旋挖钻机国内外发展状况及应用前景

旋挖钻机国内外发展状况及应用前景

随着全球经济的高速发展，基本建设范围的持续拓宽，以人为本和保护环境的理念及至相关法津法规实施的不断强化，使桩基础特别是现浇混凝土灌注桩基础几乎取代了其他基础，得到了广泛的应用空间。旋挖钻机因其效率高、污染少、功能多的特点，适应上述综合发展的需求，在国内外的现浇混凝土灌注桩施工中得到了广泛应用。

旋挖钻机的英文为Rotary Drilling Rig，除配置各种回转斗作业外，也要配置短螺旋和长螺旋钻进，安装套管护壁钻进，配合摇管装置和冲抓斗等进行会套管施工；配合伸缩式导杆抓斗进行地下连续墙施工，配合潜孔锤进行硬岩破碎施工；更换作业装置后也可进行旋喷施工和正循环施工；也可以配置液压锤、振动锤、柴油锤等进行其他形式桩基出的施工。

旋挖钻机一般适用粘土，粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层。对于具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，可以适应微风化岩层的施工。为了满足施工要求，旋挖钻机底盘和工作装置的配置具有装机功率大、输出扭矩大、机动灵活、多功能、施工效率高等特点。目前，旋挖钻机的最大钻孔直径为3m，最大钻孔深度达120m，（主要集中在40m 以内），最大钻孔扭矩620kNm。

到90年代末，我国旋挖钻机的拥有量仅为100台左右，2002年，我国进口各种旋挖钻机近百台，截止2003年底，我国旋挖钻机的保有量为350-400台，截止2004年底，我国旋挖钻机的保有量为450-500台。

1、旋挖钻机的发展历史

旋挖钻机是在回转斗钻机和全套管钻机的基础上发展起来的，第二次世界大战前，美国CAL WELD首先研制出回转斗，短螺旋钻机。二十世纪五十年代，法国BENOTO将全套管钻机应用于桩基础施工，而后由欧洲各国将其组合并不断完善，发展成为今天的多功能组合模式。

意大利土力公司首先从美国将安装在载重汽车上和附着在履带起重机上的钻机引入欧洲，动力头为固定式，不能自行安装套管，难以适应硬质土层施工，1960年德国维尔特和盖尔茨盖特公司同时开发了可动式动力头。1975年德国宝峨公司研制了配有伸缩钻杆的BG7型钻机，该钻机直接从底盘提供动力，配置可锁式钻杆实现加压钻孔，钻孔扭矩增大，可实现在紧密砂砾和岩层的钻孔。

日本于1960年从美国引进CAL WELD旋挖钻机，同时加藤制作所开发了15-H型钻机。以后开发了可配套摇管装置和抓斗的钻机，1965年日立建机研制了利用挖掘机底盘装有液压加压装置的钻机，1974年开发了利用液压履带起重机底盘由液压马达驱动的钻机。1980年日立建机与土力公司合作开发了为提高单桩承载力和扩底灌注桩的施工领域。德国宝峨的加入和日立建机与住友建机的联盟进一步促进了旋挖钻机技术在日本的发展。日本的旋挖钻机扭矩比欧洲的同类产品小。

目前国外的旋挖钻机主要生产厂家为：德国：BAUER、LIEBHERR、Delmag、WIRTH、MGF,意大利SoilMec、MAIT、CMV、CASAGRANDE、IMT、ENTEGO；西班牙：LLAMADA。日本：日车车辆、HIT ACHI、住友、加藤；芬兰：JUNTT AN、T AMROCK；美国：APE、Ingersoll-Rand；英国：BSP等。

1984年天津探矿机械厂首次从美国RDI公司引起车载式旋挖钻机。1988年北京城建工程机械厂仿制了土力公司1.5m直径附着式旋挖钻机。1994年郑州勘察机械厂引进英国BSP公司附着式旋挖钻机，1998年上海金泰股份有限公司与宝峨合作组装BG15。1999年哈尔滨四海工程机械公司和徐州工程机械股份公司先后开发了附着式旋挖钻机和独立式旋挖钻机。2001年经纬巨力第一台旋挖钻机试制成功。2003年后三一、山河智能等多家生产厂家的旋挖钻机陆续下线，产销两旺。

目前，国内的旋挖钻机主要生产厂家为：湖南山河智能、湖南三一、徐工、中联重科、徐州东明、北京巨力、天津宝峨、石家庄煤机、连云港黄海、哈尔滨四海、内蒙古北方重汽、宇通重工、南车时代、山东鑫国、郑州勘察等。

根据旋挖钻机的主要技术参数，如扭矩、钻孔直径、钻深、发动机功率、整机质量等，可分为大中小3种类型。

目前国外的旋挖钻机主要分为以欧洲为代表的方形立柱加平行四边形连杆机构的独立式，以日本为代表的履带起重机附着式。

2、欧洲的独立式旋挖钻机具有以下特点：

（1）动力头由一个或多个液压马达驱动，一类为宝峨、永腾为代表，转速较低、没有高速反转。另一类以土力、迈特、卡萨为代表，动力头运转由一至两个大排量变量马达驱动，高速反转由另外一个小马达驱动，还有一类如意马，直接通过行星减速机的换档来实现高速反转甩土。前面两种结构简单，液压配管方便，成本低，后面一种液压管布管复杂，减速机结构复杂，易出故障，造价高。

（2）钻杆分为摩阻式与机锁式。机锁式又分为间断式和齿条式。摩阻式钻杆用于普通地层钻进，机锁式用于坚硬地层钻进。旋挖钻机工作时，钻杆同时承受拉压、剪切、扭转、弯曲等复合应力。欧阳旋挖钻机所遥的伸缩钻杆均采用高强度特殊合金无缝管制造。设计制造都有一些特殊的要求。这样才能达到质量轻，传扭大、耐磨损、寿命长。

（3）立柱采用箱形结构，刚性好，重量轻。滑道多采用耐磨方形无缝管，便于传递大扭矩。立柱支撑机构有三种形式，一种为平行四边形小三角结构，其特点是变幅范围大，可整机放倒，折叠，降低运输高度和长度。缺点是前面重量偏重，稳定性稍差，不能承受超大扭矩。另一种为大三角结构，以宝峨为代表，其特点是结构简单，稳定性好，能承受大扭矩。缺点是运输时要拆开，费时，需要辅助起重设备，第三种以西班牙拉马达公司、意大利安特高为代表，虽然也是大三角支承结构，由于装有辅助起架油缸，整机也能放倒折叠，具有以上两种结构的优点，结构新颖，经济实用。

（4）主卷扬是旋挖钻机的关键部件，根据旋挖钻机的施工特点，在钻机每个工作循环（对孔下钻-钻进-提钻-回转-卸土），

主卷场的结构和功能都非常重要，钻孔效率的高低、钻孔事故发生的几率，钢丝绳寿命的长短都与主卷场有密切的关系。欧洲的旋挖钻机都有钻杆触地自停和动力头随动装置以防止乱绳损坏钢丝绳。特别是意大利迈特公司的旋挖钻机，主卷扬的卷筒容量大，钢丝绳为单层缠绕排列，提升力恒定，钢丝绳不重叠碾压，从而减少钢丝绳之间的磨损，延长了钢丝绳的使用寿命。国外旋挖钻机主卷扬都采用柔性较好的非旋转钢丝绳，提高使用寿命。

（5）底盘分为专业桩架底盘（可横向伸缩，带有后支腿，立柱三点式支承，如BAUER、BSP等）；旋挖钻机专业底盘（横向伸缩式底盘，如SOILMEC、CASAGRANDE、LLAMADA等）；起重机履带底盘（如LIEBHERR等）；挖掘机履带底盘（上车后部加长，立柱下加支腿，工作装置独立，如IMT、WIR TH、MGF等）；汽车底盘（为了提高机动性，主要在城区或要求快速施工的场合使用的，如MAIT、CMV、SOILMEC等。）

可变履带间距的底盘，低重心及配重的可调整设计布置，既保证了整机的稳定性，又满足运输的要求，采用宽履带，降低接地比压及优越爬坡能力，保证了钻机现场转位所要求的机械性能。

（6）机电一体化功能的设计

A、发动机与负载相匹配（降低油耗、减少噪音）的电子控制系统；

B、手动和自动切换，监控立柱垂直度（保证柱孔垂直度）的自动纠缠系统；

C、高精度钻孔倒土回转定位（防止桩孔变形）控制技术；

D、钻孔深度（防止过放钢绳和确认孔深）测量及显示系统；

E、故障（带负载起动，卷扬过卷）检测、报警及信息显示系统；

F、整机工作状态（启动前先自动预检）动画及虚拟仪表显示系统；

G、GPS定位与移动电话数据（快速联络、及时到位）传输系统；

H、成柱过程（提高成桩质量）的反馈显示、记录、打印系统；

（7）适应施工的多种机具配置

3、旋挖钻机一般用于大口径短螺旋和旋挖斗钻孔施工，除此之外，钻机采用的是多用途模块式设计，还配置如下机具施工：

长螺旋（CF A）钻具、全套管与冲抓斗、液压抓斗地下连续墙、液压锤、振动锤等。

日本生产的旋挖钻机主要以附着式为主。实际上它的底盘并不是纯粹的起重机，只是外观像起重机，它的平台、吊臂、液压系统都是根据旋挖钻机的特点设计的。附着式旋挖钻机的最大特点是一机多用（即可作钻机用，也可以做起重机用）作业范围大，并且可以定装扩底装置，缺点是动力头扭矩偏小，不能长距离加压，成孔的垂直度没有独立式钻机好。

国内近年来利用各种方式和途径有消化吸收国外先进技术的基础上，不断创新，相继开发了多种型式的旋挖钻机，如湖面山河、徐工集团等开发的专用底盘旋挖钻机；三一重机、石家庄煤机等开发的挖掘机底盘旋挖钻机。国产旋挖钻机整体水平虽然与国外产品还有一定差距，但主要性能已接近国外先进水平，价格优热明显，所以从2003年下半年开始，国内旋挖钻机市场已经从进口机为主变为已国产机为主。

目前，国产旋挖钻机品种比较单一，大多数产品的扭矩是180-220kNm，用户选择的余地较小，然后，据统计我国80%-85%的桩基础桩径在1200mm以下，深度不超过40m,今后，可发挥旋挖钻机的多功能这一最大优点，不片面强调大扭矩条件，开发适合我们国情，满足施工要求、价格较低的国产旋挖钻机。日本旋挖钻机大多数在100kNm以下就是一个例证。国内进口的很多日本二手旋挖钻机，用户使用的效果也很好。

4、应用前景

混凝土质量的改善，桩基础施工技术的完善，灌注桩承载能力的提高，以及城市环境法规的严格执行，混合物灌注桩几乎取代了其他基础，成为应用最广泛的基础，国内外成孔作业中各种钻孔机（反循环、旋挖钻机、全套管）的比例迥然不同，在国外大直径混凝土灌注桩施工中，旋挖钻机一般占2/3以上，反循环钻机在欧洲市场几乎不再使用，而国内钻孔机产品中反循环钻机的产量点近90%。

旋挖钻机因其具有装机功率大，输出扭矩大，轴向压力大，机动灵活、施工效率高、环保等特点，配合不同钻具，适应我国大部分地区的地质条件，成为适合建筑基础工程中成孔作业最理想的施工机械。近年来，北京地铁、环线路网建设、特别是青藏铁路、奥运场馆、首都机场新航站楼等大型工程的施工中，旋挖钻机高效、环保、效益高的优势得到公认。

随着改革开放的逐步深化，国内市场经济的需求，使得铁路公路水路交通、城市公共设施和工业民用建筑、水利电力设施、港口码头机场的建设全面飞速发展桩基础施工机械潜在的巨大市场已经出现。仅铁路建设方面，2005年我国将再上一批新项目，到2020年铁路建设总投资要超过2万亿元。今年将有数条高速客运专线，如武大、郑西、石太、京津等相继开工，高速客运专线有60%以上为桥梁，桥桩的直径大多适合旋挖钻机施工，这将是继青藏铁路以后旋挖钻机有铁路建设中更大规模的应用。

旋挖钻机及施工工艺在我国北方地区已经得到了很快普及，在南方地区特别是东南沿海发达地区由于地层较软，桩一般较大较深，旋挖钻机成孔困难，目前仍以正反循环钻机为主。实际上旋挖钻机配合一些其他设备也可以在该地区施工，一种方法是旋挖钻机与套管式钻机联合施工；另一种方法是利用我国已广泛使用的振动桩锤沉拔钢护筒在软土地区成孔施工，通过浙大唐乌沙山电厂、宁波金华兰溪电厂、福建宁德电厂等施工证明完全是可行的。

旋挖钻机的大量应用只是在近几年，我们缺乏相应的产品标准，尚未编制旋挖钻机施工规范，没有系统的工法研究，缺少技术培训，基本理论的研究有待深入，旋挖钻机与土木工程及施工工艺结合的非常紧密。研制旋挖钻机的设计技术人员应熟悉桩基础施工，使用旋挖钻机的工程技术人员应了解其工作原理和作业性能，为此，中国工程机械工业协会将和有关科研单位，主机生产厂家及施工部门开展与旋挖钻机相关的（基本结构工作原理、液压技术、机电控制技术、安全规程等）技术培训，施工经验的交流等活动，适时地制定旋挖钻机产品标准及相关标准，推动机械化施工和旋挖钻机产品的发展。