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旋挖钻机钻孔作业时卡钻原因及处理方法

卡钻故障发生后,往往会给施工方带来较大心理压力,一旦处理不当极易造成严重的埋钻事故,导致巨大损失。

李 亮评论(17)

来源:工程机械与维修

       【匠客工程机械】在旋挖钻机钻孔施工过程中,卡钻故障比较常见,表现为钻斗上提、下放困难,或者正、反旋转不顺畅。卡钻故障发生后,往往会给施工方带来较大心理压力,一旦处理不当极易造成严重的埋钻事故,导致巨大损失。我们分析卡钻故障发生的原因,提出处理措施,并以重庆新白沙沱大桥桩基钻孔过程中遇到的卡钻故障为例,进行分析和处理。

卡钻原因及处理措施
      根据旋挖钻机施工经验,发生卡钻故障主要有3种情况,现将其故障原因及处理方法分述如下。
       底板打开
       卡钻故障大都发生在使用底板开合式捞砂钻斗进行钻进的工况。造成卡钻的原因多是由于底板在提钻过程中处于打开状态,钻斗与孔壁经过多次碰擦后,卡滞在孔壁上,导致钻斗不能提出桩孔,如图1所示。

图1  钻斗底板卡滞在孔壁

       分析造成捞砂钻斗底板在孔内打开的具体原因可分为3类:一是底板开合机构产生严重磨损,造成其挂钩不能将底板钩住,导致底板打开;二是底板在外力作用下产生较大变形,造成底板上的钩座无法被挂钩钩住,导致底板打开;三是桩孔内掉落石块,开合机构的压杆在掉落石块的冲击下,将底板打开。
       当发生底板打开故障后,切忌强行提钻,以避免底板钻齿全部切入孔壁,使卡滞阻力继续增加。可通过以下措施解决卡钻故障:在较低扭矩下操纵钻斗正、反转旋转,同时将钻斗缓慢提升。在提钻过程中,若副泵压力达到最大安全压力值,应立即停止上提,以防止提钻钢丝绳因拉力过大而断裂。此时需将钻斗下放少许,操纵正、反转旋转几圈后再继续上提。若钻齿完全切入孔壁造成卡钻现象时,就需要派潜水员下潜,对底板进行闭合或人工切除,这样会增加安全隐患和成本。
       落石卡滞
       使用上窄下宽的锥形筒体钻斗,当钻进到回填的卵砾石地层时,在钻斗对孔壁扰动作用下,很容易造成桩孔孔壁的卵砾石掉落下来,卡滞在孔壁与锥形筒体钻斗之间的间隙内并被挤压,造成锥形筒体钻斗上提困难,甚至导致其卡滞,如图2所示。


图2  锥形筒体钻斗卡滞在桩孔内

        由落石引起的钻斗筒体卡滞故障,一般表现为钻斗从孔底上提一段距离后阻力增大、上提困难,而下放顺利,且钻斗正、反转阻力差别不大。当出现这种故障时,不能强力提钻,可通过缓慢提升及适量下放钻斗来松动筒体与孔壁之间的落石,一点一点地提出钻斗。
       桩孔缩径
       在淤泥、粘土等地层钻进时,容易造成桩孔缩径。当桩孔出现缩径现象后,钻斗筒体与桩孔孔壁就会形成大面积的接触,从而在筒体与地层之间产生较大的摩擦力。在旋挖钻机钻进过程中,其提供的最大加压力(钻机最大压力值与钻具自身质量之和),要大于其提供的有效提升力(钻机最大提升力减去钻具自身质量),这样很容易出现钻斗在最大加压力下克服摩擦力向下钻进,而在有效提升力作用下难以克服摩擦力而导致钻斗卡滞,如图3所示。

图3  桩孔缩径导致钻斗卡滞

 桩孔缩径造成的卡钻故障,主要发生在旋挖粘土、淤泥等地层工况下。对于这类卡钻现象,可采用吊车辅助作业,增大提升力。其方法是:在缓慢旋转钻斗的同时,吊车与主卷杨同时起拔,最终提出钻斗。


卡钻故障一例
       故障现象
       重庆新白沙沱长江特大桥主桥,桥面分上、下两层,上层为4线铁路客运专线,设计速度200km/h;下层为双线铁路货车线,设计速度120km/h。该桥有2种桥桩,一种孔径为3.2m、桩深60m,共有32根;另一种孔径为2.5m、桩深20m,共有32根。为了保证钻孔时有足够的扭矩输出,我们选择了最大输出扭矩为390kN·m的徐工XRS1050型旋挖钻机,如图4所示。

在对第3根直径为3.2m的桥桩进行分级钻进过程中,钻进到19m位置时,使用直径为2.0m的双底板钻斗进行捞渣作业。但是当钻斗提升到18m位置时发生卡滞,此时正向旋转顺利,反向旋转困难。将钻斗下放到19m位置后继续上提时,钻斗仍然卡滞在18m位置处

                                        图4  XRS1050型旋挖钻机施工现场
       原因分析及处理方法
       经查,此桩孔地下18m位置为泥岩层,地质条件比较稳定。由于发生卡滞的位置钻斗正向旋转顺利、反向旋转困难,可排除落石卡滞的可能。根据现场钻斗磨损情况,结合双底板钻斗的底板容易打开的情况,判定该卡钻故障是由于底板打开造成的。我们采取前述底板打开引起钻斗筒体卡滞的处理措施,仅用0.5h就将钻斗成功提出桩孔。

将钻斗提出后,发现此次底板打开是因底板发生变形所致。分析其变形原因主要是本次钻进的孔径为2.0m,在钻进岩层时大口径捞砂钻斗产生较大振动,由于其底板结构强度不够而发生变形。找到具体原因后,我们在现场更换了已经变形底板,并对新更换的底板进行了加强处理,使得在后续施工中,再未因钻斗底板变形而发生卡钻现象。


预防措施
       由于卡钻故障处理起来需要耗费时间和付出较大成本,处理不当还有可能演变为埋钻事故,因此应以预防为主。为此我们总结以下预防措施:一是要定期检查钻斗磨损情况,及时修复或更换磨损的零部件。二是在回填土、卵砾石地层钻进施工时尽量避免使用锥形钻斗,并且做到平稳操作,以防止对孔壁产生过大扰动。三是控制好单次进尺量,避免单次进尺量过大造成冒顶和钻斗卡滞。四是遇到钻斗卡滞时切忌强力提钻,以避免发生埋钻事故。

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