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多功能钻孔机及其施工工艺

时间:2016/11/14 16:39:27  作者:安国明  来源:摘自第六届深基础工程发展论坛论文集  

  摘   要:本文简要介绍了多功能钻孔机的功能、结构特点、各种功能的施工工艺及国内外发展概况,多功能钻孔机功能之一的套管钻机咬合灌注桩的施工工艺和施工案例,全套管全回转钻机的结构、特点、适用范围及配套施工机械对其施工效率的影响。同时,全面阐述了TRD发展的历程、特点、适用范围、施工工艺、国内外发展概况及国内发展TRD工法值得借鉴之处。

  关键词:多功能钻孔机的功能、施工工艺、施工案例;全套管全回转钻机;TRD工法

 

  1.多功能的概念

  所谓多功能即一机多用,也就是在同一台主机上,根据施工(工艺)工法的要求,装设不同的可更换的多种工作装置。

  就工程机械来讲,多功能一词最早出现在前苏联“土方机械”教科书中,其中一章讲的是“万能式单斗挖掘机”,也就是多功能的意思。所谓万能式单斗挖掘机,实际上可更换的工作装置也只有近十种。如:正产、反铲、索铲(拉铲)、刨铲、起重、钻孔、夯实(强夯)、打桩等(见图1、2)。

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图1 机械式单斗挖掘机

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图2 机械式单斗挖掘机工作装置

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图3 宝峨BG20系列

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图4 土力SR90系列

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图5 日本利根MPD—TMX深搅拌机

  2.多功能钻孔机的功能

  以意大利土力公司制造的SR-80为例(见图6),在主机上可以更换如图所示的各种不同的工作装置,进行各种不同的施工作业(见图7)。

  如:LDP(大孔径钻孔桩),最大钻孔直径可达2000mm;

  CFA(长螺旋钻孔桩),最大钻孔直径可达1200mm;

  CAP/CSP(全套管桩/全套管咬合桩)钻孔直径为800mm;

  DW(连续墙抓斗)施工墙厚500~1000mm,墙宽2000~3000mm;

  扩底桩设备,最大扩底率可达7.0倍左右。

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  图6 意大利土力SR—80多功能钻机

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图7 SR-80 钻机可配置的施工设备(例)

  3.多功能钻孔机适用范围

  多功能钻孔机适用范围比较广泛,除挤土装置外均可适用于松软地层,砂卵层,黏土地层,坚硬的岩石层(有资料显示可达80MPa)及透水性较高的非粘性地层等钻孔成桩的施工。

  施工垂直精度根据配置的工作装置不同而异,以全套管钻孔机为例,施工精度可达1/500(见图8)。

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  图8 某施工工程的地质条件

  4.多功能钻孔机的结构(例CAP/CSP)

  多功能钻孔机的结构主要由主机(行走机构、底盘)、桅杆(导杆)、桅杆升降机构、卷扬机构、旋转驱动机构、排土机构、控制系统、钻具(钻杆、钻头装置等)、注浆系统、平衡重等(见图9)。

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图9 多功能钻孔机的结构

  4.1. 主机(底盘)即行走机构

  主机由行走机构、回转机构、发动机、液压系统、电气系统、覆盖件、司机室等组成。行走机构为履带式行走机构,国内生产制造的桩工机械多为步履式行走机构。履带式行走机构的最大特点是机动性强,步履式桩工机械或工程机械在国外见到的不多了。

  履带式行走机构的牵引力和行走速度,是一台履带式车辆较为重要的技术性能参数,它直接影响整机的性能。

  履带式车辆设计初期,特别是在方案设计阶段初期,至今延续的教科书介绍是根据整机的估算重量计算牵引力,即牵引力为机重的50%。

  根据统计国外近40种履带式起重机的重量与牵引力的比值显示,平均为65%左右,在统计了近30种履带式液压挖掘机牵引力与机重的比例关系时,其相互的比例也在65%左右,有的更高些(见图10)。

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 图10 主机(底盘)即行走机构

  4.2 导杆升降机构

  导杆(或称桅杆)升降机构的形式,概括分为斜拉杆形式和四连杆机构形式。

  (1)斜拉杆式的升降机构形式是由升降油缸+多节钢管组成(见图11左)。

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图11 导杆升降机构

   升降油缸的一端铰接在回转平台上,油缸的另一端与多节钢管的一端连接,而多节钢管的另一端与导杆(桅杆)铰接。该种结构形式的优点是,结构简单,但导杆拆装时需要起重设备辅助。如日本三和机材的SMD型双动力钻孔机。

  (2)四连杆机构形式目前被广泛地采用在钻机上,其结构形式较多。该种形式的最大优点是,在施工时可调整导杆的倾斜角度,并可与主机整体运输(见图11中、右、图12)。  多功能钻孔机及其施工工艺

图12 整机运输状态

  4.3 卷扬机构

  卷扬机的主要功能是,套管及螺旋钻的加压和提升,蛇形排土管的升降。

  卷扬机的布置因制造厂家而异,有的布置在车体上,有的布置在桅杆上(见图13)。

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 图13 卷扬机构

   4.4 驱动机构

  驱动机构主要指驱动套管和螺旋钻旋转的机构,即钻孔螺旋钻所需要的动力和套管所需要的动力。螺旋钻的驱动设置在上部,套管的驱动设置在下部,全部采用液压马达+减速机驱动。驱动机构与螺旋钻及套管的连接采用万向节连接,有的采用法兰盘连接(见图14、15)。

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  图14 驱动机构

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 图15 DKS 150/300型旋转驱动装置的动力特性

  4.5 套管及螺旋钻

  外部套管(钢管)由三部分构成,即上部驱动装置、钢管和下部装有切削刀具的圆筒组成,三者焊接连接。下部圆形筒上装有切削刀具,切削刀具的形状大致分为圆头形、铲斗形及带有圆头形刀头的滚轮形(见图16)。

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图16 套管、螺旋钻及切削刀头

  三种刀具根据不同的地质状态选取,铲斗形刀具或硬质合金刀具多使用于硬度为35MPa以下的地层,圆头形刀具多使用于80MPa左右的地层,滚轮形刀具一般多使用于100MPa左右的地层。外部套管的长度取决于桩的长度(见图17)。

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 图17 刀具

  螺旋钻的功能是在地下成孔,螺旋钻的结构比较简单,由钻杆、螺旋叶片和钻头组成。对螺旋钻的要求是,钻杆要具备一定的刚度、螺旋叶片要耐磨、钻头根据地质条件选取不同的形式。

  螺旋钻设置在外套筒的内部,长螺旋钻由上部螺旋钻杆和下部螺旋钻具构成。上部螺旋钻杆与驱动装置连接,上下部螺旋钻的连接采用四角形或六角形,并用销轴固定。上下螺旋钻的钻杆为内空式,内空直径根据螺旋钻外径不同而异,一般内空直径为100~150mm。设置内空的目的是为了灌注混凝土(见图18、19)。  

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图18

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 图19

  图19左图表示的是螺旋钻与套管内径的相互关系。参考例,D1:1000mm,D2:740mm,D3:216mm。

  图19右图是某一制造厂家对螺旋钻参数的分析简图,图中说明了螺旋钻的钻进速度与螺旋钻螺距的关系。但从图中所表示的数据可以看出,分析的数据不止此项。

  螺旋钻的扭矩、螺旋钻的转速、螺旋叶片的螺距(升角)三者的优化设计匹配会给提高钻机性能、降低制造成本带来一定的好处。

  4.6 排土机构

  螺旋钻在钻进的过程中将切割下来的松散土砂沿螺旋叶片被输送到上部的排土斗内,经排土斗输送到蛇形排土管内,排送到地面或运输车辆上。为防止排送的松散土砂粘附在螺旋叶片上而在螺旋钻的最上端安装了清土器,蛇形管随钻进深度用卷扬机调节蛇形管的长度(见图20)。

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图20 排土机构

  4.7 注浆系统

  螺旋钻成孔后,地面上的混凝土输送泵将混凝土经蛇形导管注入到螺旋钻杆内,螺旋钻边提升边将混凝土由螺旋钻杆底部的孔注入到成孔内(见图21)。

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图21 注浆系统

  4.8 扩孔装置

  扩孔可分为两种形式,即单纯扩底和连续分段扩孔,后者所形成的孔成为节桩式或称为葫芦桩式。

  扩底所使用的装置分为两种形式,一种是单纯的扩孔,另一种是边扩孔边清理残留在孔底上的松散土,以保持扩孔底部无虚土,以提高单桩承载力(见图22、23),最大扩底倍率为7.29倍。

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图22

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图23

   节桩或称为葫芦桩的扩孔装置(或称设备)形式繁多,有机械式和液压式。

  机械式扩大机构是利用螺旋钻的正反转使扩大翼闭合。液压式是利用液压机构使扩大翼闭合(见图24)。

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图24

  4.9 挤土装置

  挤土装置的工作原理是使用特殊的工作装置,在向地下贯入的过程中将泥土压密并挤移到旁侧(圆周)。挤土装置主要适用于松软地层。

  挤土装置有两种形式,一种是双锥滚轮式,另一种是圆锥体式(见图25)。

   

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 图25 挤土装置

  4.10 平衡重

  平衡重是调节整机稳定性重要部件之一,平衡重的增减可以调节。对于多功能钻孔机,特别是装设双动力套管钻机时,平衡重的配置尤为重要,平衡重如果调节不当,整机可能会产生失稳现象,特别是施工中遇到岩层,需要对套管加压时,失稳现象时有发生。

  在施工过程中为了防止上述现象出现,除在整机设计阶段根据不同的工况计算整机的稳定性外,在套管和履带之间增加了一支可伸缩的支撑,可杜绝整机失稳现象(见图26)。

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 图26 平衡重

  4.11 数据库管理记录系统

  该系统主要功能是实时地监控、掌握、记录施工中出现的各种数据。这些数据反映在司机室内的显示屏上,其目的是掌控施工中的状态,以保证发挥机械的最大功能和保证施工工程的质量。

  数据库管理记录内容包括:动力装置(发动机转速、功率),钻孔性能(钻进深度、钻进速度、垂直精度),螺旋钻、套管参数(转速、扭矩、加压力、提升力),注浆参数(混凝土输送量、混凝土输送速度、混凝土压力)等(见如图27)。

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  图27 数据库管理记录系统

5 国内外典型多功能钻孔机概况
5.1 SR—100(意大利土力公司) 多功能钻孔机及其施工工艺

 图28 SR100全套管钻孔机

  SR100全套管钻孔机技术性能参数如下:

  套管额定转矩:448kNm

  套管最高旋转速度:11.6rpm

  最大钻孔直径:1200mm

  最大桩深:27m

  套管最大钻深:21m

  套管提升力:440+400kN(包括卷扬机提升力)

  工作质量:150000kg

 5.2 C850NG(意大利Casagrande)

  多功能钻孔机及其施工工艺

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 图29 意大利Casagrande C850 NG全套管钻孔机

  C850NG全套管钻孔机技术性能参数如下:

  发动机功率:480KN

  螺旋钻钻进深度:24500mm

  套管钻进深度:18600mm

  螺旋钻卷扬机提升力:800kN

  最大行程:25500mm

  最大绳速:20m/min

  套管卷扬机提升力:400kN

  最大行程:19100mm

  最大绳速:40m/min

  套管最大转矩:421kNm

  最大转速:18rpm

  桅杆前后倾斜度:±4°

  工作质量:140000kg

  爬坡能力:47%

  5.3 RG25S(德国BAUERGroup)  多功能钻孔机及其施工工艺

 图30 德国BAUER Group RG 25S

    RG25S技术性能参数如下:

  最大钻孔深度:23.5m

  最大钻孔直径:1000mm

  上部双驱动装置型号:DKS150/300、DKS150/300

  特性外套管

  最大扭矩:274kNm

  最大转速:22rpm

  螺旋钻

  最大扭矩:152kNm

  最大转速:29rpm

  总重:10063kg

  5.4 DBA200(德国LIEBHERR)

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  图31 德国LIEBHERR DBA200套管钻孔机

  利普赫尓生产的套管钻机有三种型号,即DBA80、DBA200和DBA300型。

  LIEBHERR套管钻孔机主要性能参数:  

型号

最大转速(rpm

最大扭矩(kNm

最大相对滑动调整范围(mm

套管

螺旋钻

套管

螺旋钻

DBA80LRB125

1836

2448

8040

6030

±150

DBA200LRB155

714

1530

19698

9849

±150

DBA300LRB255

1023

1429

300128

15072

±350

型号

最大钻孔深度(m

最大钻孔直径(mm

 

DBA80LRB125

13

610

DBA200LRB155

17

750

DBA300LRB255

18

900

  注:最大相对滑动调整范围是指使用滑动油缸调整套管与螺旋钻之间的相对距离。

  5.5 SMD-240H-P型双动力钻孔机(日本三和机材)

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图32 日本三和机材SMD-240H-P型双动力钻孔机 

SMD-240H-P型双动力钻孔机技术性能参数:

 

电动机

90kW×2

性能参数

螺旋钻转速(rpm

50Hz

内侧

19.513.0

外侧

7.34.8

60Hz

内侧

23.515.6

外侧

8.75.8

切削扭矩(t·m

50Hz

内侧

9.013.5

外侧

24.236.3

60Hz

内侧

7.511.3

外侧

20.130.3

质量(t

15.3

 5.6  SWSD3618强力多功能钻机(山河智能)

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 图33 山河智能SWSD3618强力多功能钻机

  SWSD3618强力多功能钻机参数如下:

  发动机功率:194kW×2

  套管扭矩:360kN•m

  螺旋钻扭矩:180kN•m

  整机最大质量:150t

  5.7 SZ80-35液压多功能钻机(金泰)

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  图34 金泰SZ80-35液压多功能钻机

  SZ80-35液压多功能钻机技术参数如下:

  电动机功率:4×110kW

  套管最大扭矩:600kN•m

  套管转速:5rpm

  螺旋钻最大扭矩:360kN•m

  螺旋钻转速:8~25rpm

  6.多功能钻孔机的施工工艺

  6.1 全套管咬合钻孔桩施工工艺

  6.1.1 全套管咬合桩施工概要

  全套管咬合桩是在桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑围护结构。桩的排列方式为不配置钢筋并采用超缓凝素混凝土桩(A1和A2桩)和一条钢筋混凝土桩(B1桩)间隔布置的整体连续防水、挡土围护结构。

  注:A1、A2、B1或称为1、2、3桩。

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 图35 咬合桩钻孔施工顺序示意图

  6.1.2 全套管咬合桩施工顺序

  (1)设置导墙;

  (2)使用套管+螺旋钻钻机钻A1孔,当达到设计孔深后,边拔套管和螺旋

  钻的同时由螺旋钻杆内孔注入混凝土;

  (3)以与顺序2同样的方式钻A2孔;

  (4)待A1和A2孔内的混凝土初凝后,钻A1和A2之间的B1孔,同样边提升边注入混凝土,然后插入钢筋笼或型钢;

  (5)重复(2)~(4)的施工顺序,即完成咬合桩的施工。

  6.1.3 全套管咬合桩控制要点

  (1)控制孔口定位误差

  在地面上钻孔咬合桩桩顶以上设置钢制导墙(导墙的形状根据围护结构的形式而异),以保证桩的施工位置的准确性和桩的垂直度。钢制导墙的直径一般比桩径大20~30mm。钻机就位后对准桩芯,调整钻具(外套管)的垂直度。

  (2)成孔过程中实时监控外套管的垂直度

  ①实时察看钻机驾驶室内视屏的显示数据或垂直度曲线。

  ②在地面上可随时用水平尺靠在外套管的壁上测量垂直度。

  6.1.4 全套管咬合桩套管及螺旋钻的动作概要

  (1)提升卷扬机在向下加压时,外套管和内部的长螺旋通过两个动力头的正反方向旋转同时钻进(螺旋钻正转,外套管反转);

  (2)被外套筒内螺旋钻头切削的松散土砂,经外套筒内的长螺旋运送至双动力头下方的排土放出口;

  (3)在外套筒和长螺旋将切削的土砂被排出的同时,边向上提螺旋钻边将混凝土经钻杆中空部向成孔内进行浇灌;

  (4)动力头的设计可使桩与建筑物墙体之间保持最小的距离,使得基坑面积得到最大化;

  (5)小直径桩的钻孔直径305~800mm,钻孔深度10~23m,大直径桩的钻孔直径600~1200mm,钻孔深度12~28m。

  6.2 挤土桩施工工艺

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 图36

    (1)挤土装置在向地中钻进的过程中边旋转边向下加压,将土砂挤向钻孔的周围使土砂密实;

  (2)当挤土装置钻进到设计深度时,用混凝土输送泵将混凝土经挤土装置的中心孔灌注到孔内;

  (3)提升挤土装置的同时继续灌注混凝土;

  (4)挤土装置全部由孔内拔出后,贯入钢筋笼或型钢。

  7 全套管咬合桩施工案例

  7.1 宝峨BG咬合桩的施工案例

  2005年8月,地址:斯里兰卡科伦坡

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 图37

  7.2 咬合桩墙平面图 

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图38

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图39 工程概要及地质状况

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图40 导墙结构

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图41 导墙钢模

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图42 导墙定位、灌浆

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图43 拆除钢模、连续制作导墙

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图44 放置木撑及回填

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图45 钻孔

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图46 接套管

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 图48 灌注混凝土、拔出外套管(施工结束)

7.3 咬合桩的结构及相关尺寸

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  图49咬合桩的结构及相关尺寸

  图49中d:桩径,I:相邻桩芯距,dcage:钢筋笼直径。

7.4 桩径、套管及钢筋笼相互关联尺寸  

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图50 桩径、套管及钢筋笼相互关联尺寸

  图中,桩径:880mm,套管内径:800mm,套管壁厚:40mm,钢筋笼外径:740mm,竖筋直径:32mm。

  7.5 某地下圆形车库施工案例

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图51

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图52

  图52为北京四季常绿科技有限公司,引进意大利TREVI集团的地下智能停车场的车库断面图。

  地下7层,每层12个车位,共计84个车位,存取车辆所需时间平均45秒。

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 图53 福州观凤亭地下智能停车库断面图

  咬合桩维护结构直径:20m,桩总数:118根,桩径:800mm,桩长:25.57m,桩芯距:548mm。

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图54 地下智能车库结构及传动机构

8 咬合桩墙的各种围护结构形式

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图55 挡土承重墙

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图56 圆形围护墙(地下智能停车库)

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图57 地铁竖井

  注:本文参考意大利土力公司、德国宝峨公司、意大利Casagrande公司及日本有关咬合桩施工等的相关资料,其中有关数据仅供参考。

  9 全套管全回转钻机

  全套管全回转钻机是为了灌注桩或清除废桩(地下障碍)而设计的施工机械,套管直径为1000~3200mm,施工方式简单,即在套管回转的过程中将套管压入地下。整机重心低稳定性高,最大机型的回转扭矩可达800t•m。  多功能钻孔机及其施工工艺

 图58 全套管全回转钻机

   9.1 全套管全回转钻机适用范围

  适用于较广泛的地质条件,可施工深基坑的柱列式地下连续墙,清除地下障碍物,切削漂石及切削岩层等。

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 图59

  9.2 特点(以日本车辆宣传资料为例)

  (1)适应广范的地质条件,可切削一般岩层、漂石(硬度137~206MPa)及硬质地层(140~210MPa);

  (2)发动机转速设置成多段式,根据施工时的地质状况、套管直径,可任意设定套管的扭矩、转速、推压力、卡盘夹紧力;

  (3)水平油缸设计成专用的液压系统,施工时可调整套管的垂直精度;

  (4)可遥控操作;

  (5)施工精度高,可达1/500;

  (6)最大施工深度达132.75m。

  9.3 全套管全回转钻机结构

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图60 全套管全回转钻机结构

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 图61 全套管全回转钻机工作原理示意图

T:回转扭矩 Tc:切削扭矩 Tm:套管周面摩擦扭矩

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图62 全套管全回转钻机控制系统示意图

  全套管全回转钻机控制系统示意图中的B—CON机构的特点是,在切削硬度在196MPa以上的孤石时B—CON机构可控制、掌握最合适的切削效率及施加在切削刀头上最适宜的载荷。

  切削时施加在刀头上的力有:套管的质量+主机一部分载荷+滑动油缸的推力。如果套管很长,即使不加压,只是套管的自重也会造成切削刀头的过负荷。在切削孤石的情况下在一部分刀头上由于应力集中会产生过负荷现象。即使套管再短也会产生该种现象。

  根据B—CON机构的程序控制可以调整滑动油缸的压力,调整的压力值与套管的长度、套管周围的摩擦、挤压阻力等无任何关系,对切削刀头经常地给以最合适的载荷并可以防止过负荷。

  9.4 全套管全回转钻机施工体系

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图63 全套管全回转钻机施工时所需要的机械设备示意图

  9.5 影响全套管全回转钻机施工效率的因素之一

  全套管全回转钻机目前在欧洲的施工现场几乎见不到了,其主要原因是施工效率低,而在亚洲由于地质条件的关系仍在使用。就制造厂家来说在日本有三家企业,即日本车辆、三和机材和三和机工,在我国也有几家企业在制造。

  全套管全回转钻机最大的优势是造价低,普及率较高,但施工效率较低。施工效率较低的主要因素除自身的原因外,与全套管全回转钻机配合施工的履带式起重机的能力也不相匹配。施工中如使用260型全套管全回转钻机施工时,一般多配100吨位的履带式起重机,抓取套管内的土砂,目前国内生产制造的100吨位的履带式起重机(以某一企业制造的为例)基本参数如下:

  发动机功率183KW,钢丝绳单绳拉力13~15t,单绳绳速(计算值,不计各种效率)70m/min。

  而日立、住友生产制造的100吨强力履带式起重机,发动机功率260KW,钢丝绳单绳拉力25t,单绳绳速100m/min。

  与国内生产制造的同吨位的履带式起重机相比较,在起重能力及起升速度上都有一定的差距,因此这也是影响施工效率的因素之一。(此为本人的浅见)

  10 TRD工法(TrenchcuttingRe-mixingDeepwallmethod)

  10.1 概要及特点

  TRD工法是在原位置建造具有防渗止水、挡土、支护等性能的等厚度地下连续墙施工方法。

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图64 TRDⅢ机外形

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 图65 TRDⅢ机外形尺寸及机构简图

  TRD工法的特点:

  特点1—整机稳定性

  TRD机的重心设计较低,整机的地上高度不超过12m,地上高度与切削沟槽的深度无关,同时切削箱体在建造墙体时经常插入地中,故而整机稳定性好。

  特点2—施工精度高

  成墙墙体的直线性、垂直度极佳。建成墙体的垂直精度可达1/100~1/500,透水系数可达1×10-5cm/sec~1×10-7cm/sec,无侧限抗压强度达0.1MPa~3MPa,可实现高精度施工。

  特点3—适应性强、施工成本低

  可切削硬质地层(砂砾、泥岩、硬黏土层、软岩等)。型钢的插入在满足设计要求的同时可任意布置,节省了钢材、缩短了工期,可降低了施工成本。

  特点4—成墙质量均质

  本工法在地下成墙时可在垂直方向同时进行全土层的混合•搅拌,可使原位置地层的土质及强度互相重叠,在垂直方向也可建造成均一强度的墙体。

  特点5—高度连续性

  成墙后的墙体无任何错位、接缝现象,墙体表面平整,墙体连续,止水性高。

  TRD工法虽然施工中成墙质量高、墙体直线性好、施工效率高,存在的问题是,由于TRD机的结构限制不能进行直角形墙体的连续切削,因此对于多边形墙体施工其施工效率较低。

  10.2 TRD工法适用范围

  使用于建造挡土墙、止水墙、地基改良、防止污染扩散、江河堤防的护坡等(见图75、76、77)。

  

多功能钻孔机及其施工工艺

 多功能钻孔机及其施工工艺

 多功能钻孔机及其施工工艺

 

 图66 TRD工适用范围

  10.3 TRD工法与SMW工法的比较

  (1)施工高度

  多功能钻孔机及其施工工艺

 图67

  SMW工法整机高度随施工深度而增高。高度增高施工时,整机失稳的可能性较大。

  TRD工法机施工时地面以上的高度与施工深度无关,高度保持一定,施工深度的增加只是增加地下连接切削箱体的数量。

  芯材(钢制、混凝土制品、密封材料等)间隔可任意设置。

  多功能钻孔机及其施工工艺

 图68

  芯材的插入在满足设计要求的前提下可任意布置,节省了钢材、缩短了工期,可降低了施工成本。而SMW工法的芯材设置之能设置在桩内。

  (2)墙体垂直精度高

  多功能钻孔机及其施工工艺

 图 69

  切削箱体内配置有多节倾斜计,可随时监视切削箱的倾斜度,以保证墙体高的垂直精度。即使进行大深度施工,Y方向垂直度偏差仅为墙体深度1/500~1/100。

  而SMW工法当施工较深时,桩的下端将会出现偏移现象,防渗性能较低。

  (3)墙体质量均一

  多功能钻孔机及其施工工艺

 图70 (质量、强度)变动系数

   TRD工法与SMW工法在相同地质条件下施工时,成墙后的墙体质量、无侧限抗压强度两工法相差较大。TRD工法的变动系数为28.1%,而SMW工法的变动系数为61.8%。

  (4)两种工法成墙后的墙面比较  多功能钻孔机及其施工工艺

 图71

  施工后的TRD工法墙面光滑,SMW工法墙面凹凸不平。

  (5)TRD工法施工方法  多功能钻孔机及其施工工艺

 图72

  TRD工法的施工方法根据施工深度、施工条件不同可分为三种施工方式,即一步成墙方式、二步成墙方式和三步成墙方式。

  成墙深度较浅(<15m)时多采用一步成墙方式,当直角搭接成墙时采用二步成墙方式,成墙深度较深(>20m)时,考虑成墙后的质量,一般采用三步成墙方式。本文以三步成墙方式为例简介施工顺序:

  ① 施工开始(接续前日的施工)

  由开始位置TRD机向后方横行,同时注入切削液(水,膨润土或添加剂);

  ②向后方横行至前日成墙的位置,与已成墙体搭接切削(搭接长度300~500mm),注入固化液(水泥浆或添加剂);

  ③搭接部位的成墙及向前切削地层

  向前切削地层时注入切削液;

  ④返程搅拌

  TRD机向后横行进行切削后的搅拌;

  ⑤向前横行注入固化液成墙

  需要时插入芯材;

  ⑥施工结束

  施工结束可分为二种形式,即:当日的施工结束和全部的成墙施工结束。当日成墙结束的施工方式是,需要TRD机再向前横行切削一段长度,然后TRD机向后横行3m以上停机,待次日继续施工。

  成墙全部结束时将切削箱体全部由地下拔出。

  10.4 TRD工法国外发展概况

  TRD工法及TRD机是日本在1993年研发的在地下成墙使用的施工机械及施工方法。研发的契机是,1993年以前在日本某一施工工地使用SMW(即三轴钻)工法施工深度约40m防渗墙时发生了整机倒塌现象,对此日本北辰工业株式会社研发了TRD35型(即后改称为TRDⅢ)。而后由日本神户制钢在神钢生产制造的履带式起重机的基础上生产制造了,TRDⅠ、TRDⅡ、TRDⅢ、低头TRD机以及可切削斜坡的TRD机。

  1993年~2014年累计施工件数为630件,施工面积(长×深)340万m2。生产制造台数约40台,目前已完成新型TRD机的制造。  多功能钻孔机及其施工工艺

 图73 TRD工法国外发展概况

  10.5 国内发展概况

  国内最早宣传TRD工法是在2002年的一次施工年会上。2009年9月杭州大通、上海广大基础工程有限公司先后引进了日本的TRDⅢ型机及TRD工法。

  2008年辽宁抚挖重工研发制造了国产第一台履带式TRD机,即CMD850成槽机;2010年日本的KGF公司联合日本三和机材株式会社和上海振中制造了步履式TRD—E型机;2013年上海工程机械厂制造了步履式TRD—D型机;2013年中国铁建重工公司制造了履带式LSJ60连续墙设备(即TRD机)。

  目前国内已有四家在生产制造不同形式的TRD工法机,虽然各制造厂家制造的TRD机各有不同之处,但基本技术性能参数(如链刀切削力、切削速度、横行油缸的推压力等)及工作机构(链条驱动机构、切削箱体结构、从动轮结构等)几乎完全相同,即完全按照日本TRDⅢ机的技术性能参数和机构设计制造的国产TRD机。

  四家在生产制造的TRD机相互之间不同之处有;①行走机构,即步履式或履带式之分;②切削机构的提升机构,分为液压油缸提升和卷扬机钢丝绳提升;③动力系统分为电力驱动、半电力驱动和完全发动机驱动;④液压系统和电气控制系统不同等。

  从整机结构形式、工作机构的结构形式、基本技术性能参数、施工效率等分析各家大同小异基本相同。

  10.6 值得借鉴之处

  目前TRD工法在日本较为普及,已成为地下工程防渗止水、挡土、支护的主要施工机械。其发展、普及较快的主要因素是:

  (1)有全国性体制的TRD工法协会,会员由施工、机械制造、设计、管理、工程预算等企业组成。

  (2)协会定期组织召开研讨会介绍施工中出现的各种情况,如在泥浆中当添加了其他材料时泥浆的配比及成墙后的质量如何保证等。

  (3)协会收集集中了各企业的施工数据进行分析,总结出相关的资料供施工企业在进行新的工程施工时参考。

  (4)协会掌握工程预算的计算方法,因此施工单价全国基本统一。

  (5)协会组织参观学习TRD施工现场。


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