岩石旋挖钻进实验

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1、岩石旋挖钻进实验摘要：硬岩钻进一直是旋挖施工的一个的难点，本文以探工所大口径钻具室与三一重机合作的岩石旋挖钻进实践为依据，阐述了实验中所遇到的问题，采取的施工方法和钻进措施；并对问题的解决提出了建议。关键词：硬岩地层，旋挖1引言旋挖施工广泛应用于高层建筑、大型桥梁工程、水利建设等地基桩基础施工工程。由于施工时不可避免的会遇到岩石层，比如入岩桩（入岩深度3-5m），而现在国内还没有针对岩石层的旋挖钻机具，只能使用冲击钻，使得工期延长、成本增加，遇到硬岩时甚至施工无法进行。于是我所大口径钻具室与三一重机合作，针对最新研制的针对

2、岩石层的旋挖钻机与我所研制的旋挖钻具（钻头、钻杆、切削齿）进行实验，在钻进效率，深度，钻孔成型，钻孔保护等方面都达到了良好的效果，在成果展示会上获得了一致好评。2地层特性实验是在北京市房山区周口店某花岗岩采石场进行的，钻进了两个实验孔——Ⅰ号孔、Ⅱ号孔。Ⅰ号孔位于距采石点150m处，地表至1m深为强风化岩，1m以下为90Mpa花岗岩；Ⅱ号孔位居据采石点20m处，地表有3cm的人工填土，人工填土以下为200Mpa花岗岩。由于当地取水困难，两孔均为无水钻进。3施工工艺3.1设备简介根据实验目的选用主要设备：三一岩石旋挖钻机（图

3、1）；双锥单螺旋旋挖钻头（图2）；双平头单螺旋旋挖钻头（图3）；岩石筒钻；土斗。岩石旋挖钻机采用脉冲点加压的方式加压，机架采用行架势结构。图1三一岩石旋挖钻机图3双平头单螺旋旋挖钻头图2双锥单螺旋旋挖钻头3.2钻探施工由于本次实验针对的是硬岩地层，所以在这里只介绍在花岗岩地层中的钻进情况。1)Ⅰ号孔Ⅰ号孔钻井采用组合式钻进：先用螺旋钻头将表面强风化岩破碎，再用土斗清孔达到硬岩地层。硬岩地层首先用岩石筒钻钻进，再由螺旋钻头对岩心进行破碎，然后清孔。螺旋钻头钻进情况如表1所示，钻进速度可达30mm/min。完孔如图4，孔深24

4、00mm，岩层深度1500mm，孔底可以清晰的看到螺旋切削轨迹如图5，台阶高度规则，布齿合理。表1Ⅰ号孔螺旋钻头钻进情况钻具钻进时间（min）进尺深度（mm）切削齿磨损度双锥单螺旋2.540未换齿双锥单螺旋350未换齿双锥单螺旋10240换3齿双锥单螺旋6150未换齿双锥单螺旋10300换2齿图4Ⅰ号孔图5Ⅰ号孔孔底1)号孔Ⅱ号Ⅱ孔先用双平头单螺旋旋挖钻头进行试验钻进，由于接触地面的齿数（12个）较多，导致齿尖压强较小钻进效率并不理想，于是改用双锥单螺旋旋挖钻头进行钻进，压强增大进给效果良好。钻进情况如表2所示，钻进速度在

5、用双锥单螺旋钻头钻进时可达到10mm/min，完孔如图7，由于Ⅱ号孔岩层较硬，所以在钻进过程中产生的振动较大，于是切削齿的轨迹圆度不高，钻孔中心有一定偏差，但从轨迹可以看出锥螺旋钻头布齿合理，螺旋线规则。表2Ⅱ号孔螺旋钻头钻进情况钻具钻进时间（min）进尺深度（mm）切削齿磨损度平头螺旋5100未换齿平头螺旋53未换齿平头螺旋58换3齿平头螺旋52未换齿双锥单螺旋560未换齿双锥单螺旋1045换5齿双锥单螺旋552未换齿图7Ⅱ号孔在使用新型号双平头单螺旋钻头时，发现了在布齿方面的一些问题。其中最主要的问题体现在靠近心轴管的

6、一个齿并没有利用上，最外侧一边两齿间隙太大，而间隙小的一侧最靠外的齿磨损严重。对比两个孔的钻进图Ⅱ号孔，可以发现Ⅱ号孔的钻进效率明显低于Ⅰ号孔的钻进效率，这是由于Ⅱ号孔的岩层要比Ⅰ号孔的岩层硬。4总结本次实验的效果比较理想，在200Mpa硬岩层中钻进速度可以达到10mm/min，比日本车辆公司宣传的200mm/h要快，钻进效率已经能够满足现代施工要求，但同时也出现了两个问题亟待解决。成本问题：由于本次实验采用无水干式钻进，导致截齿磨损速度加快，并且在钻进5-10分钟时要提钻冷却钻头10分钟左右，这样十分影响钻进效率。但在实

7、际施工时，可以往钻孔中注水来冷却钻头，提高效率，降低成本。掉齿问题：在Ⅱ号孔钻进时有个别掉齿现象。经过分析，是由于由于地层硬度高，导致钻头振动，截齿松动脱落，如果截齿掉入孔底，有可能发生卡钻。该问题可以通过改善截齿卡簧的制造工艺来解决，增大卡簧张紧力，使截齿不易脱落，但另一方面会增加截齿的制造成本，也不利于截齿的装卸。或使用一种加长的截齿，齿末端用以卡圈固定，这样方便的解决了掉齿问题。从实验情况不难发现影响硬岩钻进效率的因素，不仅单单是旋挖钻机，更重要的是钻具的性能，包括布齿、螺旋结构、切削齿质量。所以在钻机确定的情况下，

8、选择钻具的好坏就是影响施工效率的关键了。综上所述，旋挖工法在硬岩地层中的应用问题得以初步解决，但在提高钻进效率、提高钻机具使用寿命、深孔硬岩钻进方面还有很长的发展道路要走。