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旋挖钻机在架空输电线路基础施工中的初步应用

旋挖钻机在架空输电线路基础施工中的初步应用


1 前言

旋挖钻机是一种适合于建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、粘性土、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。目前建筑工程常用的旋挖钻机额定功率一般为 125~450kW,动力输出扭矩为 120~400kN·m,最大成孔直径可达1.5~4m,最大成孔深度为 60~90m,可以满足各类大型基础施工的要求。旋挖钻机在二战以前首先在美国问世,二战之后在欧洲得到发展,到了 70~80 年代在日本得到快速发展,中国是在 80 年代初引进了该装置。由于 2003年青藏铁路工程以及北京奥运等工程的带动,旋挖钻机在国内的市场认知度迅速提高,市场需求量急剧扩大,国内的一些大型工程机械企业如三一、徐工、中联重科和山河智能等纷纷涉足旋挖钻机的生产制造。

长期以来,架空输电线路基坑开挖施工主要依靠“人工挖掘”方式,施工效率较低下,安全隐患也较多。随着施工机械的广泛应用,挖掘机等机械设备陆续在大开挖等基础形式中得到了广泛应用。但挖孔基础、掏挖基础限于基础形式,还是以人工挖掘为主要施工方式。

2013 年 11 月,国网公司提出了“全过程机械化施工”的新理念、新要求,并组织开展了输电线路全过程机械化施工技术研究和试点建设工作。同时还针对挖孔基础和掏挖基础的特点,积极推进旋挖钻机的研发与应用。

2 试点工程介绍

青岛张楼 220 千伏线路工程作为国网公司确定的首批 6 个全过程机械化施工试点工程,于 2014 年 8 月开工。线路全长 83.792km,新建铁塔 268基。塔位全部位于丘陵地区,表层约 0.5-1m 深度为粉质粘土,0.5 或 1m至 10m 深度为强风化或中风化花岗片麻岩。综合考虑施工现场地形地质、道路运输等前提条件,该工程确定了 30 基基础使用旋挖钻机进行基坑开挖施工,其中包含 7 基孔桩基础、18 基岩石嵌固基础、1 基掏挖基础以及 4基灌注桩基础。孔桩基础、灌注桩基础采用等截面设计,掏挖基础、岩石嵌固基础底部需扩径。基础孔径分 1m 和 1.2m 两种,桩深 4m-9.9m。针对中风化花岗片麻岩的特点,经充分调研,最终选择了 XR-200L 型旋挖钻机做为试点工程基坑开挖施工装备。

▲ XR-200L 型履带式旋挖钻机

临沂智圣~密州 500kV 输电线路工程是国网公司组织的“全过程机械化施工扩大试点”工程之一。线路全长 113.118km,新建铁塔 272 基,于2015 年 12 月份开工建设。全线地质主要以粉质粘土、碎石土,片麻岩、泥岩和砾岩为主。根据施工现场地形地质、道路运输条件,本工程选取了 98基挖孔桩基础进行旋挖钻机施工试点。挖孔桩基础桩径分 1m、1.2m、1.4m、1.6m 四种类型,桩深 5.8m-10.8m,基础底部均不需要扩径。钻机选取了XRL100 型车载式和 XR-200L 型履带式两种机型。其中 XRL100 型车载式旋挖钻机是针对输电线路基础孔径不大,且桩深较浅的特点设计制造。

3 旋挖钻机特点

XR-200L 型履带式旋挖钻机整机重量 45t,运输尺寸为11.1m×2.6m×3.5m,最大成孔桩径 2m,开挖深度 25m。该型号钻机适用于较复杂地区,爬坡能力强,具有较强的入岩能力。缺点是设备自身重,履带式底盘,自行能力差,进场转场需依靠大型托盘车运输以及配套车辆转运配套工器具及附属设备,设备转运成本较高,在运输过程中对道路的路况及转弯半径要求相对较高,带来的地方协调难度相对较大。根据现场使用统计,XR-200L 型履带式旋挖钻机转场运输需使用托盘车(运输旋挖机)、吊车(吊钻杆)及半挂车(运输钻杆)。拆卸钻杆、钻头,设备装卸车、道路运输、安装钻杆、钻头等作业,耗时较长,大约需要 6 小时。如采取自行走方式进行转场,每小时可行进 1 至 1.5km,但是对 道路会造成一定破坏。

▲ XRL100 型车载式旋挖钻机

XRL100 型车载式旋挖钻机整机重量 27t,运输尺寸为11.8m×2.5m×4.35m,最大成孔桩径 1.2m。与履带式旋挖钻机相比,XRL100 车载式旋挖钻机机型相对较小,轮胎式底盘进场转场更灵活轻便,能够长距离独立自行,可降低转运成本,并大幅度降低地方协调难度。该机型主要适用于土层和强风化岩层,对于中等风化岩施工效率相对较低。

旋挖钻机配置有三种钻头:截齿桶钻、截齿捞砂钻及扩底钻。截齿桶钻适用于中风化、岩石地质的基坑开挖,使用截齿筒钻能在坚硬的岩石周围形成环槽,对岩石进行松动掏空,能够取芯,大幅提高钻进效率,并且结构简单,岩层钻进钻头不易损坏。截齿捞砂钻适用于粘土、强风化等较松软地质的基坑开挖,也可用于中风化地质的基坑开挖。捞砂钻上下底板之间可以回转一定角度,以实现斗底进土口的开启和关闭,土层钻进效率高。底板通过反转可关闭,桶内钻渣不易流出。在破碎岩石时,截齿与岩石接触面积小,容易将其压碎,效率更高。桶钻、捞砂钻每桶钻进深度 0.5m,捞砂钻具备取土功能。扩底钻是专为输电线路基础施工设计,可一次性完成岩石嵌固或掏挖基础底部的扩底施工,扩底产生的余土可利用捞砂钻头取出。(公众号:送变电工程)

▲ 扩底钻

4 旋挖钻机施工流程

(1)复测分坑,确定桩位。

(2)埋设“定位导向桶”,提高挖孔对中准确率,同时可减少钻头在初钻时的摆动。

(3)钻机进场,钻头对中完成后进行钻进开挖。

▲ 旋挖钻机施工全景

(4)钻进过程中钻头斗门打开,随着不停的钻进,斗内土满后斗门关闭,移出坑外倾倒渣土。

(5)在钻至设计要求孔深后,更换扩底钻头进行扩孔施工(设计需要时)。

(6)扩底完成后更换捞砂钻头进行清孔。

(7)成孔后使用测距仪对基坑孔径、孔深进行测量,基坑开挖完成。

5 旋挖钻机施工与传统施工方式的比较

(1)施工风险方面。根据《国家电网公司输变电工程施工安全风险识别、评估及预控措施管理办法》的规定,对深度 3m-5m 的基坑,人工掏挖成孔以及底盘扩底基坑清理作业固有风险等级为 3 级;深度大于 5m 的基坑开挖固有风险等级为 4 级。采用机械钻孔,无需人员下坑操作,固有风险等级为 2 级。采用机械开挖,施工风险大大降低。

(2)资源投入方面。人工掏挖成孔需配置施工人员 8 人,技术员 1 人,共计 9 人。机具设备需要空压机 1 台,风镐 4 台,镐、锹各 8 把,施工车 1台,通风设备一套,通讯设备 4 套,软梯 4 付。旋挖钻机成孔需配置机械操作手 2 人,技术员 1 人,共计 3 人。机具设备需要旋挖钻机 1 台、托盘车、吊车、半挂车各 1 台。使用旋挖钻机施工,所需施工人员少,机具设备投入大 ,这也是机械化施工的特点所在。(公众号:送变电工程)

(3)施工效率方面。人工掏挖成孔,对于强风化岩石地质,整基成孔时间约 48-72 小时;对于中风化岩石地质,如采用爆破松动后人工挖掘,整基成孔时间约 144-168 小时,如采用风镐松动后人工挖掘,整基成孔时间约 192-288 小时。旋挖钻机成孔,强风化岩石地质单坑 0.5 小时成孔,整基 2 小时成孔;中风化岩石地质单坑 2.5-3 小时成孔,整基 10-12 小时成孔。采用旋挖钻机进行基坑开挖,施工效率大大提高。

(4)质量工艺方面。对强风化岩石地质,采用人工掏挖成孔方式 ,无法一次成型,需多次校正,坑口误差率 5%-6%,垂直度误差率 1.1%,超方率 1.5%-2%。采用旋挖钻机成孔方式,可一次成型,坑口误差率 1%,垂直度误差率 0.8%,超方率 0.8%。对中风化岩石地质,采用人工掏挖成孔方式 ,无法保证坑口、坑深精确尺寸、坑壁保护不完整,超方率 4%-5%。采用旋挖钻机成孔方式,可一次成型,坑口误差率 0.8%,垂直度误差率 0.5%,超方率 0.4%。采用旋挖钻机进行基坑开挖,施工质量可得到有效保证。(公众号:送变电工程)

(5)社会经济效益方面。旋挖钻机、托盘车等设备租赁费用约 5000-8000元/天,油耗费用约 2500 元/天,另外根据地形地貌条件的不同,使用旋挖钻机还需要额外支出道路修整、青苗赔偿等费用。综合来看,旋挖钻机与传统施工方式相比较,目前经济效益尚不明显。同时,旋挖钻机自身较重,对道路条件要求较高,大部分山区塔位、乡村道路、桥梁不能满足钻机运输条件。

6 结论

通过两个试点工程对旋挖钻机的初步应用,能够充分感受到机械化施工所带来的施工过程的高效,以及对施工安全、质量的可靠保障。虽然现阶段受各种条件的限制,旋挖钻机在输电线路基础施工过程中还不能大面积推广应用,但随着用工成本的不断增加,用工资源的逐渐减少,更多的采用机械化的施工方法必将成为今后输电线路工程施工的发展方向。

END


旋挖钻机在架空输电线路基础施工中的初步应用 2018-12-29 本文被阅读 450 次
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