旋挖钻机施工工法通用规程(五)
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10旋挖钻机钻杆结构及正确应用 10.1地质硬度分类 选用钻杆时，首先要考虑的因素是地质情况（地层硬度），一般进行松软地层钻进时，依靠钻杆和钻具的自重即可满足进尺加压力的要求，此时选用摩擦式钻杆即可。对于入岩钻进则应考虑具有强行加压功能的机锁式钻杆。地层硬度由软到硬排列如下： 1.淤泥层；2.泥土、（泥）砂层；3.卵（漂）石层；4.强风化岩层；5.中风化岩层；6.弱风化岩层；7.微风化岩层；8.基岩层。 10.2钻杆的类型 根据钻孔时采用的钻进加压方式不同，钻杆分为三种类型：摩擦加压式钻杆（简称：摩擦杆）、机锁加压式钻杆（简称：机锁杆，又称：凯式钻杆）和组合加压式钻杆（简称：组合杆）。 摩擦式钻杆（见图1）一般用于较软地层的钻孔施工，可钻进淤泥层、泥土、（泥）砂层、卵（漂）石层。摩擦式钻杆一般制成5节，1～4节杆每节钢管长13米。钻孔深度可达60米左右。http://i04.c.aliimg.com/img/ibank/2011/907/936/295639709_1813356827.jpg图1 摩擦式钻杆1、扁头 2、一杆挡环 3、第一节钻杆 4、第二节钻杆 5、第三节钻杆 6、第四节钻杆
7、第五节钻杆 8、减振器总成 9、一杆外键 10、一杆内键 11、弹簧座（托盘）
12、钻杆弹簧 13、方头 14、销轴 机锁式钻杆（见图2和图3）不但可用于软地层，也可用于较硬地层施工。机锁式钻杆可钻进淤泥层、泥土、（泥）砂层、卵（漂）石层和强风化岩层。机锁式钻杆一般制成4节，1～3节杆每节钢管长13米。钻孔深度可达50米左右。http://i00.c.aliimg.com/img/ibank/2011/946/146/295641649_1813356827.jpg
图2 固定点分段加压式机锁式钻杆1、扁头 2、一杆挡环 3、第一节钻杆 4、第二节钻杆 5、第三节钻杆 6、第四节钻杆
7、减振器总成 8、一杆外键 9、一杆内键 10、弹簧座（托盘） 11、钻杆弹簧
12、方头 13、销轴http://i04.c.aliimg.com/img/ibank/2011/322/346/295643223_1813356827.jpg
图3 多点连续加压式机锁式钻杆1、扁头 2、一杆挡环 3、第一节钻杆 4、第二节钻杆 5、第三节钻杆 6、第四节钻杆
7、减振器总成 8、一杆外键 9、一杆内键 10、弹簧座（托盘） 11、钻杆弹簧
12、方头 13、销轴 组合式钻杆（见图4）是近年来出现的一种机锁杆（如1、2、3节杆）和摩擦杆（如4、5节杆）组合在一起的钻杆。该钻杆在孔深0～30米范围可钻较硬地层，在孔深30～60米范围可用于软地层钻孔施工。该钻杆特别适用于上硬下软较深桩孔的钻孔施工。http://i02.c.aliimg.com/img/ibank/2011/500/446/295644005_1813356827.jpg图4 组合式钻杆1、扁头 2、一杆挡环 3、减振器总成 4、第一节钻杆（机锁） 5、一杆外键 6、第二节钻杆（机锁） 7、二杆外键 8、第三节钻杆（机锁） 9、三杆外键 10、第四节钻杆（摩擦） 11、四杆外键 12、五杆外键13、第五节钻杆（摩擦） 14、弹簧座（托盘） 15、钻杆弹簧 16、方头 17、销轴 10.3钻杆的提升和伸放 钻杆在完全缩进状态被安装到旋挖钻机上，整根钻杆的重量通过最内一节杆的扁头和提引器相连接作用在主卷扬钢丝绳上。最内一节杆通过焊接（或安装）在其上的圆盘和弹簧、弹簧座（托盘）将其它各节杆托起（弹簧座的外径与一杆钢管外径相同）。 钻杆下放（伸出）：钢丝绳下放，钻杆由于自重整体下降，1杆在动力头内键套内滑动下降。当1杆上的减振环碰到动力头上平面时，1杆被动力头托住，停止下降；钢丝绳继续下放，其余各节杆在重力作用下一起继续下降。当第2节杆的挡环碰到1杆下管内键上端面时，2杆被1杆挡住，停止下降；钢丝绳继续下放，其余各节杆在重力作用下一起继续下降。当第3节杆的挡环碰到2杆下管内键上端面时，3杆被2杆挡住，停止下降。如此继续，直到各节杆全部伸出，将安装在最里边一节杆方头上的钻具下放到孔底。由此可见，各节钻杆的伸出（下放）是由外向里进行的。 钻杆提升（缩进）：（以5节杆为例）每次钻进结束后，钢丝绳提升，5杆带着钻具一起向上提升，同时5杆向4杆内缩进。当5杆完全进入4杆内时，安装在5杆上的弹簧座（托盘）将4杆托起，带着4杆一起上升，同时4杆、5杆一起向3杆内缩进。如此继续，直到5、4、3、2各节杆全部缩进1杆内，并且1杆也被弹簧座托起在动力头内键套内滑动上升，直至钻杆和钻具全部提出地面。由此可见，各节钻杆的提升（缩进）是由内向外进行的。10.4钻杆扭矩传递和加压原理 钻机在钻孔作业时，钻杆要将动力头的两个作用力传递给钻具，一个是圆周方向的旋挖扭矩M（圆周力F）；另一个是轴向的加压力N。把这两个作用力从第1节钻杆传递给第2节钻杆；第2节钻杆传递给第3节钻杆…最末一节钻杆传递给钻具。这两个作用力的传递是靠外面一节杆下部的内键和其里面一节杆的外键相互作用完成的。摩擦杆和机锁杆加压力传递的作用原理不同: 摩擦杆各节杆上的外键是焊在钢管上圆周120°均布的3条（或6条）通长钢条，无台阶（无加压点）。 机锁杆各节杆上的外键是焊在各节杆钢管上圆周120°均布的3条（或6条）带有加压端面（有台阶）或齿面的钢条。 下面均以第1、2节钻杆为例论述各节钻杆传递旋挖扭矩和加压力的原理。假设： （1）钻杆、钻具承受孔底土石料的负载反扭矩为：Mf=22tm； （2）1、2杆扭矩传递作用半径为：R=195㎜=0.195m； （3）钢-钢摩擦系数为：k=0.11（在有泥浆润滑条件时）； 则：F圆周力=M/R=22/0.195=112.82(t)， F正压力=F圆周力=112.82(t)； f摩擦力=k×F正压力=0.11×112.82=12.41(t)； N=f摩擦力=12.41(t) 以上是以SR220C旋挖钻机为例，并且假定负载反扭矩与其最大输出扭矩相等，即Mf=M=22tm计算的加压力。实际上负载反扭矩比机器的最大输出扭矩要小得多，因为较松软的泥砂地层不会对钻具形成多大的负载反扭矩；较硬实的风化岩层钻具截齿在上边打滑，不易进尺，也不能形成多大的负载反扭矩。负载反扭矩小→F圆周力小→F正压力小→f摩擦力小→N加压力小，所以摩擦式钻杆传递的加压力很小。摩擦式钻杆的进尺加压力主要来自于最末一节钻杆和钻具的自身重量（φ440-5×13m摩擦杆的第5节杆重量为：1.8t左右，一个φ1.5m的捞砂钻斗的重量为：2t左右，加起来共3.8t左右）。加压油缸提供给动力头的加压力虽然很大（20t），但经过动力头内键套键齿侧与1杆外键侧的摩擦传递和各杆内外键侧的摩擦传递提供给钻具的进尺加压力却很小，所以使用摩擦杆不能在较硬地层施工作业。 注：在使用机锁钻杆时，要警惕钻杆每节的锁点是否解开，建议在每次每斗上提前将根据钻进深度逆向旋转。也可按每节钻杆一圈逆旋，如第三节已抽出就三圈，即可有效的保证每节的锁点解开。
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