三一旋挖钻机工法讲堂

三一旋挖钻机工法讲堂(一)旋挖钻机在泥岩地层施工的工法规律(组图) ［编者按］从2011年第1期开始举办“三一旋挖钻机工法讲堂”，本系列讲座内容由北京市三一重机有限公司工法研究院提供。

北京市三一重机有限公司工法研究院自成立以来，在岩石钻进、碎石钻进、易塌方缩颈地层钻进等研究方面取得了突破性进展，也拓展了旋挖钻机对不同地质的适应性，其工法研究成果值得借鉴。

中国改革开放30年，经济快速发展，科技日新月异，基础施工行业以及装备制造业也取得了世人瞩目的成就，高铁战略使中国基础施工企业荣耀国际，装备制造业调整和振兴规划使中国装备制造企业焕发勃勃生机。

可以感受到，基础建设让城市越来越美丽，城市让生活越来越美好。

作为基础施工的先进装备，旋挖钻机有别于其他工程机械产品，在其施工过程中不仅对设备本身的各方面性能有较高要求，施工工法对施工质量和效率有着重要的作用。

北京市三一重机有限公司经过8年多的经验积累，总结了一套应用于各类地质情况的施工方法，旨在提高施工效率，降低运营成本，攻克施工难题，为客户创造更多的价值。

沧海横流，方显英雄本色。

在新的发展时期，北京市三一重机有限公司以成为全球基础施工领域的领导者和最受尊敬的企业为愿景，以提供专业化基础施工整体解决方案承载美好生活为使命，创办了三一工法讲堂，创建一个属于中国基础施工行业的工法和经验交流平台，促进基础施工行业的快速发展，携手共创美好未来。

——北京市三一重机有限公司营销公司总经理三一讲堂：旋挖钻机在泥岩地层施工的工法规律泥岩是泥质岩类的一种，是由粒度小于0.005 mm的陆源碎屑和岩土矿物组成的岩石，属软岩类。

泥岩的成分很复杂，主要是高岭石、伊利石、蒙脱石、绿泥石和混层黏土矿物等。

常见或主要的泥岩都呈较稳定的层状，常与砂岩、粉砂岩共生或互层。

对具有代表性的膨胀性泥岩进行单轴抗压强度试验的结果表明，大部分泥岩的单轴抗压强度值一般处在0.17～9.36 MPa之间，其中大多数在0.2～5.0 MPa之间，并且随着含水量的减小，泥岩的单轴抗压强度值增大。

对旋挖钻机而言，所有的泥岩都可以钻进。

但是由于泥岩的特殊的物理力学性质，在旋挖钻机作业时中若要充分提高钻进效率，则往往需要解决钻进过程中出现的钻具打滑、吸钻、糊钻等不良工况。

而解决这些不良工况的关键在于选用和改制适用的钻具，并根据不同的情况切换到合适的操作方式。

案例分析2010年11月，北方基础工程公司在广东惠州市东江新城房建工程的钻孔作业中所遇到的作业对象就是泥岩地层。

其现场采用三一SY250R型入岩钻机施工，桩径为1.2 m，桩深23 m，要求穿越强风化泥岩入到中风化泥岩。

工法指导前的作业效率为日均成孔6～8根，并且钻齿的磨损现象严重，钻具进尺困难。

用户希望能够进一步提高钻进的速度，并降低钻齿损耗。

问题分析经现场观察发现该工地主要存在两方面原因，一是钻具的布齿角度不合理，角度偏小致使钻齿的齿体和岩层的接触面积过大，导致在钻进中不利于齿尖吃入作业的岩面，并会造成钻齿的齿体被严重磨损；二是该机的机手虽然为熟练操作员，但其一直操作普通型旋挖钻机，对于入岩钻机的操作尚属首次，缺乏入岩钻进经验，对入岩钻机的操作方式和作业地质的特点不甚了解。

泥岩（软岩）加压模式曲线(上):在旋挖钻机正转加压钻进时，加压力视情况需要“时大时小”地交替加压。

泥岩地层干成孔作业时的典型钻渣（下）：在钻具适用、操作得当的情况下，泥岩地层干成孔作业时的钻渣呈现出碎片疏离状，表明钻具的进尺效果较好。

解决措施在问题分析的基础上，针对性地对在用钻具的钻齿进行了布置优化，将齿角由45°改大为53°；现场对机手进行了操作指导，并从入岩理论上让操作手理解并掌握不同地层的加压方式和钻具旋转速度的特点。

入岩旋挖钻机采用的是动静耦合加压模式。

对于泥岩而言，其强度较低，动载效应对硬度等力学指标的影响比硬岩要显著得多，故不宜采用冲击方式，而应采用压入回转、高速切削的操作方式来破碎钻进。

由泥岩（软岩）加压模式曲线可以看出，在旋挖钻机正转加压钻进时，加压力视情况需要“时大时小”地交替加压。

解决效果经工法指导后，在相同地层、相同桩径、相同桩深的条件下，由日均成孔6～8根桩提高到每天可成孔10～12.5根桩，钻齿损耗和油耗也大为降低。

工法小结针对泥岩地层，只要采取的工法得当，顺利且高效地完成旋挖钻进是可以达到的。

而提高钻进效率的措施一般从三个方面着手：调整钻机的操作方式，更换适用的钻具，优化钻齿的布置。

在钻具适用、操作得当的情况下，泥岩地层干成孔作业时的钻渣会呈现出碎片疏离状，表明此时钻具的进尺效果较好。

在旋挖钻孔施工中，拥有一台高质量的钻机很关键，但是及时、高水平的工法技术支持也很关键，两者相结合才能实现经济效益的最大化。

（北京市三一重机有限公司工法研究院水俊峰王磊高春华）三一旋挖钻机工法讲堂（二）厚回填土地层的旋挖钻机施工工法/QK/98252X/201102/36805160.html三一旋挖钻机工法讲堂(三) 易打滑地层的旋挖钻机施工工法/Article/CJFDTotal-GCJW201105061.htm三一旋挖钻机工法讲堂(五)旋挖钻机在大直径深孔桩水上施工的工法探索讲解人：北京市三一重机有限公司工法研究院宋武超肖茹鹏随着重大基础设施建设的不断发展，跨越江河湖泊以至海洋的水上施工项目也越来越多。

在桩基础施工项目中，采用循环钻机或者冲抓钻机等形式进行水面施工的案例已经很多，但是采用旋挖钻机进行水面钻孔作业却鲜见报道。

其主要原因在于，这种水上施工项目中的桩基础设计形式多数都是大直径、深孔桩，旋挖钻机在进行该类桩的施工时，要面临钻机扭矩、钻杆规格、钻具形式以及钻孔护壁等各种因素的限制和考验，因此目前国内采用旋挖钻机进行大直径深孔桩水上施工的案例尚不多见。

作为2010年桩基础施工行业的一项盛举，由中铁大桥局承建的安庆长江铁路大桥桩基工程采用了三一SR360Ⅱ型旋挖钻机作为施工设备。

施工过程中，该旋挖钻机攻克了4项主要施工难题，保证了工程的顺利实施。

旋挖钻机在大直径深孔桩水上施工的工法探索工程概况安庆长江铁路大桥是由中铁大桥局承建的作为宁安城际铁路的标志性工程，是南京至安庆城际铁路和阜阳至景德镇铁路的重要组成部分，也是宁安城际铁路的控制性工程。

大桥全长近3 km，其中主桥长1.363 km，主跨长580 m，该基础工程的地质分布为粉细砂、微胶结砾石层、中风化和微风化泥质粉砂岩层、泥岩层，如此，复杂的地层情况为项目施工带来了前所未有的困难。

此工程5号、6号、7号墩台基桩设计直径为2.5 m，桩长80 m左右，自2009年3月20日开工，计划2013年5月31日竣工，工期约50个月。

作为中铁大桥局集团的重大工程项目，施工现场汇集了国内多家知名厂商的大型旋挖钻机。

问题分析旋挖钻机施工效率低以及成孔质量不高的问题原因主要是地层复杂。

以5号承台为例，该处的地质情况为：深度12～38 m为河床冲积泥砂，其中砂粒以粉细砂为主，钻进时易受扰动而悬浮在孔内；深度38 m以下为强风化-中风化砂质泥岩、泥质砂岩互层；在深度40 m、54 m、70 m处均有硬砂岩夹层分布，局部有砾岩层分布，砾石直径小于30 mm，砂岩夹层及砾岩层厚度大都在1 m左右。

根据这种地质结构，旋挖钻机的施工难点主要体现在以下4方面。

上部砂层易塌孔这是江河水面下地质的通病，该工程地质情况表层泥砂很厚，较松散且含水量大，施工过程中易产生塌孔事故。

钻进困难考虑到孔深的要求，钻机只能配置摩擦钻杆，而摩擦钻杆是靠钻杆键条之间压紧后的摩擦力传递下压力的，随着孔深的增加，所传扭矩和加压力随其每节逐层伸出会有耗减，加压力和扭矩不足可能导致打滑、钻进困难，施工效率降低。

扭矩输出不足在硬岩层中进行直径2.5 m的桩孔施工对动力头的扭矩有很高的要求，如扭矩不足则易产生动力头“憋死”、发动机熄火等现象，如果一次成孔动力头扭矩输出不足以破坏硬岩层，则需要采取分级钻进的方法。

控制钻孔垂直度度在泥岩、泥质砂岩等沉积岩中进行深桩孔施工时，由于沉积岩存在夹层软硬差异的情况，极易产生孔斜。

解决措施针对该工程施工中可能遇到的问题及难点，三一工法研究院做了如下应对方案：①在钻机配置方面，为三一SR360Ⅱ型旋挖钻机配套了特制的加重摩擦钻杆、加重型捞砂钻斗、扩孔用嵌岩筒钻以及捞砂钻斗。

②施工前，将水、膨润土、碱、纤维素按照1000∶80～100∶3～5∶2的比例配置泥浆，充分搅拌，并静置24 h以上，待泥浆稳定后方可使用。

按此法配制的泥浆，孔外密度达到1.09，黏度26s，满足了上部砂层护壁要求。

③为防止钻进时打滑钻不进，针对该工程配置特制摩擦钻杆，以此保证深孔施工钻具对地层能起到足够的破碎压强。

该钻杆芯杆加重，钻杆总质量达到19.5 t。

④为防止钻机在钻进硬岩层时出现扭矩输出不足的情况，如果一次成孔困难，可采用分级钻进方案，即先用加重钻斗钻进，然后用特制扩孔嵌岩筒钻扩孔至2.5 m，最后用特制捞砂钻斗捞取松散钻渣。

⑤针对沉积类岩石中多含软硬不均夹层的情况，采用特制加重型捞砂钻斗靠自身质量钻进和特制扩孔嵌岩筒钻直筒导向的方案来防止钻孔倾斜，最终保证桩孔的垂直度。

解决效果三一SR360Ⅱ型旋挖钻机顺利地完成了5号承台的施工。

从开孔至终孔不分级钻进，一次成孔，平均成孔时间35 h，垂直度偏差最小0.38 m。

此次施工高效、优质，最大限度地节约了墩台基桩的施工成本。

工法小结在安庆长江大桥的施工过程中，合理选用钻斗斗齿和布齿的角度对钻机顺利实施钻进起到了非常重要的作用。

三一工法研究院在前期对工地进行调研时发现，其他钻机均使用普通斗齿，这种斗齿强度较低。

为适应这种水下复杂地质的情况而应换用强度大、耐磨损的钻齿。

市面上大部分钻齿前角均在45°左右，适当增大齿前角可以避免打滑，增大钻齿对较硬地层的切入能力，但同时也可能增加钻齿以及齿座折断的风险，由此导致频繁换齿、补齿也会影响到施工效率，因此布齿时应将前角适当调大。

据统计，其他钻机平均每孔耗齿为20个，而三一SR360Ⅱ型旋挖钻机平均每孔只需更换4～6个齿，齿座基本无需更换，为钻进节省了成本和时间。

三一旋挖钻机工法讲堂（六）旋挖钻机在喀斯特地貌地层钻进/qk/98252X/201107/3 8765572.html三一旋挖钻机工法讲堂(七)钻孔扩底灌注桩是在普通灌注桩基础上发展起来的一种新桩型，通过在桩底形成一个扩大头，来增大桩端的有效承载面积，从而提高桩端承载力。

概况而言，钻孔扩底灌注桩工法是把按等直径钻孔方法形成的桩孔钻进到预定的深度后，换上扩孔钻头，撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切削地层以形成扩大的孔底，待成孔后放入钢筋笼，灌注混凝土形成扩底桩以获得较大承载能力的施工方法。