全回转套管钻机supertop工法的研究

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1、夹持油缸上层回转马达压拨油缸中层支腿油缸底层全回转套管钻机SuperTop工法的研究王选卓，陈云强，雷卫兵（徐州徐工基础工程机械有限公司，江苏徐州221000）［摘要］介绍全回转套管钻机国外发展状况，简述了全回转套管钻机的工作原理并对SuperTop工法作了详细描述。SuperTop工法适用于大深度硬岩地层施工，研究可为全回转套管钻机施工中的几个关键点提供一定参考。［关键词］全回转套管钻机；SuperTop工法；硬岩地层［中图分类号］TH922［文献标识码］B［文章编号］1001-554X（2014）12-0108-04Researchon

2、SuperTopoffullcasingfoundationdrillingrigWANGXuan-zhuo，CHENYun-qiang，LEIWei-bing1概述有效地防止了地面沉降，防水性好同时节约了成本。这些成功案例证明了我国全回转套管钻机的工法研究已经启动，然而相对目前的主流工法及施工技术，还有很大距离。全回转套管钻机是根据搓管机的工作原理开发的新型施工设备，主要应用于去除复杂地质的地下障碍物，混凝土灌桩施工的铁路建设以及地下水引流、合流的市政工程等。全回转套管钻机的优点在于具有较高的垂直精度、较小的周面摩擦力，可在狭小空间施工等

3、，在日本已经得到广泛的使用。目前日本最大的全回转套管钻机的钻进直径可达3.2m，并已经由横山基础工事公司完成了埋设工法的实际应用，取得良好效果。另外，低空作业全回转套管钻机的研发也达到了很高水平，例如惠比寿机工公司的EMD双发动机系列钻机，最低工作高度为3.6m。国内对于全回转套管钻机的研究还属于起步阶段，2012年我国国土资源部勘测技术研究所借鉴国外先进技术开发了QHZ-2000全回转套管钻机，虽然其主在性能参数并不逊色于国外同类钻机，但在结构和工艺上还存在很多不足之处。国外全回转套管钻机施工工法包括：日车的SuperTop工法、日立的C

4、D工法、三和的SDR工法以及德国LEFFER的RDM工法等。我国从20世纪90年代开始逐渐引进全回转套管钻机进行施工建设，部分国外工法也已经得到成功应用，如2003年7月上海轨道交通4号线发生坍塌事故，SuperTop工法，成功地清除了隧道的地下结构物；2011年在北京地铁4号线中关村车站出入口的施工中，CD工法2全回转套管钻机2.1全回转套管钻机的结构如图1所示，全回转套管钻机水平放置在地面上，整机可以用专业起重机实现移动，其组成主要分为水平调整装置、压拔装置、回转装置和夹持装置4个部分。图1全回转套管钻机的结构［收稿日期］2014-08

5、-19［通讯地址］王选卓，江苏省徐州市经济开区驮蓝山路36号108建筑机械2014.12（1）水平调整装置。水平调整装置由装配在对角位置的4个支腿油缸组成，通过人工操作可以调整套管的倾斜度。（2）压拔装置。压拔装置主要由装配在对角位置的4个压拔油缸组成，通过带动钻机中盘移动进而实现套管的压入和拔出。（3）回转装置。回转装置主要包括钻机中层的驱动齿轮箱、2个回转马达、回转减速机以及传动装置等。（4）夹持装置。夹持装置主要由4个夹持油缸、传动连杆以及楔形夹块组成。工作时夹持油缸推动钻机上层上下移动，通过均布的6个楔形夹块获得横向夹持力，实现套管

6、的夹紧和松弛。2.2全回转套管钻机的施工流程全回转套管钻机工作时主要分为钻进成孔和混凝土灌注成桩两个阶段，具体施工顺序如图2所示。RT-150机型首先提出的，其施工工艺有以下几个特点：（1）采用全回转方式使套管的允许提升力大幅度提高，如果出现套管卡死现象，液压泵会输出一个瞬间高压，通过控制阀使压拔油缸压力瞬间提高，大幅增大起拔力。（2）全回转方式施工是一种环保式作业，在整个过程中不使用泥浆，因此残土的排除是施工的一个重点。国内广泛采用的排土机械主要是冲抓斗，这种设备成本不高、使用简单，通过起重机下放抓斗到桩底取土，还可下放钢筋笼，协助灌注混

7、凝土，工作十分灵活，但在地下水充足的地层取土效率明显下降。另外，旋挖钻机也可作为排土机械使用，在软地层或砂质地层的取土效率较高，但造价昂贵，影响施工效益，因此国内使用频率不高。（3）当套管钻进到硬岩地层时，岩石的破碎直接影响到钻进的整体效率。目前碎石作业主要是采用冲击锤击碎岩石，以减小岩石与套管的摩擦阻力、提高效率。此外，高压水流喷射钻进方法也有所应用，即把高压水管放至套管底部，钻进中喷射高压水流，协助碎石的同时对钻具进行冷却，是一种效率较高的钻进方法。3.2摩擦力的计算在施工前要进行严格的地质调查与勘测，根据勘测数据制定详细的施工方法，选

8、取适当的钻进机械以及钻具等。假设某施工工程的条件为（1）桩径：φ=2000mm；（2）深度：30m；（3）地质条件：0～10m粘土，N=10；-10～-20m淤泥，N=15；-2