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1、旋挖钻机施工埋钻的处理毫ATION敬MAINTAN鞋旋挖钻机施工埋钻的处理刘勇(中基发展建设工程有限责任公司,北京101601)摘要针对旋挖钻机钻孔灌注桩施工过程中出现的埋钻事故,从工程地质,成孔方面进行了埋钻原因的分析,并就处理埋钻采取的方法及如何预防此类事件的发生进行了探讨.关键词塌孔埋钻;抱钻;处理;预防中图分类号TU67文献标识码B文章编号1001554X(2011)09010803ThehandlingofdrillburyingaccidentduringrotarydrillingrigconstructionLIUYong在旋挖钻机大口径桩基施工过程中,塌孔埋钻,抱钻事故时有发
2、生,但是事故发生的原因,事故状况和现场条件并不相同,因此采取的措施也不尽相同,有时可能需要使用几种处理的方法.本文着重描述埋钻的处理方法,并对处理工具进行了详细的描述,希望与同行进行交流.1埋钻事故产生的原因(1)松散的砂层,卵石层孔壁坍塌造成埋钻.一是在松散的地层进行成孔,泥浆比重小,不足以支撑孔壁,可能造成孔壁坍塌;二是由于地下水位很低,泥浆黏度小,在松散的卵石层,很可能造成孔内突然水位下降,孔壁不稳造成坍塌.(2)致密的砂层,粘土层孑L底真空引起抱钻.在钻进致密的砂层,粘土层时,由于钻头未及时修补或磨损过快,钻头边缘垫块磨损严重,再加上粘土缩颈或悬浮的砂下沉,钻头周边与孔壁之间没有间隙,
3、形成活塞效应,使得钻头难以提出从而抱钻.(3)钻进过深,摩擦力大于提拔力而造成的抱钻.夜里施工时,人员处在困乏状态,很容易使钻进进尺过大,造成钻头底部干烧烧结,再加上侧壁摩擦力过大造成埋钻.泥浆质量有问题时会导致沉渣过多,如机手缺乏经验,清渣时由于负载轻,钻进太深,也会导致埋钻.108建筑札械(4)地层水位过高,形成水的负压造成埋钻.在地下水位较高的地层施工时,必须控制水头高度.如在钻800mm的基孔时,利用440mm的钻杆钻进,当钻进超过lOm时,每次钻头提出地面,孔内泥浆面就会下落3m左右,如果地下水位高于3m,就会形成负压,孑L壁在长期负压下会发生坍塌甚至埋钻.(5)上部回填过厚,护筒底
4、部坍塌造成埋钻.有些基桩需在厚回填层上施工,而回填层又不密实,粘聚力很小,当使用较短护筒时,护筒底部回填受变水位影响,粘聚力几乎消失,从而造成桩孑L上口坍塌埋钻.(6)钻机出现故障,钻头钻杆不能取出造成埋钻.钻机发生故障或钢丝绳断裂,钻杆未能及时提出,钻斗在孔底时间过长,孔壁因长时间浸泡而坍塌.2埋钻事故的处理埋钻或抱钻事故发生后,应及时调整泥浆性能,控制事故继续扩大,并及时分析原因采取相应措施,以免错过最佳处理时机.埋钻的处理可以总结成”清,透,顶,炸,扩,捞,砸,挖”等方法收稿日期2011-0314通讯地址刘勇,北京东燕郊中基发展建设工程有限责任公司和步骤.2.1沉渣的处理“清”即清渣洗孔
5、.清渣可用正反循环,高喷或用洗井管空压机进行,清渣应根据地层确定泥浆质量和所用清孔设备,避免造成捞钻过程中二次塌孔事故的发生.利用空压机洗孔示意图如图1所示.图1空压机洗孑L钻头示意图2.2钻杆钻头的打捞(1)有些情况下,处理埋钻事故的关键是疏通孔底与钻头上部之间的通道,使钻头底部与上部形成连通器,避免活塞效应,即为”透”.为了能够形成连通器,一般在孔边打几个比事故孔深的孔,用高压旋喷进行摆喷,如图2所示.用于通路形成,转动动力头同时增加主绳提拔力,有可能将钻杆和钻头一起提出.有的处理方案采用反循环钻机与扩孑L钻头相结合.图2摆喷示意图(2)”顶”即用千斤顶钻杆,是处理埋钻最常用的方法.用千斤
6、顶需要有一个坚实的平台,并在钻杆上加焊千斤顶施力板,如图3所示.用3cm肋板与钻杆焊接,顶板与肋板及钻杆焊牢,并将2块顶板连接.工字钢采用60100cm规格,并用连接板连接.千斤顶控制系统应联动加压.一般钻杆上部连接的卡环或直销,其所能承受的极限载荷为180kN左右,在千斤顶联动加压至150kN后,应逐步提高压力,并在每提高35kN压力后停滞1h左右,等待土层蠕变效应的发挥.加压的同时转动动力头.使用千斤顶的结果可能有几种:一是钻头钻杆全部顶出;二是钻头顶盖或斗门破坏,钻杆连同破坏的钻头顶出;三是钻杆内杆卡环或直销顶断,内杆和钻头留在孔内;四是钻杆从有旧裂痕处破裂,部分钻杆和钻头留在孔内.图3
7、千斤顶顶钻杆示意图(3)”炸”即孔底爆破.如果洗孔后还不能提起,可以利用炸药定位爆破将钻头炸坏,提出钻杆,如图4所示.一般利用这种方法处理事故的基桩孔都已接近设计深度,经设计校验能够达到承载力要求,爆破后可直接灌注.图图4安放炸药示意图(4)”扩”即利用比钻头大10cm左右的扩孔钻头扩孔至钻头斗门以下,然后进行钻杆钻头的捞取.扩孔钻头可利用比原有护简直径小10cm的护筒改制,改制方法如图5所示.(5)打捞钻头或钻杆可以用”套,卡,钩”的方法.如果是钻杆内心断裂,连钻杆带钻斗遗留在孔内,扩孔和洗孔清渣后,可以下潜水员套住钻杆黢热下l魏巍l鲑焱钻具.当埋深较浅时也可用钢筋支架套取钻杆,如埋钻较深时
8、扩孔清理沉渣后可用卡板打捞器进行打捞,卡板打捞器如图6所示;当沉渣较厚时,也可制作套取器,如图7所示,将提引器用自制钢销固定在三节钻杆上,将锅底形打捞器也固定在同节钻杆上.打捞器直壁高度应大于钻头方头高度,以保证其内所焊的钢丝绳能够清渣到位.清渣时钢丝绳套可固定在动力头上,以保证绳套与钻杆同步.普通钻头埋钻较浅时也可用下钩的方式,使用焊接的刚性杆件,直接下钻勾住被埋钻斗的横梁,提出钻头.图5扩孔孔冲击钻头示意图图6卡板打捞断杆示意图110建筑札械图7钻杆打捞断杆示意图(6)有些炸后深度不能达到要求或钻头顶断于孔内,可用冲击钻砸烂破损钻头,进行冲击钻进终孔.(7)有些地区水位较深,且钻杆埋深较浅
9、,可用人工开挖的方法处理埋钻.人工挖孔的尺寸应大于孔径20cm左右,最后可用洛阳铲将钻头周圈掏空,使钻头顺利挖出.3埋钻事故的预防埋钻事故,可从”人,机,料,法”等方面控制和预防.3.1人的因素(1)根据地层控制泥浆质量(黏度,比重),及时搅拌膨润土,预防塌孔;(2)根据地层情况调整表尺,注意仪表控制单钻深度,预防埋钻;(3)回填地层应注意护筒周围,发生裂隙及时撤出钻机;(4)随时观察钢丝绳情况,避免断绳埋钻;钻杆方头焊接处,断裂之前先有裂痕,可以通过检查及早发现排除;每斗倒渣时需观察钻杆销情况.3.2施工机具(1)使用带水通道的旋挖钻头;(2)适当增加钻齿超出钻头壁的尺寸,以增大钻头与孔壁的
10、间隙,避免孔底产生负压;(3)短螺旋应使用中空厚壁管,保持中间通道.3_3材料选用通常埋钻事故与泥浆有着重要联系,因此预防埋钻必须从治理泥浆入手.选用优质膨润土造浆,保证泥浆质量.在河,湖相沉积地层中,要适当提高泥浆的比重,增加黏度,注意除砂.3.4施工方法(1)水位高的地区,孔口围堰要提高水头高度;孔口围堰可用土围堰,也可用大护筒围堰.围堰高度,直径可根据钻头出水后水位下降量计算.(2)水位较深时钻进松散砂卵地层,可边钻边加入粘土或红粘土反转,以形成厚泥层护壁,可避免因突然迅速漏浆而造成塌孔.(下转第114页)疼热UF焱iO嚣黪求也不同.搭接焊缝的激光熔焊和角焊缝的激光钎焊一般采用普通的焊接
11、机器人;对接焊缝的激光钎焊采用铰接臂式焊接机器人,通常设有焊缝自动跟踪矫正系统.3.5惰性气体保护焊的应用挖掘机司机室采用适度”流线型”的结构,司机室前观察窗倾角增大,顶盖四边呈圆弧形,使用钢板件厚度要求在2mm左右,焊接时要求电流小而平稳,否则会出现焊穿或焊不透的缺陷.我公司的焊接方法是小变形MAG焊接,采用自行研制的加拿大式T.I.M.E.焊接系统.这种系统当焊接电流在230260A时,可在适当的范围内控制薄板焊接角变形和纵向变形.在焊接电流和电压一定的情况下,焊接速度增大,焊接热输入小,焊接变形小;在焊接电流和焊接速度不变的情况下,焊接间隙对角变形和挠曲的影响也很大,但间隙和变形量之间存
12、在着一定的匹配关系,可以调整为平衡状态.经过理论分析研究和大量的试验证明,对焊接前后的司机室样板进行对比测量,纵向挠曲变形和角变形的经验数据为4mm,焊接T艺参数:焊接电流为220260A,焊接电压为2830V,焊接速度为0.81.2m/min,送丝速度为3234m/min,保护气体选用氩气和二氧化碳的混合气(氩气为80%,二氧化碳为20%),这种混合气在薄板焊接时效果最好.同时,焊接时综合采用分段焊接等方法,使每个焊缝冷却充分,可有效防止焊接变形.4结束语在我公司小型挖掘机的实际生产中,考虑各种影响因素分析焊接结构的变形,通过本文介绍的几种控制焊接变形方法,应用在小型挖掘机结构件的焊接中,有
13、效地预防和控制了挖掘机结构件的焊接变形,不但减少了火焰矫正焊接变形的工作量,降低了生产成本,提高了工作效率,而且保证了结构件的焊接质量,提高了挖掘机整机装配的精准度以及产品使用的可靠性,延长了产品的使用寿命,取得可观的社会效益和经济效益.参考文献1中同机械工程学会焊接学会编.焊接手册.手工焊接与切割M.第3版.北京:机械工业版社,2001,12.2范存超等.小型挖掘机结构件焊接变形的控制【J.工程机械,2008,39(2).3田锡唐.焊接结构【M.北京:机械工业版社,1981.4薛小怀等.薄板小变形MAG焊接T艺【J.现代金属加工,2005,(05).(上接第110页)(3)在钻进强风化,中风
14、化地层时,一次钻进时间不应超过5min,否则应提钻让泥浆进入斗齿部位,以避免不进尺干磨而造成烧钻抱钻.钻进振动大的地质应降低转数和加压力,避免过大的惯性力和转矩损伤钻杆.(4)渣土回填过深的地层或地表为沙层的地层,可利用长护筒护壁至原状土部位,或使用人工挖孔至原状土部位.在埋设护筒时,可利用钻杆方头将护筒周边压实.(5)避免设备使用时处于极限状态或采用特殊的钻进参数,经验证明,在设备极限状态下其备用能力已不足以应对孔内的意外事故.即使不得已而为之,也应当采用减少回次进尺(为正常情况的114建筑札械70%80%),降低钻压,增加回转次数(为正常情况的1.11.2倍)等措施.参考文献1田良锁.膨胀土地区旋挖钻进埋钻事故的处理方法及预防措施【JJ.探矿工程(岩土钻掘工程),2007,(34).2谭现锋,朱学顺.湿式旋挖工法中埋钻事故的处理IJJ.探矿工程(岩土钻掘工程),2005,(32).3贺挨扬.用运动合成法处理钻机”埋钻”事故【JJ.建筑机械,1995,(9).4田公伟,李万伟,缪玉华,等.浅谈在钻孔桩施T中出现埋钻问题的处理方法JJ_吉林地质,2010,(3).
