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挖掘工法施工質量之打滑

時間:2019-06-11 15:51   作者:地星機械設備 點擊:
     打滑現象:無負載、不進尺、效率低。
     原因分析:單斗過深、鉆具缺陷、配置低。
     預防措施:控制單斗鉆深、優化鉆具、提升配置。
     解決方案:操作控制(正反轉持續加壓)、更換小直徑鉆具/追螺旋、配置升級。
    一、打滑類型:
    1、軟塑打滑:旋挖鉆機配置摩阻鉆桿,底式鉆具,采用泥漿靜壓工藝或地下水豐富時,鉆進極限承載力2000kPa以內的塑性地層時,出現無扭矩負載,加不上壓,也不進尺的現象,此現象為軟塑托底打滑。
    2、硬塑打滑:硬塑打滑現象與軟塑現象是一樣的,只是地質強度升為300kPa左右硬塑地質。
    3、泥巖打滑:泥巖強度400kPa或更高時,鉆進阻力進一步提升,如配置摩阻鉆桿,打滑時動力頭扭矩略有負載,但加不上壓,能進尺但非常緩慢。如配置機鎖桿,機鎖后,扭矩負載上升,即使前部履帶被頂起,依然不進尺或進尺緩慢,提鉆觀察鉆底有塞齒糊鉆現象。
    二、打滑原因分析
    1、軟塑打滑分析
    (1)塑性:流塑、軟塑及可塑地質是造成托底打滑的重要原因,如淤泥、黏土、粉質黏土,甚至粉土等,可塑性強,粒徑細膩,摩擦系數小,都是造成打滑的重要因素。
    (2)潤滑:水或泥漿具有潤滑作用,是造成打滑的必要原因之一。
    (3)傳壓:摩阻鉆桿是通過扭矩負載產生的摩擦阻力傳遞加壓力,一旦鉆斗不能提供扭矩負載,摩阻鉆桿將無法傳遞軸壓。
    (4)面接觸:使用底式鉆斗,如單底土斗、雙底撈砂斗甚至開體鉆斗,底式鉆斗可形成面接觸(托底),是造成打滑的因素之一。
   (5)軟塑打滑過程
    ①單斗鉆深過多:單斗進尺深度過多,切削下的鉆渣無法進入鉆體,會在斗齒前后部位形成“餅狀”鉆渣(熟稱糊底),把鉆齒包圍其中,造成鉆齒未能埋深被切削的巖土中或埋深較少,未能提供足夠阻力固定旋轉底,反轉關閉底門時,旋轉底與固定底一起旋轉,底門未關閉。
    ②鉆渣掉出:提升過程中在泥漿阻力下渣土掉出。
    ③孔底鉆渣:掉落在孔底的松散鉆渣,呈高低不平狀態。
    ④托底:二次下鉆,鉆斗把孔底高低不平的鉆渣擠壓整平,因此二次復鉆起初可進尺十幾厘米。
    ⑤鉆齒失去作用:由于掉落在孔底的塑性鉆渣已被切削郭,呈松散狀態,鉆齒插入松散的渣土,渣土隨鉆齒一起轉動,因此鉆齒失去了切削作用,鉆斗旋轉底板與渣土面接觸,擠壓托底層,底板與孔壁間距小無處溢流,在泥漿潤滑作用下,形成打滑。
    ⑥轉動/晶質托底層:在斗齒作用下,部分渣土與鉆斗隨動轉動,高于斗齒長度的渣土為靜止狀態。由于鉆斗未能給摩阻鉆桿提供反作用力,因此摩阻鉆桿不能產生摩擦阻力,也就無法傳遞加壓力。
    2、硬塑打滑原因分析
    (1)地質強度:極限承載力達到300kPa的硬塑地質時,由于地質強度增加,導致鉆進阻力提升,如鉆具存有缺陷,接觸面增加,鉆齒接地比壓下降,在泥漿潤滑作用下,很有可能產生打滑現象。
    (2)掉渣托底:由于地質強度升高,導致鉆進阻力提升,鉆齒不易切入地質,鉆齒埋深于被切削巖土的深度淺,當反轉關閉底門時,斗齒未能提供足夠阻力來固定旋轉底,因此,旋轉底隨固定底一起反轉,底門未關閉鉆渣掉出,便形成了硬塑托底打滑。
    (3)泥巖打滑原因分析:泥巖強度進一步提升(或不可塑),達到軟巖或較軟巖的范圍,泥巖打滑主要是沒有根據泥巖強度進行同步升級,如機型、鉆桿類型、鉆具、操控及大孔徑等因素,在泥漿/地下水潤滑或軟化作用下打滑。
    三、預防打滑措施
   1、軟塑打滑預防措施
    操作控制:軟塑托底打滑是由底門未關閉掉渣造成的,因此預防軟塑打滑應從操作控制入手。
    操控方面重點控制單斗鉆深,通過監控顯示器深度儀,二次下鉆,鉆斗至孔底的實際深度開始累計,以1m樁徑為例,常規雙底鉆具單斗鉆深60cm左右為宜,鉆深快到預設上限前約5cm—10cm,輸出一次長行程軸壓,讓鉆齒更多埋深于被切削的巖土中,達到預設鉆深厚,在有鉆進阻力時反轉,鉆齒為旋轉底提供阻力,固定旋轉底板,鉆體及固定底旋轉,底門閉合。
    2、硬塑打滑預防措施
    (1)操作控制:地質強度提升,如動力頭高轉速輸出,鉆齒還未切入地質即一轉而過,不可能實現高效率切削鉆進,勢必造成打滑。
    正確的操控方式應降低發動機轉速,不但可以實現動力頭低轉速易于切削,還可節能降噪易于控制,加壓方式初段為持續加壓,當負債上升改為跟進式點加壓,當接近預計單斗最大鉆深前,最后一次長行程加壓,致使鉆齒埋深于被切削的巖土中,當扭矩負債由重逐漸變輕,被切削鉆渣絕大部分進入鉆體內,反轉關閉底門,鉆齒提供阻力固定旋轉底,固定底旋轉將底門閉合,防止鉆渣掉出,避免托底打滑。
    (2)優化鉆斗:優化鉆斗可提升鉆進能力,降低鉆進阻力,保持切削連續性,清楚因鉆斗缺陷造成的阻力打滑。
     優化鉆斗包括:鉆斗類型及直徑選配,鉆齒類型及型號選配,導向齒類型及型號選配,鉆齒切削順序、連續性(非對稱進渣口、落差、間距、傾斜、互補)、角度、裙邊齒、進渣口尺寸等等……
    3、泥巖打滑預防措施
    (1)主機配置:根據地質強度進行主機配置,如機型、鉆桿、鉆具、鉆齒及導向齒類型配置,可提升鉆進能力,消除因配置低導致的鉆進能力低造成的打滑。
    強度<400kpa的泥巖,可配置摩阻鉆桿,直徑800mmV19、V20、25T及寶峨FZ80鉆齒;強度大于400kpa泥巖需配置機鎖鉆桿,小于600kPa的泥巖可選用C31截齒;大于600kPa的泥巖選用30/50.19mm合金截齒(也可選加長齒);泥巖強度大于800kPa選用筒鉆取芯。
    (2)施工工藝:如能實現干成孔工藝,將消除地下水或泥漿潤滑作用,增加鉆齒與巖土摩擦系數,以及泥巖被地下水/泥漿軟化,造成的塞齒、糊鉆而引發的打滑。
    (3)分次成孔:隨樁徑增加,降低了鉆齒接地比壓值,即降低了鉆齒切削/破碎能力,可通過分次成孔降低阻力,消除打滑。
    (4)優化鉆具:如鉆具存有缺陷,可增加鉆進阻力,形成塞齒、糊鉆、單斗鉆深淺,鉆不進形成打滑,可優化鉆具,提升鉆進能力,至于鉆具如何優化就不再贅述。
    四、打滑解決方案
    1、軟塑打滑處理方法
    持續加壓+正反轉:軟塑、可塑地質發生打滑,首先通過顯示器上的深度儀確定提鉆與復鉆深度差,即托底層厚,如托底層澆薄幾厘米至十幾厘米,可使用持續加壓+動力頭正反轉操作方式,通過正反轉瞬間產生的阻力向下傳遞軸壓,將托底層渣土擠壓至鉆斗與孔壁之間的孔隙,直至鉆齒接觸到孔底原端面,產生反作用力,摩阻鉆桿傳遞軸壓,軟塑托底打滑消失。如果托底層較厚,建議更換小直徑或錐螺旋鉆具,一斗即可。
    2、硬塑打滑處理方法
    更換鉆具:如硬塑地質發生打滑現象,通過顯示器深度儀確認托底層厚,如果托底層只有幾厘米可采用持續加壓+正反轉處理方法;如托底層較厚,由于硬塑地質強度高、流動性差,因此建議更換螺旋鉆具或小直徑進行處理。
    錐螺旋下部為椎體可將托底層向兩側擠壓,此外,錐螺旋的進渣方式與底式鉆具不同,可清楚托底層;小直徑鉆斗與孔壁之間的間距增大,可將托底層向兩側及向上擠壓,因此不存在托底現象,鉆進一斗提鉆后,中間位置中空,更換原鉆頭二次下鉆,托底層在擠壓機旋轉作用下,進入小鉆頭“凹”形中間,邊齒切削兩側原土臺階,產生阻力即反作用力,摩阻鉆桿傳遞軸壓,消除打滑。
    3、泥巖打滑處理方法
     由于泥巖強度跨度范圍較廣,因此需根據泥巖的具體強度(極限承載力或單軸抗壓強度)及樁徑,確定主機配置、鉆具優化、施工工藝、操作方式及分次成孔等,結合多方面因素,找出導致問題的關鍵點,進行優化升級,采取對應措施。
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