1、旋挖钻机钻进效率分析于好善1、2(1中国地质大学，北京100083；2中国地质科学院勘探技术研究所，河北廊坊065000)摘要如何发挥旋挖钻机的施工效率是非常重要的问题，详细分析了影响旋挖钻机施工效率若干因素，为设备的研发和使用提供参考。关键词旋挖钻机；钻进效率；钻杆；钻头中图分类号TH67 文献标识码B 文章编号1001554X(2010)10-0063-02Drilling efficiency analysis of rotary drilling rigYU Hao-shan旋挖钻机的钻进效率是指在正常工作时，所钻桩孑L的总深度与所费总时间之比。影响旋挖钻机钻进效率的因素有：孔深、孔径
2、、地层情况、钻具选配及钻杆型式等。1孔深对旋挖钻机钻进效率的影响旋挖钻机施工中每当钻头装满土后都要提钻卸土，然后再把钻具下到孔底。显然孔深越小，效率越高。钻进效率V=H1(t1+2+2HV1)(mh)其中H为每钻进尺量，m；t，为钻满一斗所需时间，h；t2为卸土时间，h；H为孔深，m；V，为提、下钻速度，mh。从上式可知，当其他参数不变时，H越大则V越小，当孔深超过lOOm后，钻进效率急剧下降，当孑L深超过120m时钻进效率会低于其他工法的效率，且事故率大幅升高。因此建议进行超深孑L施工时，尽量选用正反循环等其他工法。2孔径对旋挖钻机钻进效率的影响目前旋挖钻机最常用的是旋挖钻斗(见图1)，桶体
3、中空，下部有2个进土斗门。在钻进时，钻碴通过钻齿切削从斗门进入桶体内，在下部钻碴的推力下，上部碴土逐渐上升进入桶内，直至装满桶体。钻孑L直径大小影响钻进效率的主要有两点，一是碴土进入斗门的速度，二是碴土在桶体内上升的速度。首先碴土进入斗门速度与斗门进土面积有关，钻孔直径越大，斗门进土面积越大，进土速度越大；其次碴土在斗体的上升速度与很多因素有关，最主要的是：(1)碴土的重量；(2)桶壁与碴土的粘附力。很显然，钻孑L直径越大，碴土的重量越大，但桶壁与碴土的粘附力会减小；当钻头直径减小时，碴土重量减轻，但桶壁与碴土的粘附力则会增大。当然还有一些其他因素，如钻桶的形状、钻桶表面的摩擦系数、碴土的含水
4、量等，都会影响碴土在桶体的上升速度。综合以上情况，钻孔直径对钻进效率的影响呈现如图2的规律，从图中可以看出，钻孔直径小于lm和大于2m时钻进效率会下降。图1旋挖钻斗3地层对钻进效率的影响地层对钻进效率的影响主要表现在地层钻进的收稿日期20100702通讯地址于好善，河北省廊坊市金光道77号中国地质科学院勘探技术研究所建旄耗械201010(上半月刊)万方数据难易程度(地层的可钻性)和卸土的快慢。 4钻具选配对钻进效率的影响0 O6 10 12 15 18 20 30钻孔直径1111图2钻孔直径与钻进效率曲线图3I地层的可钻性地层的可钻性是一个复杂的指标，国内外地质钻探专家把地层按钻进的难易程度进
5、行分级，我国是参照前苏联的分级法，把地层分为12个级别，级别越大可钻性越差。由于在大口径灌注桩孔的施工中对地层的可钻性还没有分级，所以对应不同的地层的钻进工艺就没有统一标准和规范。旋挖钻机桩孔施工的碎岩和携粉的机理与地质钻探还是有区别的，旋挖钻机主要是通过切挖把所钻地层分割成大块岩碴，然后装进钻头体内，而地质钻探主要以冲磨把地层磨成细小颗粒，通过冲洗液携带到地面。所以旋挖钻机施工地层的可钻性指标，最主要的是地层的抗压强度，只要钻机所施加的钻压大于地层的抗压强度，钻齿就能压入地层，从而切割成块，作用在钻齿的压强一定要大于地层的抗压强度，即FSG式中卜压力；S钻齿接触孑L底的面积；G一地层的抗压强
6、度。如果满足以上条件，再优化其他因素，钻进效率就会大大提高，如调整回转速度及钻齿角度等。由上可知，地层越硬，钻进效率越低，因为所需钻压变大，在压力一定时使地层破碎的时间加大。32卸土因素对钻进效率的影响由于所钻地层的成份、结构、含水量等不同，造成钻碴的粘性不同，当钻碴装满斗体提出地面卸土时，其粘性越大，卸土所需时间就越长。旋挖钻机所用钻头种类很多，结构千变万化，对于不同设备机型、不同施工方法和不同地层，要选用不同的钻头。目前旋挖钻机常用的钻头有以下6大类：螺旋钻头、旋挖钻斗、筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击钻头和冲抓锥钻头，每一大类中又有很多品种。钻具的选配对旋挖钻机钻进效率影响很大，应根据所钻地
7、层选取最适合的钻头获得钻进效率最大化。5钻杆的选择对钻进效率的影响旋挖钻机常用钻杆分为两大类一摩阻式和机锁式，摩阻式钻杆主要是靠钻杆键条的之间的摩擦力产生钻压，此种钻杆的特点是：随钻随加压，无需找加压点，提钻杆时无需解锁，操作方便，提、下钻具速度高，但加压力小，在较软地层钻进中使用该类钻杆效率高；机锁式钻杆是通过钻杆每层之间的加压点，对接后把动力头的加压力传到孔底钻具上形成钻压，此类钻杆的特点是：钻进时只有在各层之间的加压点对接后才能产生最大钻压，提升钻杆时前先解锁，且提、下钻速度慢，适合于较硬地层。旋挖钻机施工是一项技术性很强的系统工程，只有充分了解设备性能、所钻地层、场地条件、钻具选择、操
8、作规程等，制订出一套科学的施工方案，才能展现出旋挖钻机施工质量和施工效率高的综合优点。参考文献El-I周红军旋挖钻进技术适用性的初步研究EJ3探矿工程(岩土钻掘工程)，2009，(8)：3945I-2-I于好善中国桩工施工法的里程碑旋挖钻机施工法EJ3，探矿工程(岩土钻掘，【程)，2007，(9)3周红军正反循环钻进与旋挖钻进技术经济性的研究ED3，武汉：中国地质大学(武汉)，2008E4-Tarek M Zayed，Daniel W Halpin，Simulation of BoredPile Construction，Arlington，VA，USA，2001Es3江卫文，霍宗武旋挖钻进技
9、术在广东硬一坚硬岩地区中的应用与创新EJ-中国水运，2008，8(1)E63朱迪斯，黄玉文，史新慧旋挖钻机岩石钻进实验EJ3探矿工程(岩土钻掘工程)，2008，35(3) 营建冠札拭201010(上半月刊)万方数据旋挖钻机钻进效率分析作者： 于好善， YU Hao-shan作者单位： 中国地质大学,北京100083;中国地质科学院勘探技术研究所,河北,廊坊,065000刊名： 建筑机械（上半月）英文刊名： CONSTRUCTION MACHINERY年，卷(期)： 2010(10)参考文献(6条)1.朱迪斯;黄玉文;史新慧 旋挖钻机岩石钻进实验 2008(03)2.江卫文;霍宗武 旋挖钻进技术在广东硬-坚硬岩地区中的应用与创新期刊论文-中国水运 2008(01)3.Tarek M Zayed;Daniel W Halpin Simulation of Bored Pile Construction 20014.周红军 正反循环钻进与旋挖钻进技术经济性的研究 20085.于好善 中国桩工施工法的里程碑-旋挖钻机施工法 2007(09)6.周红军 旋挖钻进技术适用性的初步研究期刊论文-探矿工程-岩土钻掘工程 2009(08)本文链接：http:/
