淺析水磨鉆機的應(yīng)用

王 力 高虹亮

(1.湖南省送變電工程公司，湖南 長沙 410000；2.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443000)

淺析水磨鉆機的應(yīng)用

王 力1高虹亮2

(1.湖南省送變電工程公司，湖南 長沙 410000；2.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443000)

介紹了水磨鉆機的構(gòu)成、原理、適用范圍及操作步驟，提出了水磨鉆機在輸電線路基礎(chǔ)施工中使用的改進措施。

水磨鉆機；輸電線路；巖石基礎(chǔ)

0 引言

輸電線路施工各大工序中，基礎(chǔ)分部工程是耗時最長的工序，占整個線路施工周期的50%，而基礎(chǔ)分部工程中巖石掏挖基礎(chǔ)是耗時最長的工程。如何提高在不爆破施工情況下的巖石掏挖基礎(chǔ)的開挖效率，是目前亟需解決的問題。目前，水磨鉆機廣泛應(yīng)用于房屋建筑地基施工中，對巖石地質(zhì)樁基開挖具有絕對優(yōu)勢。輸電線路巖石掏挖基礎(chǔ)與房屋建筑樁基類似，采用水磨鉆機開挖巖石掏挖基礎(chǔ)具有極強的可操作性。

1 水磨鉆機的構(gòu)成

水磨鉆機主要由水磨鉆機、水磨鉆筒、專用水泵3部分組成，一般一臺水磨鉆機配備3～5個水磨鉆筒，一個水磨鉆筒上有7個鉆頭。水磨鉆機的高度為150～170 cm；水磨鉆筒外徑為16 cm，內(nèi)徑為14 cm，壁厚度為1 cm，高度為60 cm；專用水泵外徑為12 cm，高度為40 cm。

2 水磨鉆機的工作原理

在三相電機的高速旋轉(zhuǎn)下，帶動鉆筒上的金剛石鉆頭與巖石摩擦進行切割。一方面給鉆筒與鉆頭降溫；另一方面增加被磨碎石粉的流動性，并降低鉆筒與巖石的摩擦系數(shù)，保證鉆機的正常運行。

水磨鉆法主要是通過水磨鉆機沿基坑徑內(nèi)沿鉆若干個孔，孔孔相連，鉆孔后取芯，待所有水磨鉆孔連成一個環(huán)后，樁芯就與樁壁分離了，形成了樁芯的臨空面，然后對剩余的樁基巖芯進行去分塊操作。在樁芯上鉆一排小孔，然后在小孔內(nèi)錐入鋼楔子，錘擊鋼楔擠壓巖石，使巖石同時受到鉛錘面上的拉力和水平面上的剪切力作用。當(dāng)擠壓力大于極限拉力和極限剪力時，巖石沿鉛錘面被拉裂并從底部發(fā)生剪切破裂。依次按照分層取芯、破裂、取巖塊的循環(huán)工序進行作業(yè)，最終達到成孔的目的。

3 水磨鉆機的適用范圍及優(yōu)缺點

在輸電線路基礎(chǔ)施工中，水磨鉆機可鉆各種堅硬頁巖、青砂石、花崗石、大理石、石灰?guī)r、含鐵礦石等中風(fēng)化/弱風(fēng)化巖層。在鉆不同的巖石時，要采用不同的金剛石合金鉆頭。水磨鉆(工程水鉆機)采取人工操作。施工原理：水磨鉆沿著孔樁邊緣鉆一圈，取掉所鉆的芯后，中間部分再采取人工破開除渣(小型掏挖式基礎(chǔ)可直接鉆完)。開挖基礎(chǔ)的尺寸直徑應(yīng)大于800 mm(保證人員操作水磨鉆機)。其鉆筒標(biāo)準(zhǔn)是高度60 cm，直徑16 cm，即鉆孔一次可達60 cm的深度。用水磨鉆機開挖巖石基礎(chǔ)的效果如圖1所示。

圖1 水磨鉆機開挖巖石基礎(chǔ)效果

其特點是：無噪音、無振動、無污染、無粉塵、效率高、孔壁光滑、尺寸精確且可單人操作。

輸電線路基礎(chǔ)施工絕大部分是在戶外的崇山峻嶺中，水磨鉆機在正常工作中需清水操作。一般每鉆一個60 cm深的孔需清水15 L以上，在施工過程中，每基需配備小型高揚程高壓力的抽水機(現(xiàn)普遍采用果園噴藥機)，才能保證其對水的需求量。

4 水磨鉆機的操作步驟

(1) 在基坑上搭設(shè)一個具有一定抗拔能力的鋼管架子，在離地面1.6 m左右的地方橫一塊方木，作為水磨鉆機頂寸的頂點。如在基坑里施工，可用兩根鋼管頂住坑壁，再在鋼管下橫一塊方木作為頂點。

(2) 先將水鉆機放置于要鉆的位置，下面用斜木墊住鋼板，鋼板底部前方左右各一塊，后底部中間位置一塊，方鋼大約與地面呈90°，頂部放置一塊木方，將頂寸轉(zhuǎn)動牢牢頂住木方，保證水磨鉆機不能有任何的擺動和晃動。

(3) 檢查三相電源是否接牢固，鉆筒應(yīng)順時針方向轉(zhuǎn)動，鉆筒轉(zhuǎn)動時不能有擺動，如果有擺動必須校正鉆筒，查看進水管是否有水進入。

(4) 鉆機方鋼必須抹機油，以此達到自如進行上下滑動的程度。

(5) 開始運轉(zhuǎn)時，鉆筒底部到達地面大概1 cm位置，左手轉(zhuǎn)動剎車螺栓鎖牢，右手緊握操作桿，啟動電源，輕輕松動剎車螺絲，操作桿輕輕往下放(鉆筒接觸地面的時候一定要慢)，待鉆筒鉆入地面1 cm左右，方可往下按操作桿。如遇運轉(zhuǎn)過程中有異常情況發(fā)生，應(yīng)立即切斷電源，查看具體原因，排除后再繼續(xù)運轉(zhuǎn)。

(6) 鉆筒基本要全部鉆入時應(yīng)注意：待鉆筒頂部距地面1.5 cm左右，即可關(guān)掉電源，操作桿往上搖，直至把鉆筒搖出地面(如不能順利搖起鉆筒可啟動電源，在鉆筒轉(zhuǎn)動的情況下再往上搖，搖出地面后關(guān)掉電源)。

(7) 如果鉆筒里面有芯，可將鉆機搖至頂部，鎖牢剎車螺絲，插上固定插銷，用手轉(zhuǎn)動鉆筒，再用榔頭敲鉆筒，直到芯掉落即可。取掉芯后，右手緊握操作桿，拔掉插銷，松動剎車螺絲，將鉆筒落下距地面大約1 cm處鎖緊剎車螺絲，松動頂寸，將鉆機移動至下一個位置，墊上斜木，頂牢頂寸，再繼續(xù)進行操作，以此類推。

(8) 如果要斜鉆(即樁孔為擴大頭型)，可將底部斜木前面墊高，后面墊低，方鋼左右呈90°，方鋼頂部向后傾即可。傾斜角度計算：水磨鉆機按1 500 mm，鉆筒外徑為60 mm；電機或支架超出鉆芯前端80 mm，正常鉆孔時鉆機傾斜角度只有在這種情況下才能不縮孔。水磨鉆機在使用過程中，一定要前高后低，一是保證不縮孔，二是使重心往后，便于單人操作，傾斜角度應(yīng)保證頂寸放松，只有這樣鉆機才能立穩(wěn)。

5 水磨鉆機在輸電線路基礎(chǔ)施工中使用的改進措施

在輸電線路基礎(chǔ)施工中，巖石基礎(chǔ)一般都只是掏挖式及挖孔樁，其基礎(chǔ)直徑在1 200 mm左右。供水、移機械、排水成為了水磨鉆機在輸電線路基礎(chǔ)施工使用過程中影響效率的重中之重。

(1) 供水按現(xiàn)在使用的小型高壓抽水機已能完全滿足鉆機的正常使用，只是由于輸電線路的特點，點多線長，鋪設(shè)抽水水管麻煩，人力花費較大。

(2) 排水是水磨鉆機開挖風(fēng)化石類的難點，人工排泥漿水確實耗時過多，這方面還有待改善。

(3) 移機械是每鉆一個孔必需的步驟，其效率直接影響了水磨鉆機的功效，對于輸電線路基礎(chǔ)施工，不管是500 kV還是220 kV或更高級別，其直徑大都在1～1.4 m之間。根據(jù)這一特性，可以特做一個固定尺寸的軟道作為水磨鉆機的座子。用14的圓鋼加工成4個圓圈，底部再用鋼管切邊作為底腳，依照尺寸要求焊接即可。圖2為開挖φ1.2 m基礎(chǔ)的軌道座子尺寸圖。

圖2 水磨鉆機底座

使用軌道座子時，水磨鉆機的底座鋼板也應(yīng)進行相應(yīng)的加工，在底座鋼板下面兩側(cè)的中間位置焊2根大約2 cm長的14的圓鋼(作業(yè)時卡入軌道座子的軌道內(nèi))，在底座鋼板下面后側(cè)焊一螺絲。在水磨鉆機鉆孔前將螺絲擰緊，使水磨鉆機底座與軌道座子成為一個整體，在鉆孔時操作人員也要站在座子上，以此來保證水磨鉆機運行時底座的穩(wěn)定性。當(dāng)孔鉆完，在移動機械時，只需將螺絲擰松，用小錘錘擊水磨鉆機底部，當(dāng)移動到位以后，再將螺絲擰緊即完成水磨鉆機的移動。

6 結(jié)語

由于水磨鉆機主要應(yīng)用于公路、建筑施工以及橋梁與隧道等建筑的樁基鉆孔中，因此頗受人們的關(guān)注。所以，本文就針對水磨鉆機的相關(guān)應(yīng)用做了簡要分析，希望可以給相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

[1] 余繼強，易軍.國產(chǎn)全液壓動力頭巖芯鉆機研制相關(guān)問題探討[J].西部探礦工程，2007(10)

[2] 龐浩，羅春雷，劉丹.長螺旋鉆機液壓驅(qū)動動力頭的設(shè)計[J].流體傳動與控制，2008(2)

2014-09-04

王力(1981—)，男，湖北襄陽人，工程師，研究方向：輸電線路工程。