旋挖鉆機(jī)入巖施工一直是長(zhǎng)期困擾我們旋挖鉆機(jī)施工的一大難題，尤其是中小型旋挖鉆機(jī)的入巖施工更是難上加難。
摘要：旋挖鉆機(jī)入巖施工一直是長(zhǎng)期困擾我們旋挖鉆機(jī)施工的一大難題，尤其是中小型旋挖鉆機(jī)的入巖施工更是難上加難。在四川中風(fēng)化石灰?guī)r層施工，孔直徑φ900mm，成功入巖1000mm，并完整取出巖芯。體現(xiàn)出kr125a的高可靠性，較好解決了中小型旋挖鉆機(jī)難以入巖的難題。
1、中小型旋挖鉆機(jī)入巖技術(shù)難點(diǎn)
中小型旋挖鉆機(jī)入巖一直以來有以下幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：
（1）軸向加壓力?。?br>
（2）自身重量輕；
（3）巖石對(duì)設(shè)備本身沖擊大。
由于旋挖鉆機(jī)軸向加壓力的不足，很難實(shí)現(xiàn)高效的破碎巖石"躍進(jìn)式破碎"的形式
主要有兩方面的原因：
○1巖石是具有各向異性、不均質(zhì)、不連續(xù)的組織物，且?guī)r石位于地底深處，地質(zhì)條件復(fù)雜；○2中小型旋挖鉆機(jī)本身重量小，既要保證中小型旋挖鉆機(jī)的機(jī)動(dòng)和靈活性，又要保證自身的重量能夠承受住巖石的反作用沖擊力，同時(shí)又能保證自己的安全和穩(wěn)定性，這樣對(duì)中小型的鉆機(jī)似乎是一個(gè)挑戰(zhàn)。鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，以及適當(dāng)?shù)氖┕すし?，都?duì)旋挖鉆機(jī)設(shè)計(jì)者提出了一個(gè)新的要求。中小型旋挖鉆機(jī)在這個(gè)方面做出了重大的突破，在四川工地中風(fēng)化石灰?guī)r上施工，孔直徑φ900mm，成功入巖1000mm，巖石單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到30mpa，耗時(shí)是1.2小時(shí)。工法是采用的是筒鉆，利用截齒的研磨或者疲勞破壞，再配備特制的工具將巖芯折斷，并用筒鉆將巖芯完整取出。
2、入巖施工
2013年4月旋挖鉆機(jī)在四川重慶施工，地質(zhì)條件為中風(fēng)化石灰?guī)r層，單軸抗壓強(qiáng)度為30mpa，孔徑φ900mm，要求入巖1000mm，采用的是4×9.5m機(jī)鎖桿，采用的鉆具是帶截齒筒鉆，主要原理是利用筒鉆截齒的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，對(duì)巖石進(jìn)行磨削。如下圖所示。
旋挖鉆機(jī)的加壓施工方式主要采用"恒定加壓與點(diǎn)動(dòng)加壓相結(jié)合的方式"，恒定加壓主要是產(chǎn)生靜載，為磨削巖石提供恒定的加壓力，點(diǎn)動(dòng)加壓主要形成對(duì)巖石的一定的沖擊，實(shí)現(xiàn)巖石的局部破碎，這兩種方式加壓相互結(jié)合實(shí)現(xiàn)巖石的快速切削。由于巖石的軟硬不均，轉(zhuǎn)速會(huì)隨著負(fù)載發(fā)生變化，造成鉆進(jìn)的過程中產(chǎn)生快慢交替的情況，亦對(duì)巖石造成一定的沖擊作用，從而達(dá)到加速巖石切削的作用。
另外在鉆進(jìn)的過程中要不斷產(chǎn)生加注水或者泥漿，主要是起到潤(rùn)滑和對(duì)鉆斗降溫的作用，減少鉆頭因?yàn)榘l(fā)熱導(dǎo)致的設(shè)備損壞。
3、巖芯的取出
當(dāng)使用筒鉆鉆進(jìn)達(dá)到規(guī)定的要求的時(shí)候，需要將巖石進(jìn)行切斷并取出。因?yàn)樾°@機(jī)自身重量輕以及扭矩小，不能直接將巖石切斷，這就需要專用的楔形鉆斗(如右圖)，利用楔形加壓的原理，楔形鉆斗的加壓力f產(chǎn)生對(duì)巖芯的徑向分力f1，最終將巖石折斷。如下圖所示，將楔塊插入巖芯與孔壁的縫隙中，再施加加壓力f（利用鉆桿下放形成的沖擊力），從而將巖心成功的折斷。再更換筒鉆將折斷的巖芯取出。
4、巖石的入巖機(jī)理分析
旋挖鉆機(jī)之所以能夠成功的快速入巖，主要是由于鉆機(jī)本身設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵守歐盟的en791安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在充分考慮旋挖鉆機(jī)安全性、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，將整機(jī)重量進(jìn)行合理分布后又實(shí)現(xiàn)其靈活性，可靠的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可承受小型機(jī)鎖桿的反作用力，從而實(shí)現(xiàn)較大的加壓力傳遞和較高的入巖效率，取得了最優(yōu)的結(jié)果。
旋挖鉆機(jī)充分考慮巖石破碎機(jī)理的三個(gè)階段：研磨破碎區(qū)段、疲勞破碎區(qū)段和躍進(jìn)破碎區(qū)段。
（1）研磨破碎區(qū)段：在較小的軸壓力作用下，鉆斗與巖石接觸所產(chǎn)生的接觸壓力顯著小于巖石的極限強(qiáng)度或者壓入硬度，破碎是靠摩擦切削，此階段的破碎顆粒小，鉆頭有一定的磨損。
（2）疲勞破碎區(qū)段：當(dāng)壓力載荷增加到一定的值，仍未達(dá)到巖石的極限強(qiáng)度或者壓入硬度時(shí)，旋轉(zhuǎn)鉆頭多次與巖石沖擊接觸，使得巖石的產(chǎn)生微裂紋，微裂紋越多，巖石的強(qiáng)度就降低的多，當(dāng)巖石的強(qiáng)度降低到一定的程度時(shí)，經(jīng)過鉆頭多次沖擊的巖石便會(huì)形成大顆粒的巖石碎屑，從而形成疲勞破碎。
（3）躍進(jìn)破碎區(qū)段：在足夠的軸壓力作用下，鉆頭與巖石所產(chǎn)生的接觸壓力大于或者等于巖石的極限強(qiáng)度或者壓入硬度時(shí)，則巖石產(chǎn)生躍進(jìn)破碎。躍進(jìn)破碎的顆粒比較大。
入巖的巖石破碎機(jī)理，就是利用研磨破碎區(qū)段和疲勞破碎區(qū)段。解決了中小旋挖鉆機(jī)的自身重量輕，提供的軸壓小的問題，在加壓與動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速上取得合理的值，同時(shí)又能保持住中小鉆機(jī)的機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)勢(shì)。在取出巖芯的問題上采用有效合理的工法，以及合適的鉆具，成功將完整的巖芯取出。
5、結(jié)論
（1）利用巖石的破碎機(jī)理，調(diào)整旋挖鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，配備合適的鉆具，使得旋挖鉆機(jī)入巖是完全可行的，并在實(shí)踐中得到充分的論證。解決了中小型旋挖鉆機(jī)不能入巖的問題。
（2）小型鉆機(jī)由于其自身重量較輕，要實(shí)現(xiàn)入巖必須使用機(jī)鎖桿以將整機(jī)重量傳遞到作業(yè)面，但較大的反作用力對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性提出更高要求。
（3）在巖石上鉆孔，必須配備合適的鉆具，尤其是取出巖芯這個(gè)問題上，必須配備合適的工具，因此在鉆機(jī)工具的研究也是必不可少的，并將是我們今后旋挖鉆機(jī)入巖的研究的一個(gè)大的方向。
（4）旋挖鉆機(jī)的工法研究更加必不可少的，比如合理分配加壓力與動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速的關(guān)系，入巖時(shí)候必須加注水或者泥漿，對(duì)鉆具進(jìn)行降溫以及增加潤(rùn)滑。
（5）對(duì)中小型旋挖鉆機(jī)尤為重要的是由于自身重量的限制，在保證穩(wěn)定性的情況下，合理分配鉆桿、鉆具、桅桿與鉆機(jī)總重量的比例關(guān)系，同時(shí)又能發(fā)揮中小旋挖鉆機(jī)的靈活、耗油低的特點(diǎn)。