆长度应根据成孔深度确定，在成孔深度范围很大时，应选择两套钻杆，一套不短于60m的长钻杆和一套40m左右的短钻杆。

4.钻机的钻桅调整结构：钻机的钻桅调整结构目前有三角形和平行四边形两大类，各有优势。在施工现场，从钻机现场安装、拆卸以及施工中穿越空中障碍等情况看，平行四边形的钻桅调整结构，具有更大的实用优势。

5.钻头钻具：在国外钻头中，短螺旋钻头和嵌岩钻头质量较好，可以考虑。对于筒式钻头，国内已经可以很好地加工，质量不比国外差，且可以根据实际需要调整结构，满足施工的特别要求，价格也只有进口的50%左右，值得购买。

二、旋挖钻机在实际应用中存在的问题

旋挖钻机具有性能先进、钻进效率高、成桩质量好和环境污染小等诸多优点，由此受到越来越多用户的青睐，特别是在青藏铁路、北京奥运场地、其他大型基础设施的基础工程建设中发挥了主要作用，各种品牌的旋挖钻机也各显其能，表现出了优异的性能。但同时从用户使用情况及各方面资料反映来看，旋挖钻机在实际应用中还是存在较多问题：

（一）高性能、低台班效率

从各方面反映来看，有好多一部分基础工程施工中的旋挖钻机台班效率很低，很难让人满意。1台钻机每台班最多成孔3根，最少的仅1根，整体平均每台班成孔1～2根。钻进速度并没有预期的那么快，被称为高性能、高钻进效率的旋挖钻机似乎有点“英雄气短”，就一般地质条件来看，最理想的成孔数量每台班在3～4根，才能体现旋挖钻机的优越性。

据分析具体原因有以下两方面：（1）旋挖钻机所配备的驾驶员及维修人员没有经过严格的系统培训，大部分驾驶员来自挖掘机操作工，使用时一味地追求高钻进速度，造成机器故障频繁、停工延误工期；（2）所使用的旋挖钻机配置的钻头种类单一，难以适应不同地质层的要求，尤其是钻进到卵石层，这种现象尤为明显，进尺相当缓慢，由此造成效率始终无法提升。

（二）孔内事故（主要以卡钻、埋钻为主）

所谓卡钻，是指旋挖钻机在钻进或提升过程中，由于非钻机本身的原因，即钻机的各系统工作正常时，出现正反转动作均无法进行、且主卷扬无法将钻杆提起，然后反复重复以上动作，也无法恢复正常工作的情况。预防卡钻主要有以下几方面对策：

1.开钻前要充分研究地质报告，掌握地层情况，同时在钻进过程中密切注意地层变化，防止大面积塌孔现象发生。

2.操作工在深层钻进时要控制进尺，不要一次进尺太多，如在15m以深钻进时，一次钻进深度一般不要超过40cm，如在粘泥层钻进，要充分考虑缩径因素，如遇砂卵石等地层向粘泥层转换，需注意地层变化规律，不要盲目加压，控制一次进尺量。

3.制作、修复钻头时应注意钻筒尺寸，钻筒直径一般应小于成孔直径6cm以上，同时应保证钻头挂勾有效，避免意外脱勾。

4.要注意钻机本身的及时保养和维修，避免因钻机出现故障而造成长时间停钻。

5.调整好护壁液的密度和粘度，使孔底能在一定时间内无沉渣以保证设备偶然出现故障后有充分的时间排除。

（三）特殊地层应用问题

旋挖钻机在特殊地层如砂卵层、松散不稳定层钻进施工中往往因孔壁掉块坍塌而无法钻进，下面就如何发挥旋挖钻机在特殊地层中的优势探讨如下：

1.钻孔固壁是首当其冲要解决的问题，钻孔介质主要有空气、水、泡沫和泥浆四种，这四种介质中泥浆虽然造价较高，净化不易，但它有独特的护壁作用，所以，对砂卵层、松散易坍塌层选用泥浆作固壁介质利用泥浆的性质使孔壁产生一层泥皮，加之泥浆有较大的比重，能将孔壁保护住，不致坍塌，保证正常钻孔。

2.对现有设备挖潜补缺。根据旋挖钻机在砂质地层的施工缺陷，除解决固壁问题外，更重要的是要解决清孔排渣设备的技术问题。根据多年对桩基机械的使用经验和目前我国桩基施工机械现状认为，现阶段旋挖钻机在砂层，松散层钻孔后的清孔排渣，可利用现有的设备（如泥浆泵和砂石泵），采取正、反循环交替法为好，用此工艺技术既不需增添新设备，又能取得较好的效果。

（四）钻机倾斜事故

由于施工现场地形复杂、地表承载力不同，尽管旋挖钻机履带接地比压较小，但在移动过程中仍存在倾覆的危险性，所以常常在实际应用中基本上用户都可能出现过旋挖钻机倾斜的事故，下面就如何处理倾斜事故的方案探讨如下，以引起用户的重视：

1.充分利用施工现场的配套设备和人员的优势，如要紧急调用现有配套的履带式挖掘机、履带式吊机，用履带式挖掘机压住钻机上翘部分，防止进一步倾覆，再利用履带式吊机对其进行扶正，但吊机的起吊点设置是本方案的难点，需要现场人员共同商定配合。

2.如施工现场的配套设备及附近设备调用受到限制，如只有挖掘机（一般旋挖钻机施工基本配套挖掘机），则只有利用此台挖掘机及旋挖钻机自身的功能进行自救：经过周密计算，设置钢丝绳的牵引点及角度，以此来利用钻机副卷扬机再加上挖掘机的牵引力达到钻机扶正的目的。

（五）钢丝绳选择的问题

1.钢丝绳直径的选择。根据设备设计的结构、规格选择钢丝绳，一般不可用相邻规格的产品替代。具有刻槽卷筒的旋挖钻机用钢丝绳直径不宜偏大。要随时关注刻槽的形状与尺寸变化，适时调整所用钢丝绳的直径。

2.钢丝绳捻法的选择。旋挖钻机上缠绕钢丝绳的卷筒刻有沟槽时，在选择钢丝绳时既要注重钢丝绳的直径又要注重钢丝绳缠绕方式，科学合理地选择钢丝绳的捻法。现用旋挖钻机的使用实践中已发生由于选错钢丝绳捻法，.从而降低钢丝绳使用性能及使用寿命的现象。旋挖钻机用钢丝绳通常为左交互捻。

3.钢丝绳绳芯的选择。旋挖钻机用钢丝绳应选择金属绳芯类钢丝绳。绳芯可为7x7结构或1×26SW等结构。目前国外钢丝绳独立绳芯结构呈现出多样性和复杂性。对钢丝绳独立绳芯的研究开发已被列为钢丝绳结构设计的重要内容。

4.钢丝绳抗拉强度。根据设备作业特点，并考虑用户采购成木，在土层地质结构条件下，可按GB/T8918-1996钢丝绳技术标准要求选择1670MPa级。一般用途钢丝绳，在岩土混合，坚石地质结构层施工的旋挖钻机应选择抗拉强度为1770MPa级重要用途钢丝绳。

5.钢丝绳表面脂的选择与及时补充。旋挖钻机通常在淋水或有泥浆的状态下工作。旋挖钻机用钢丝绳应选择附着性能好、抗水性强的表面脂。在使用过程中用户应创造条件及时补充钢丝绳表面脂。

三、结语

对于广大旋挖钻机用户来说，从根本上做好旋挖钻机的选购工作和关注旋挖钻机在实际应用中存在的问题并采取有效措施进行很好解决，将对旋挖钻机的采购成本和使用成本产生较大的影响，所以通过笔者对这两方面的初步阐述，促使用户对这两方面引起足够的考虑。