旋挖机(Rotary excavator)别名:旋挖钻机,是一种适用于桩基础成孔施工的高效施工钻机。主要应用于铁路、公路、桥梁和建筑的工程桩基础施工。
旋挖机开始生产是在
第二次世界大战前,
美国最早,其次
意大利、
德国等
欧洲国家开始研制,并逐步发展。20世纪70年代传到了
日本,得以继续发展。20世纪80年代初,该设备传到了
中原地区。
旋挖机设备主要部件包括
发动机、马达、液压系统、控制系统、底盘等,是一种新兴的钻孔灌注桩的施工设备。其能适用于黏土、淤泥质土的土层,也能适用于部分中微风化岩层。根据旋挖机输出功率的大小,可将其分为小型机、中型机、大型机三类。三类设备的发动机功率、钻孔的直径、钻孔的深度及机身质量等方面都不同。
发展简史
世界
旋挖机开始生产是在
第二次世界大战前,
美国最早,其次
意大利、
德国等
欧洲国家开始研制,并逐步发展。20世纪70年代传到了
日本,得以继续发展。由于国外对旋挖钻机的研究较早,所以国外的相关技术是要优于国内相关技术的,这些优势可以从旋挖钻机的结构和功能方面看出。在该项技术领域内比较出名的国外旋挖钻机生产企业包括德国的宝峨公司,意大利的土力公司等,这些公司都研制出了标志性的旋挖钻机产品,都有自己的技术特点,广泛应用于建筑工程施工中。国外研制的旋挖钻机存在一些共同点,首先,他们的机械内部都没有配备摇管装置,但是普遍配备了需要两三个液压马达才能驱动的扭矩动力头。其次,机械内部的液压系统都是采取恒功率变量进行控制,配有专业的检测系统和自动报警系统,这样就能帮助检修人员及时发现机械本身存在的问题,并及时解决问题,保证施工进程。最后,还配备了先进的监控仪表,能够对施工过程中的各项数据进行监控和记录,例如钻孔的深度和直径,通过分析这些数据能够实现对机械的有效管理,保证了施工效率和施工质量。从客观角度来看,我国当前的钻机制造技术和国外先进水平还存在一定差距。
中国
国产旋挖钻机起步于上世纪80年代,1988年北京城建工程机械厂开发了履带
起重机附着式旋挖钻机,20世纪90年代中期郑州勘察机械有限公司从英国BSP公司引进附着式旋挖钻机的生产技术,但由于此技术比较落后,配套起重机协调困难,没有形成批量生产。1998年
徐工集团开发成功了国内第一台真正意义上的旋挖钻机,但受到当时国内
发动机、液压件、钻杆、动力头等配套件及使用的限制,也没有批量生产。
2003年以前我国的旋挖钻机主要以进口为主,价格昂贵,只有少数有实力的基础施工企业购买。
青藏铁路的建设一方面展示了旋挖钻机的优越性,另一方面也提醒了国内的生产厂家,基础施工机械也有很大的发展空间。其后一些企业纷纷开发旋挖钻机,如北京
三一重机有限公司、北京南车、湖南山河智能、
福田雷沃国际重工股份有限公司等,国产旋挖钻机的开发成功大幅度降低了旋挖钻机的价格,打破了进口旋挖钻机一统天下的局面,使更多的用户买得起旋挖钻机,并且通过购买旋挖钻机也取得了较好的经济效益,这种相辅相成的关系极大地推动了旋挖工法在我国的应用。
国产旋挖钻机整机的主要性能已接近或达到国际先进水平。中国已能生产从6tm到40tm大中小型多种规格的旋挖钻机。根据市场需要,山东鑫国重机、郑州川岛、浙江振中等公司开发的小型旋挖钻机在工民建桩基础施工领域取得了非常好的业绩,小旋挖定位准确,使用成本低、维修方便、回报快,非常适合小型施工单位。
中国中车集团、
徐工集团、三一等公司开发的大型旋挖钻机应用在
长江、
黄河大型桥梁桩基础施工,大大提高了施工效率,缩短了工期。从2006年开始国产旋挖钻机占领了国内市场。据桩工机械分会统计,2006年中国旋挖钻机的销量350台左右,2007年450台左右,2008年900台左右,2009年1200台,2010年达到1700台。目前中国已是世界上最大的旋挖钻机生产国和使用国。
基本原理
旋挖机是一种适用于桩基础成孔施工的高效施工钻机,目前在国内被越来越广泛地使用。旋挖机成孔是在泥浆护壁的条件下,旋挖钻机上的转盘或动力头带动可伸缩式钻杆和钻杆底部的钻头旋转,用钻斗底端和侧面开口上的切削刀具切削岩土,同时切削下来的岩土从开口处进入钻斗内。待钻斗装满钻屑或岩块后,通过伸缩钻杆把钻头提到孔口,自动开底卸渣,再把钻斗下到孔底继续钻进。如此反复,直至钻到设计孔深。旋挖机成孔具有效率高、泥浆用量少、入岩能力强的显著优点。
基本构造
旋挖机采用了先进的液压新技术和新工艺,设备主要部件包括
发动机、马达、液压系统、控制系统、底盘等,是一种新兴的钻孔灌注桩的施工设备。其能适用于黏土、淤泥质土的
土层,也能适用于部分中微风化岩层。
底盘和卷扬
旋挖机底盘设计为可伸缩型,整体厚重,采用履带式液压底盘的重心低,履带作用面宽,因此机械整体稳定,不易倾翻。卷扬采用能确保钢丝绳寿命的大滚筒卷扬平台,其能将主卷扬和副卷扬在回转系统上安装,减小了倾翻的作用力,降低了倾翻的风险。
旋挖钻机的底盘一般都是采取液压驱动技术,以刚性焊接车架和履带为基础进行驱动。总体来说,钻机底盘包含了两个部分,车架和驱动装置。驱动装置主要是由履带张紧装置、履带总成、不同类型的轮子和制动器所组成的,这些结构之间的关联协作,实现了钻机的驱动和制动。
旋挖钻机的底盘类型较多,根据功能进行分类可以分为液压底盘、起重机底盘、汽车底盘等等,这些底盘分别对应不同的地形,通过合理更换底盘能够让旋挖钻机更好的进行工作。例如,液压底盘的伸缩性较好,能够适应多种复杂地形,更加方便进行施工;起重机底盘则是在设备上配备了专门的伸缩性结构和框架结构,通过应用这些设备就能让旋挖钻机兼做履带式起重机,这样不仅能够节约施工成本,还能降低施工难度,提高施工效率;采用履带式底盘的旋挖钻机运行速度较慢,且在运行过程中还会对路面造成损害,这个时候就运用专门的汽车底盘就能有效解决这些问题,提高钻机的行动力。
钻杆
钻杆是旋挖钻机的重要组成部分,根据结构特点和功能特点可以将其分为两种类型,内摩阻式外加压伸缩钻杆和自动内锁互扣式外加压伸缩钻杆。第一种类型的钻杆更加适用于软土层施工,具有较高的工作效率。而第二种类型的钻杆具有较强的动力,这样就能提高钻杆传达到钻具的压力,所以这种类型的钻杆更适用于硬岩层施工。为了提高施工效率,现在的旋挖钻机一般都会配备两套不同类型的钻杆,以便满足各类地质的施工要求。但是如果要将压力通过钻杆传递到钻头上,对工作人员的操作也是有一定要求的,只有采取合理的施工方式才能发挥出更好的施工效果。
辅助支腿
普通钻孔设备不配备辅助支腿,但国内多种类型的旋挖机已经开始设计支腿系统。支腿为液压系统,采用变形结构,可以自动伸缩,当收缩时,正常作业将看不见。适用该设备,能确保维修保养时设备的稳定。
运输和拆装
旋挖机需从工厂运输到工地,其长度大,重量重。若每次完全卸掉,然后重新安装,必然浪费大量的时间、人力和物力。因此部分旋挖机设计的桅杆能伸展和收缩,甚至可以折叠,这使得不用大量的拆卸就可以实现用平板车运输的功能。
液压系统
液压系统,安全节能。整机操纵采用专用的组合式先导控制,配合电控系统实现钻孔与移位变幅功能动作互锁,操作灵活,控制精确,施工安全。钻桅起落,动力头加压等动作采用独特的小流量LS控制和电比例控制;操作平顺性好;微动性能和自动控制功能强。动力头采用自动变量马达,能自动根据负载改变输出扭矩与速度,自适应性强。
控制系统
采用嵌入式
工程机械电控系统,功能齐全,先进可靠,维护方便。针对旋挖钻机施工工艺,应用863科技成果,采用高可靠性的嵌入式工程机械控制器和真彩LCD显示屏,融合
虚拟仪表技术的电子控制系统,控制平稳、快速、精确,系统升级自主,维护便捷。全中英文
人机交互友好、操作简便、使用可靠。
动力系统
采用高压共轨、电控直喷、涡轮增压、空中冷技术的
发动机,油耗低、排放低、噪声低、振动小。
动力头系统
动力头设计润滑可靠,动力强劲。其具有超强的钻进扭矩,配备减速机和马达。其强化迅速散热和高度润滑,因此配备了循环的润滑系统和冷却装置;其对易损件材料用料考究,合理设计易损件的结构,确保动力头的易损件不会破坏,从而保证工作可靠。控制系统采用变量泵,根据不同地质,自动改变其扭矩和钻进速度。采用高速抛土功能的动力头,对于钻黏土层、钻小孔、长螺旋钻进,抛土效果更为明显。
基本分类
综述
根据旋挖机输出功率的大小,可将其分为小型机、中型机、大型机三类。三类设备的
发动机功率、钻孔的直径、钻孔的深度及机身质量等方面都不同。
小型旋挖机
从市场上厂家了解,小型旋挖机现在市场上已很少使用,因为其能成孔的孔径受限,基本在0.6~1 m,常用的是0.6 m,深度最大不超过30 m,常用的是25 m,因此不太适应于当今市场上广泛采用的桩型,小型旋挖机的市场占有率仅为10%。
中型旋挖机
中型旋挖机现在市场上使用很多,主流规格是20-30机,孔径基本在1~2m,常用的是Im,深度最大不超过60 m,常用的是48 m,当前在公路、铁路、港口、码头、
建筑工程等地方使用,中型旋挖机的市场占有率达到70%以上。
大型旋挖机
大型旋挖机现在市场上使用也不多,因为其主流规格是30-46机,孑L径基本在2~3m,常用的是2m,深度最大不超过90 m,常用的是75 m,当前仅在大型桥梁、大型建筑等地方采用,大型旋挖机的市场占有率20%左右。
技术参数
以上参考资料:
特点
技术特点
低成本
由于采取了非水介质取土,只需要少量泥浆护壁和清孔,减少了泥浆的需求和排放,减少了环境污染,降低了施工成本。
成孔速度快
与传统的循环
钻孔机相比优势明显,这样就有效地保证了工程的进度。旋挖钻机的履带机构可将钻机方便地移动到所要到达的位置,而不像传统循环钻机移位那么烦琐。由于钻头的拆卸方便,可以根据
土层的变化和钻进的需要随时更换钻头,加快了钻进速度,扩大了工艺的适用范围。
桩孔对位方便准确
这是传统循环钻机根本达不到的,在对位过程中操作手在驾驶室内利用先进的电子设备就可以精确地实现对位,使钻机达到最佳钻进状态,有效地保证了成孔的各项指标。
施工效率高
伸缩式钻杆的使用,避免了钻杆的频繁装配,减轻了劳动强度,加快了工程进度。
安装简单
钻孔机的安装比较简单,在施工场地移动比较快捷方便。
环保
噪声低、振动小、污染小。
性能特点
旋挖钻机主要适宜砂土、黏性土、粉质土等
土层施工,在灌注桩、连续墙、
基础加固等地基基础施工中应用。综合国内外成功的案例可以得出,旋挖机能成孔的孔径有:0.7、0.9 m、1m、1.2 m、1.25 m、1.5 m、1.8 m、2.2 m、2.5 m;孔深最大可达60 m以上,入岩能力超过100 MPa。
破土能力
旋挖机具备破岩能力,可以高达100 MPa以上,因此对抗土体,旋挖是非常容易的。
破岩能力
旋挖钻机的额定功率为125~ 450 kW,动力输出扭矩为120~ 400 kN·m,最大成孔直径可达1.0~4 m,最大成孔深度为60~ 90 m。
应用领域
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的桩工机械,主要应用在铁路、公路、桥梁和建筑的工程桩基础上,适于砂土、黏性土、粉质土等
土层施工,在灌注桩、连续墙、
基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。随着经济发展,社会进步,科学研究的深入,用旋挖桩法代替传统的人工挖孔桩、冲孔桩等工艺成为了工程技术发展的必然趋势。
标准规范
制造商与品牌
中国品牌
徐工集团
徐工集团前身是1943年创建的八路军鲁南第八兵工厂,是中国
工程机械产业奠基者和开创者。据该集团官网产品中心可查,截止2023年,徐工集团现有桩工机械产品分为旋挖钻机、地下连续墙液压抓斗、双轮铣槽机、双轮铣削搅拌机、静压桩机、全回转套管钻机等,各类产品型号丰富。
三一重工
三一集团始创于1989年。
三一重工于2003年7月3日上市,是中国股权分置改革首家成功并实现全流通的企业。2023年7月,中国工程机械《2022年最具影响力产品》榜单火热出炉,三一SR435-S旋挖钻机荣登榜单,获得2022年度最具影响力产品称号。
中联重科
中联重科创立于1992年,主要从事
工程机械、农业机械等高新技术装备的研发制造。中联ZR系列旋挖钻机,秉承经济、高效、可靠和智能的设计理念,采用先进成熟的液压系统、国际知名品牌的动力传动及控制元器件和中联多项专利技术,具有作业范围广、施工效率高、动力强劲、性能稳定、可靠性高、安装简便等特点,是目前基础工程**理想的施工设备。
国外品牌
意大利土力公司
意大利土力公司(SOILMEC S.p.A.)隶属于当今世界上两大跨国基础工程承建商之一的意大利TREVI集团,是从事基础
地基施工设备开发、制造的专业公司,产品包括大直径钻孔机、锚固钻机、地下连续墙液压抓斗、振动锤、隧道施工机械等。
发展趋势
桩工机械是我国对地基基础机械的传统称呼,泛指用于桩基础工程施工的专用技术设备。桩工机械在各类建筑物的地基改良、地下工程施工、土木建筑、交通运输、水利防汛、环境保护等各种基础设施的建设中均有广泛的用途。旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的桩工机械,主要适于砂土、黏性土、粉质土等
土层施工,在灌注桩、连续墙、
基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。国内外大型旋挖钻机发展趋势良好,在设计大型旋挖钻机中会遇到很多的难题,针对大型旋挖钻机吊锚架的设计,用新型的桁架式结构替代了传统的板式结构,提高了吊锚架的刚性,减轻了吊锚架的重量,对整车的稳定性和轻量化起到了积极的作用。
注意事项
旋挖桩施工前,工程项目经理或技术负责人必须向承接旋挖桩的专业分包商进行安全技术的口头和文件交底。
所有旋挖桩施工用电设备的用电负荷总值必须要小于总配电柜所能承载的总值。
施工前分包公司应提前把各用电设备的负荷总值统计好报给我项目部工程负责人。
现场机械设备必须要保证一个合闸控制一台机器,一台机器设置一个
漏电保护器,所有用电设备必须保证好接地接零保护。
作业前,必须整理好地面机械的缆线,严禁成堆堆放和就地随意铺设,必要时,要进行架空处理。
旋挖桩施工前,钻孔场地在旱地且施工期间地下水位在原地面以下大于1m时,应平整场地,清除杂物,更换软土,夯填密实。