气举反循环钻机工作原理浅析.pdf

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1、工程材料与设备器EngineeringMatertal&EquIpment气举反循环钻机工作原理浅析祁润平，杨玉勇(京沪高速铁路土建二标项目部十工区，山东德州251100)摘要：为了提高大直径桩基的钻进效率和有效清除孔底沉渣．黄河大桥主桥桩基施工采用了反循环钻机工艺。结合该下程介绍r气举反循环钻机的工作原理，对水中大直径、深桩基施t的设备选型提供一定的参考。关键词：桥梁；钻孑L灌注桩；气举反循环钻机；工作原理中图分类号：U445．31文献标志码：B文章编号：1009-7767(2010)02—0139—04MechanismAnal

2、ysisofAirLiftReverseCirculationDrillQiRunping，YangYuyong京沪高速铁路济南黄河大桥主桥水中1、2号桥墩位于黄河主河道，全部采用钻孔灌注桩基础。考虑到黄河水流流速较快。冬季河道有流冰现象，黄河冲沙40d左右以及夏季洪水期的影响等因素，桩基施工采用浮式平台方案不确定因素多．且墩基础为大直径、超深桩基础．故拟采用同定平台．然后安设大型钻机进行成孔的方法。主桥水中墩采用28根直径2．5m的摩擦桩基础，其中1号墩桩基长95m，设计孑L深达107m。钻孔钢护简直径2．9m，采用震动打桩锤打入

3、河床28m．钢护筒顶标高在钻孑L平台以下30cm。黄河大桥主桥深孔大直径钻孔灌注桩基础，水文和地质条件复杂．施工难度巨大。1钻机选用及其性能1．1设备选型由于钻具结构特征和流体力学动力特点．决定了大直径桩基施工采用正循环体系钻机效率低下和难以清除孔底钻渣。为了提高大直径桩基的钻进效率和有效清除孑L底沉渣．黄河大桥主桥桩基施工采用反循环钻机工艺。根据孔位处地质及水文条件、孔深、施T场地、施T能力等因素，特别是地质条件较为复杂，主要以第四系河流相粉质土为主．其问多夹粉、细、中沙及粉土、薄层黏土或透镜体。其中覆盖层40m以下姜石含量较高，

4、姜石层分布较多。通过综合考虑比选，基于主桥1、2号墩在桩基施工前需先搭设钻孑L平台．为大型钻机施工作业提供牢固、稳定、平稳的环境，所以确定黄河主桥1、2号墩桩基施T选用ZSD250、GF300气举反循环回转钻机，刮刀钻头进行钻孔施T。主桥3、4号墩南于前期开丁较早，且桩位在黄河滩地中，墩位处未作硬化处理，不适合自重超大的大型钻机施T作业，选择了小型泵吸式汽车钻机。本文结合水中墩桩基施工过程．对气举反循环钻机的丁作原理及其在大直径、深桩基施工中的优越性做一些分析。1．2气举反循环钻机性能ZSD250型气举反循环钻机是当前国内使用范围较

5、广且性能先进的钻机之一．其机架钻径1．2～2．5m，标准钻深60m。最大120m。钻机外观见图1，钻机性能参数见表1。图lZSD250型气举反循环钻机1．3钻机各部分构造转盘式钻机是通过转盘旋转或悬挂动力头旋转2010卑$2真(3一)第28毫啼荭焱右川盯139器工程材料与设备EngineeringMaterial&Equipment表lZSD250型反循环钻机性能参数性能参数最大提升力／t100导向架倾角／。25动力头倾角，o45钻杆吊机／t1．0动力头行程／nun2900重载转速drain0～23钻杆长度／mm2400扭矩，l【N

6、·mO～150钻杆质髓／kg420电源3相380V50Hz总功率，kW145整机尺寸／m4．6x4．6x6．4整机质量，t‘茎：嚣}、排渣方式反筹嚣带动钻杆，并传递动力到钻具上。并可通过钻杆对钻具施加一定的压力，增加钻进能力，变更钻头型号可以满足施工提出的各种地质条件要求。转盘式钻机基本构造是将动力系统动力通过变速、减速系统带动转盘驱动钻杆钻进。并通过卷扬机构或油缸升降钻具施加钻压，钻渣通过反循环排渣系统排到泥浆池。多工艺空气钻机对设备配套要求很高．既要求品种齐全性能良好．又要求一机多用便于搬迁。各类机具能方便地组合实施不同的钻进法

7、。气举反循环钻进技术配套主要设备机具包括：钻架、动力头、滑移横梁、钻具(包括钻杆、钻头)、底盘、操作室、钻杆起吊回转装置、空气压缩机、泥浆箱等(见图2)。a)动力头b)空压机c)三翼刮刀钻头图2气举反循环钻进技术配套主要设备机具2气举反循环工作原理气举反循环的理论基础是组合液举同体运动理论和气体浮举液体运动理论。反循环体系以气体为动力介质，以液流体为延升载运介质携带固体颗粒上返．最终完成气、液、固i相混合运动。达到清除钻孔内沉渣、岩屑的目的。首先，自然界中液流体搬动固体颗粒大小的能力与液流体的流速直接相关，即搬动固体颗粒的液流体的临

8、界速度y。将主导反循环体系的排渣能力；其次，气举液流体的能力范同受气液混合比田有效取值范嗣的制约，将控制气举反循环体系的综合系统T艺能力，如钻深能力、功效能力。气举反循环理论最重要的参数为：其一是液举固体颗粒理论，首要的参数就是液流体