第三节 混凝土防渗墙造孔机械

第三节钻孔机械

1 钢绳冲击式钻机

钢绳冲击式钻机（简称冲击钻）通过钻头向下的冲击运动破碎地基土，形成钻孔。它不仅适用于一般的软弱地层，亦可适用砾石、卵石、漂石和基岩。钢绳冲击钻机结构简单，操作、维修和运输方便，价格低廉。因此，尽管效率较低，仍在我国水利水电和其它行业的中小工程中被普遍采用。

1.1钢绳冲击钻机的技术性能

我国使用的钢绳冲击钻机主要型号有CZ-20、CZ-22（图7-3-1）和CZ-30型等，主要技术性能见表7-3-1。各厂也都有一些改进的型号，技术性能稍有差别。

表7-3-1 常用冲击式钻机的主要技术性能

1.2钻具

1.2.1钻头

冲击钻头可分为十字钻头、空心钻头、圆钻头和角锥钻头等。在防渗墙施工中常用十字钻头和空心钻头（图7-3-2）。空心钻头主要用于钻进粘土层、砂土层和壤土层等松软地层，钻进时阻力小，切削力大，重心稳。十字钻头用于砂卵石层、风化岩层、卵石、漂石以及基岩等。两种钻头的技术参数见表7-3-2，表7-3-3。

图7-3-1 CZ-22型钢绳冲击钻机

1-前轮；2-后轮；3-牵引杆；4-底架；5-电动机；6-三角皮带；7-主动轴；8-冲击离合器；9-冲

击齿轮；10-冲击轴；11-连杆；12-缓冲装置；13-钻进工具用卷筒离合器；14-链条；15-钻进工

具用卷筒；16-抽筒用卷筒离合器；17-齿轮；18-抽筒用卷筒；19-辅助滑车用卷筒离合器；20-齿

轮；21-辅助滑车用卷筒；22-桅杆；23-钻进工具钢丝绳天轮；24-抽筒钢丝绳天轮；25-起重用滑轮

图7-3-2 冲击式钻头(图中尺寸单位：mm)

(a)十字钻头；(b)空心钻头

表7-3-2 十字钻头与空心钻头的技术参数 钻头名称 钻头直径(mm) 底 角(°) 摩擦角(°) 摩擦面宽 度(mm) 水口宽度(mm) 冲击刃角(°) 底刃厚度(mm) 十字钻头 830～850 160～170 10～15 250～300 220～240 60 10～20 空心六角 880～900 140～150 10～15 200～250 180～200 60 10～20 空心八角 880～900 140～150 10～15 170～200 140～150 55 10～20 空心十角

880～900

140～150

10～15

150～170

120～140

55～60

10～20

表7-3-3 钻进不同土质时十字钻头的参数

土 质 冲击刃角α 摩擦面角β 摩擦角γ 底角φ 粘土、细砂 70° 40° 12° 160° 堆积层砂卵石 80° 50° 15° 170° 坚硬漂卵石

90°

60°

15°

170°

1.2.2钢丝刷

又称钢丝刷钻头(图7-3-3)，是用于对墙段接缝缝面进行刷洗，以清除泥皮的工具。一般用废旧十字钻头或工字钻头加工而成。 1.2.3抽砂筒

抽砂筒(图7-3-4)是抽排孔底沉渣的工具。钻机型号和钻孔直径不同，所用抽砂筒的规格也有所不同。

A-A 底视图

底视图

(a)

(b)

图7-3-3 钢丝刷子钻头

1-旧十字钻头体；2-固定拉杆；3-上圆盘；4-钢丝固定压条；5-钢丝穿编龙骨；6-钢丝；7-下圆盘；8-水道口

A-A

图7-3-4 抽砂筒

1-提梁；2-筒体；3-底活门；4-螺栓；5-铰链；6-销轴；7-管靴

1.3施工效率

CZ-22型冲击钻机按进尺计算的钻进平均工效（墙厚0.8m，墙深60m以内）如表7-3-4，可供参考。

表7-3-4 CZ-22型钻机钻进平均工效一览表(m/台班)

地层粘土砂壤土粉细砂砾石卵石漂石基岩混凝土接头平均工效 2.80 3.70 1.50 1.70 1.30 0.80 0.70 2.03

2 冲击式反循环钻机

冲击式反循环钻机适用软土、砂砾石、漂卵石和基岩等多种地层。冲击式正循环钻机国内用得很少。

反循环抽渣方式有泵吸、气举及射流三种。泵吸法一般适用于孔深50m以内的钻孔，此时效率较高。深孔用气举法较好，30m以内钻进效率较差。射水反循环在孔深50m以内效果较好。一般多用泵吸与气举反循环配合使用。

2.1主要技术性能

冲击式反循环钻机的工作原理如图7-3-5。CZF-1200型冲击式反循环钻机的外形结构如图7-3-6。部分国产冲击反循环钻机的技术性能见表7-3-5。

2.2钻头

冲击反循环钻机所使用的钻头有圆型套筒式阶梯钻头、套筒式双层弧板圆钻头、套筒式平底六角钻头和双反弧冲击钻头（图7-3-7）等。

2.3钻进工效

CZF-1200型冲击反循环钻机造孔平均工效见表7-3-6。

图7-3-5 CZF型冲击式反循环钻机工作原理图

1-同步双筒卷扬；2-曲柄连杆冲击机构；3-砂石泵；4-循环管路；5-振动

筛；6-旋流器；7-制浆站；8-储浆池；9-循环浆池；10-钻头；11-排渣管

图7-3-6 CZF-1200型冲击反循环钻机

1-桅杆；2-支撑杆；3-缓冲系统；4-孔口机构；5-操纵系统；6-传动系统；7-主传动轴；8-同步双筒卷扬；9-平台车；10-电动机；11-底盘机架；12-电器箱；13-副卷扬；14-辅助卷扬；15-冲击机构；16-行走系统

表7-3-5 部分国产冲击式反循环钻机主要技术性能

图7-3-7 冲击反循环钻机用钻头

(a)套筒式阶梯钻头 1-吊耳；2-芯管；3-冲击刃板；4-冲击圆环；5-超前冲击刃

(b)套筒式双层弧板圆钻头 1-吊耳；2-弧形冲击刃；3-芯管；4-超前冲击刃

(c)套筒式平底六角钻头 1-吊耳；2-芯管；3-冲击刃板

(d)双反弧冲击钻头 1-吊耳；2-芯管；3-冲击刃板；4-超前冲击刃；5-侧刃板；6-双反弧冲击刃表7-3-6 CZF-1200型冲击反循环钻机造孔平均工效

试验或施工地点地层

桩(槽)孔尺寸

(m)

深度

(m)

纯钻效率

(m/台日)

平均工效

(m/台日)

河南小浪底粉细砂、漂卵石、砂岩0.8×6.8×槽孔68.010.02 6.38

三峡一期围堰风化砂、粉细砂、

块球体、花岗岩

0.8×(4.8～6.8)槽孔平均32.011.527.06

0.8主孔和1.2

付孔各一个

22.015.9611.23

四川冶勒水电站粉质壤土、粘土、

钙质胶结砾岩

1.0桩孔101.4 6.54 4.09

1×5.4槽孔100.0 6.21 2.22

三峡杨家湾码头水上沉桩粉细砂、砂夹块

石、斜长花岗岩

0.8 桩孔15.0 26.1 24.15

昆明新茶花宾馆连锁支护墙人工填土、粘土碎石土、

粘性土夹粉砂

0.9墙厚24.5 45.2 20.0

北京地铁(东单、王府井站)灌注桩砂卵石、亚粘土、细砂 1.25桩孔28.5 14.7 6.33