一種樁基井事故鉆頭打撈設備的構想

周亞峰 董世方 韋應琪 劉俠龍

(蘭州城市學院，甘肅 蘭州 730070)

1 項目背景

在樁基井成孔作業中，沖擊式鉆進方法是鉆孔技術中最傳統的方法，使用沖孔式打樁機進行成孔作業所利用的正是這種沖擊式鉆進的方法。沖孔式打樁機因其施工工藝簡單、適應性強、對地層無特殊要求,目前在樁基礎工程施工中仍發揮著重要的作用。為能快速打撈出墜井鉆頭，設計出泥漿井鉆頭打撈設備，一方面實現代替潛水員下潛工作，另一方面降低鉆頭墜井帶來的損失。

2 打撈方案

在成孔作業過程中，鉆頭會因鋼索斷裂墜井，這種情況相對來說普遍打撈難度小。解決方案是當設備到達事故現場后，現場對設備進行簡單的調試，分析現場的打撈環境，將井中黏稠的泥漿沖出井，待泥漿井中泥漿黏稠度降低后，開始做打撈前期工作。調試設備探測系統、機械手臂系統，以及推進系統，連接牽引鋼索和電纜，查看設備總體運行狀態。將設備放入泥漿井中，通過鋼索緩慢下降，待設備與目標鉆頭快要接觸時，地面操作人員根據水下聲吶探測器反饋過來的信息判斷鉆頭與設備的位置關系，啟動水下推進器對設備位置進行微調，使得其契合在目標鉆頭上，設備下降，使得核心電磁推桿裝置嵌套在鉆頭上部圓柱端。接下來機械手臂開始運作，通過液壓桿讓三個機械手臂與鉆頭側面接觸靠緊，目的是穩定設備，擺正設備姿態，防止設備在泥漿攪拌的復雜情況下與鉆頭脫落。待設備穩定后，核心電磁推桿機構嵌套在鉆頭上部的圓柱上，通過大角度的旋轉，找出鉆頭主孔，電磁驅動連接桿穿過鉆頭主孔，實現鉆頭與設備的連接。之后操作人員根據具體的情況將設備與鉆頭通過地面卷揚機設備緩慢吊出水面，從而完成打撈工作。

3 設備結構設計

3.1 設備外形設計

設備外形采用圓錐形結構，主要考慮到與鉆頭容易契合，方便打撈設備工作。工作時圓錐形工作面與墜井鉆頭契合在一起，形成設備包裹鉆頭，完成第一步設備與鉆頭接觸工作。設備核心牽引捆綁裝置位于設備的中間偏上位置，采用雙層圓柱形結構，配合傳動結構及傳感器探測模塊，對目標鉆頭進行連接。

3.2 核心電磁連接裝置設計

在主要穿過鉆頭主孔的桿件一端纏繞多匝線圈，配合圓盤基座上的電磁激勵裝置，通過兩只通反向電流的方式 ，實現磁極異同對調，在磁力同相吸引，異相排斥的電磁力作用下完成穿過鉆頭主孔的運動。

3.3 水下姿態微調設計

為實現設備在水下能較好快速連接設備，在設備上安裝水下推進系統作為姿態微調系統，通過推進器的旋轉運行，使得設備在較大直徑的井下能夠多角度水平自由移動，完成設備與鉆頭的初步契合，當設備在推進器的推動下運行到鉆頭正上方時，再次下放設備，進行連接工作。

3.4 控制系統的設計

整套設備stm32f103微處理器作為核心控制單元，配合多種傳感器，電機馬達，實現整套設備的運行。

3.5 機械手臂的設計

機械手臂的主要功能是設備在下潛與鉆頭契合時扶正設備或者鉆頭。

4 項目創新

4.1 有效避免人工打撈帶來的風險

機器設備不同于工人，不用承擔人身危險，設備能有效打撈事故鉆頭，有效規避了因人工打撈而帶來的風險。

4.2 最大限度地降低因事故鉆頭帶來的工程損失

樁基井事故鉆頭打撈設備其自身具備的優勢能快速應對樁基井所發生的各種情況，能在短時間內解決事故問題，從時間成本上就為工程減少了很大一部分損失。

5 結語

目前，沖孔式打樁機還廣泛應用于灌注樁的施工中，發生鉆頭墜井事故也是時常發生。本設計方案提供了一種應對鉆頭墜井后及時打撈的方案，通過機器操作的方式將深井中的鉆頭打撈出水，從而避免人工打撈風險，降低打撈成本。