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混凝土防渗墙造孔机械.docx
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1、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型 号CZ-20CZ-22CZ-30开孔直径 (mm)635710100
2、0钻具的最大重量 (kg)100013002500钻具的冲程 (m)1.000.451.000.351.000.50钻具冲击次数 (次/min)40,45,5040,45,5040,45,50钻进深度 (m)120150180工具、抽砂、辅助卷扬起重力 (kN)15,1020,13,1530,20,30工具卷筒平均绳速 (m/s)0.52,0.58,0.651.11.41.1,1.25,1.42抽砂卷筒平均绳速 (m/s)0.96,1.08,1.271.21.61.21,1.38,1.68辅助卷筒平均绳速 (m/s)0.801.000.951.22工具卷筒钢丝绳直径 (mm)19.521.52
3、6.0抽砂卷筒钢丝绳直径 (mm)13.015.517.5辅助卷筒钢丝绳直径 (mm)15.521.5工具卷筒容绳量 (m)250250350抽砂卷筒容绳量 (m)250250350辅助卷筒容绳量 (m)135210桅杆高度 (m)12.013.516.0桅杆起重量 (t)5.012.025.0电机功率 (kW)203040电机转速 (r/min)970975735钻机重量 (t)6.276.8711.15工作状态的外形尺寸(长宽高)(mmmmmm)580018501230056002300140007700284016000牵引速度 (km/h)202020 1.2钻具 1.2.1钻头 冲击
4、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;1
5、9-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A-A底视图底视图(a)(b)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8308501601701015250300220240601020空心六角8809001401501015200250180200601020空心八角880900140150101517020014
6、0150551020空心十角880900140150101515017012014055601020表7-3-3 钻进不同土质时十字钻头的参数土 质冲击刃角摩擦面角摩擦角底角粘土、细砂704012160堆积层砂卵石805015170坚硬漂卵石906015170 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。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
7、;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2.803.701.501.701.300.800.702.03 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。
8、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
9、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项目 机型CZF-1200CZF-1500GJD-1500一、基本性能最大造孔直径 (mm)120015001500(岩);2
10、000(土)最大造孔深度 (m)8010050最大冲击行程 (mm)100010001001000冲击频数 (次/min)4040030主电动机功率 (kW)30453745钻机重量 (t)8.312.515.7外形尺寸(长宽高)(mmm)5.82.338.5工作时8.52.332.8运输时6.62.8410工作时102.843.6运输时5.042.366.38工作时二、同步平衡双筒卷扬提升能力 (kN)203039.2提升速度 (m/s)1.51.64.08钢绳直径 (mm)19.524.0三、副卷扬提升能力 (kN)2640提升速度 (m/s)0.650.61钢绳直径 (mm)15.517
11、.0四、辅助卷扬提升能力 (kN)1530提升速度 (m/s)0.810.95钢绳直径 (mm)15.515.5五、排渣系统6PS-210型砂石泵组流量 (m3/h)180210180扬程 (m)16吸程 (m)8砂石泵电机 (kW)303PNL泵流量 (m3/h)108配用电机 (kW)22配用钻杆内径 (mm)150150重量 (kg)1600外形尺寸 (mm)175014001010六、泥浆净化机JHB-100JHB-200上层筛网除泥沙 (t/h)1.82.2 (200目)下层筛网处理泥浆(m3/h)150220 (74m)200总功率 (kW)17.2重量 (kg)2450外形尺寸
12、(mm)318717533200七、钻头形式套筒阶梯式、双层弧式、双反弧式等冲击;刮刀;滚刀直径 (mm)60015001500;1500;2000重量 (t)1.23.02.94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
13、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0.86.8槽孔68.010.026.38三 峡一期围堰风化砂、粉细砂、块球体、花岗岩0.8(4.86.8)槽孔平均32.011.527.060.8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101.46.544.0915.4槽孔100.06.212.22三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15.026.124.15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2
14、4.545.220.0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28.514.76.33 3 回转式钻机 回转式钻机包括回转正循环钻机和回转反循环钻机,它们的工作原理、结构型式、规格、技术性能和配备的钻具见第八章第三节。 使用回转式钻机在我国建造防渗墙的工程实例不多。浙江横山水库、内蒙古察尔森水库等工程采用回转式钻机进行防渗墙造孔的工效如表7-3-7。表7-3-7 回转式钻机造孔工效工 程 名 称地 层钻 机 型 号使用钻头类型深度(m)平均工效(m/台日)浙江横山水库防渗墙粘土心墙GPS回转正循环加重导向刮刀7236.00内蒙古察尔森水库防渗墙砂卵石层ZWY-550回转
15、反循环三翼式刮刀2028.15 4抓斗挖槽机 抓斗挖槽机(简称抓斗)适用的地层比较广泛,除大块的漂卵石、基岩以外,一般的覆盖层均可。不过当地层的标准贯入度N值大于40时,使用抓斗的效率很低。对含有大漂石的地层,需配合采用重锤冲击才可完成钻进。 抓斗挖槽也用泥浆护壁,但泥浆不再有悬浮钻渣的功能,用量较少。 抓斗结构比较简单,易于操作维修,运转费用较低,在较软弱的冲积层中造墙被广泛应用。各种抓斗可挖掘宽度为30150cm,最大深度可达130m。 4.1抓斗的规格和技术性能 根据抓斗结构和工作原理的不同,抓斗分为钢绳抓斗和液压抓斗。钢绳抓斗又分为斗体推压式抓斗(图7-3-8)和中心牵挂式抓斗(图7-
16、3-9)。液压抓斗又分为液压导板抓斗(图7-3-10)、液压导杆抓斗(图7-3-11)和半导杆抓斗(图7-3-12)。他们的技术性能分别如表7-3-8、表7-5-9、表7-3-10和表7-3-11。主绳松副绳紧 图7-3-8 斗体推压式钢绳抓斗 图7-3-9 中心牵挂式钢绳抓斗图7-3-10 液压导板抓斗(图中尺寸单位:mm)图7-3-11 液压导杆抓斗1-导杆;2-油管转盘;3-平台;4-调整油缸;5抓斗图7-3-12 半导杆抓斗1-钢丝绳;2-导杆;3-抓斗;4-油管转盘;5-起重机表7-3-8 钢绳抓斗的技术性能型 号意大利DH3000型国产BSD型国产GSD型成槽宽度(cm)60 80
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