旋挖鉆機入巖施工一直是長期困擾我們旋挖鉆機施工的一大難題，尤其是中小型旋挖鉆機的入巖施工更是難上加難。

摘要：旋挖鉆機入巖施工一直是長期困擾我們旋挖鉆機施工的一大難題，尤其是中小型旋挖鉆機的入巖施工更是難上加難。在四川中風化石灰?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難以入巖的難題。

1、中小型旋挖鉆機入巖技術(shù)難點

中小型旋挖鉆機入巖一直以來有以下幾個技術(shù)難點：

（1）軸向加壓力��；

（2）自身重量輕；

（3）巖石對設(shè)備本身沖擊大。

由于旋挖鉆機軸向加壓力的不足，很難實現(xiàn)高效的破碎巖石"躍進式破碎"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中小型旋挖鉆機本身重量小，既要保證中小型旋挖鉆機的機動和靈活性，又要保證自身的重量能夠承受住巖石的反作用沖擊力，同時又能保證自己的安全和穩(wěn)定性，這樣對中小型的鉆機似乎是一個挑戰(zhàn)。鉆機的設(shè)計，以及適當?shù)氖┕すし�，都對旋挖鉆機設(shè)計者提出了一個新的要求。中小型旋挖鉆機在這個方面做出了重大的突破，在四川工地中風化石灰?guī)r上施工，孔直徑φ900mm，成功入巖1000mm，巖石單軸抗壓強度達到30MPa，耗時是1.2小時。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月旋挖鉆機在四川重慶施工，地質(zhì)條件為中風化石灰?guī)r層，單軸抗壓強度為30MPa，孔徑φ900mm，要求入巖1000mm，采用的是4×9.5m機鎖桿，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)，對巖石進行磨削。如下圖所示。

旋挖鉆機的加壓施工方式主要采用"恒定加壓與點動加壓相結(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，點動加壓主要形成對巖石的一定的沖擊，實現(xiàn)巖石的局部破碎，這兩種方式加壓相互結(jié)合實現(xiàn)巖石的快速切削。由于巖石的軟硬不均，轉(zhuǎn)速會隨著負載發(fā)生變化，造成鉆進的過程中產(chǎn)生快慢交替的情況，亦對巖石造成一定的沖擊作用，從而達到加速巖石切削的作用。

另外在鉆進的過程中要不斷產(chǎn)生加注水或者泥漿，主要是起到潤滑和對鉆斗降溫的作用，減少鉆頭因為發(fā)熱導(dǎo)致的設(shè)備損壞。

3、巖芯的取出

當使用筒鉆鉆進達到規(guī)定的要求的時候，需要將巖石進行切斷并取出。因為小鉆機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、巖石的入巖機理分析

旋挖鉆機之所以能夠成功的快速入巖，主要是由于鉆機本身設(shè)計嚴格遵守歐盟的EN791安全設(shè)計標準，在充分考慮旋挖鉆機安全性、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，將整機重量進行合理分布后又實現(xiàn)其靈活性，可靠的設(shè)計結(jié)構(gòu)可承受小型機鎖桿的反作用力，從而實現(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。

旋挖鉆機充分考慮巖石破碎機理的三個階段：研磨破碎區(qū)段、疲勞破碎區(qū)段和躍進破碎區(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：當壓力載荷增加到一定的值，仍未達到巖石的極限強度或者壓入硬度時，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，巖石的強度就降低的多，當巖石的強度降低到一定的程度時，經(jīng)過鉆頭多次沖擊的巖石便會形成大顆粒的巖石碎屑，從而形成疲勞破碎。

（3）躍進破碎區(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度或者壓入硬度時，則巖石產(chǎn)生躍進破碎。躍進破碎的顆粒比較大。

入巖的巖石破碎機理，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的自身重量輕，提供的軸壓小的問題，在加壓與動力頭轉(zhuǎn)速上取得合理的值，同時又能保持住中小鉆機的機動靈活的優(yōu)勢。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）利用巖石的破碎機理，調(diào)整旋挖鉆機的設(shè)計，配備合適的鉆具，使得旋挖鉆機入巖是完全可行的，并在實踐中得到充分的論證。解決了中小型旋挖鉆機不能入巖的問題。

（2）小型鉆機由于其自身重量較輕，要實現(xiàn)入巖必須使用機鎖桿以將整機重量傳遞到作業(yè)面，但較大的反作用力對整機結(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問題上，必須配備合適的工具，因此在鉆機工具的研究也是必不可少的，并將是我們今后旋挖鉆機入巖的研究的一個大的方向。

（4）旋挖鉆機的工法研究更加必不可少的，比如合理分配加壓力與動力頭轉(zhuǎn)速的關(guān)系，入巖時候必須加注水或者泥漿，對鉆具進行降溫以及增加潤滑。

（5）對中小型旋挖鉆機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、桅桿與鉆機總重量的比例關(guān)系，同時又能發(fā)揮中小旋挖鉆機的靈活、耗油低的特點。