淺析水磨鉆機的應用

王 力 高虹亮

(1.湖南省送變電工程公司，湖南 長沙 410000；2.三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443000)

淺析水磨鉆機的應用

王 力1高虹亮2

(1.湖南省送變電工程公司，湖南 長沙 410000；2.三峽大學電氣與新能源學院，湖北 宜昌 443000)

介紹了水磨鉆機的構成、原理、適用范圍及操作步驟，提出了水磨鉆機在輸電線路基礎施工中使用的改進措施。

水磨鉆機；輸電線路；巖石基礎

0 引言

輸電線路施工各大工序中，基礎分部工程是耗時最長的工序，占整個線路施工周期的50%，而基礎分部工程中巖石掏挖基礎是耗時最長的工程。如何提高在不爆破施工情況下的巖石掏挖基礎的開挖效率，是目前亟需解決的問題。目前，水磨鉆機廣泛應用于房屋建筑地基施工中，對巖石地質樁基開挖具有絕對優勢。輸電線路巖石掏挖基礎與房屋建筑樁基類似，采用水磨鉆機開挖巖石掏挖基礎具有極強的可操作性。

1 水磨鉆機的構成

水磨鉆機主要由水磨鉆機、水磨鉆筒、專用水泵3部分組成，一般一臺水磨鉆機配備3～5個水磨鉆筒，一個水磨鉆筒上有7個鉆頭。水磨鉆機的高度為150～170 cm；水磨鉆筒外徑為16 cm，內徑為14 cm，壁厚度為1 cm，高度為60 cm；專用水泵外徑為12 cm，高度為40 cm。

2 水磨鉆機的工作原理

在三相電機的高速旋轉下，帶動鉆筒上的金剛石鉆頭與巖石摩擦進行切割。一方面給鉆筒與鉆頭降溫；另一方面增加被磨碎石粉的流動性，并降低鉆筒與巖石的摩擦系數，保證鉆機的正常運行。

水磨鉆法主要是通過水磨鉆機沿基坑徑內沿鉆若干個孔，孔孔相連，鉆孔后取芯，待所有水磨鉆孔連成一個環后，樁芯就與樁壁分離了，形成了樁芯的臨空面，然后對剩余的樁基巖芯進行去分塊操作。在樁芯上鉆一排小孔，然后在小孔內錐入鋼楔子，錘擊鋼楔擠壓巖石，使巖石同時受到鉛錘面上的拉力和水平面上的剪切力作用。當擠壓力大于極限拉力和極限剪力時，巖石沿鉛錘面被拉裂并從底部發生剪切破裂。依次按照分層取芯、破裂、取巖塊的循環工序進行作業，最終達到成孔的目的。

3 水磨鉆機的適用范圍及優缺點

在輸電線路基礎施工中，水磨鉆機可鉆各種堅硬頁巖、青砂石、花崗石、大理石、石灰巖、含鐵礦石等中風化/弱風化巖層。在鉆不同的巖石時，要采用不同的金剛石合金鉆頭。水磨鉆(工程水鉆機)采取人工操作。施工原理：水磨鉆沿著孔樁邊緣鉆一圈，取掉所鉆的芯后，中間部分再采取人工破開除渣(小型掏挖式基礎可直接鉆完)。開挖基礎的尺寸直徑應大于800 mm(保證人員操作水磨鉆機)。其鉆筒標準是高度60 cm，直徑16 cm，即鉆孔一次可達60 cm的深度。用水磨鉆機開挖巖石基礎的效果如圖1所示。

圖1 水磨鉆機開挖巖石基礎效果

其特點是：無噪音、無振動、無污染、無粉塵、效率高、孔壁光滑、尺寸精確且可單人操作。

輸電線路基礎施工絕大部分是在戶外的崇山峻嶺中，水磨鉆機在正常工作中需清水操作。一般每鉆一個60 cm深的孔需清水15 L以上，在施工過程中，每基需配備小型高揚程高壓力的抽水機(現普遍采用果園噴藥機)，才能保證其對水的需求量。

4 水磨鉆機的操作步驟

(1) 在基坑上搭設一個具有一定抗拔能力的鋼管架子，在離地面1.6 m左右的地方橫一塊方木，作為水磨鉆機頂寸的頂點。如在基坑里施工，可用兩根鋼管頂住坑壁，再在鋼管下橫一塊方木作為頂點。

(2) 先將水鉆機放置于要鉆的位置，下面用斜木墊住鋼板，鋼板底部前方左右各一塊，后底部中間位置一塊，方鋼大約與地面呈90°，頂部放置一塊木方，將頂寸轉動牢牢頂住木方，保證水磨鉆機不能有任何的擺動和晃動。

(3) 檢查三相電源是否接牢固，鉆筒應順時針方向轉動，鉆筒轉動時不能有擺動，如果有擺動必須校正鉆筒，查看進水管是否有水進入。

(4) 鉆機方鋼必須抹機油，以此達到自如進行上下滑動的程度。

(5) 開始運轉時，鉆筒底部到達地面大概1 cm位置，左手轉動剎車螺栓鎖牢，右手緊握操作桿，啟動電源，輕輕松動剎車螺絲，操作桿輕輕往下放(鉆筒接觸地面的時候一定要慢)，待鉆筒鉆入地面1 cm左右，方可往下按操作桿。如遇運轉過程中有異常情況發生，應立即切斷電源，查看具體原因，排除后再繼續運轉。

(6) 鉆筒基本要全部鉆入時應注意：待鉆筒頂部距地面1.5 cm左右，即可關掉電源，操作桿往上搖，直至把鉆筒搖出地面(如不能順利搖起鉆筒可啟動電源，在鉆筒轉動的情況下再往上搖，搖出地面后關掉電源)。

(7) 如果鉆筒里面有芯，可將鉆機搖至頂部，鎖牢剎車螺絲，插上固定插銷，用手轉動鉆筒，再用榔頭敲鉆筒，直到芯掉落即可。取掉芯后，右手緊握操作桿，拔掉插銷，松動剎車螺絲，將鉆筒落下距地面大約1 cm處鎖緊剎車螺絲，松動頂寸，將鉆機移動至下一個位置，墊上斜木，頂牢頂寸，再繼續進行操作，以此類推。

(8) 如果要斜鉆(即樁孔為擴大頭型)，可將底部斜木前面墊高，后面墊低，方鋼左右呈90°，方鋼頂部向后傾即可。傾斜角度計算：水磨鉆機按1 500 mm，鉆筒外徑為60 mm；電機或支架超出鉆芯前端80 mm，正常鉆孔時鉆機傾斜角度只有在這種情況下才能不縮孔。水磨鉆機在使用過程中，一定要前高后低，一是保證不縮孔，二是使重心往后，便于單人操作，傾斜角度應保證頂寸放松，只有這樣鉆機才能立穩。

5 水磨鉆機在輸電線路基礎施工中使用的改進措施

在輸電線路基礎施工中，巖石基礎一般都只是掏挖式及挖孔樁，其基礎直徑在1 200 mm左右。供水、移機械、排水成為了水磨鉆機在輸電線路基礎施工使用過程中影響效率的重中之重。

(1) 供水按現在使用的小型高壓抽水機已能完全滿足鉆機的正常使用，只是由于輸電線路的特點，點多線長，鋪設抽水水管麻煩，人力花費較大。

(2) 排水是水磨鉆機開挖風化石類的難點，人工排泥漿水確實耗時過多，這方面還有待改善。

(3) 移機械是每鉆一個孔必需的步驟，其效率直接影響了水磨鉆機的功效，對于輸電線路基礎施工，不管是500 kV還是220 kV或更高級別，其直徑大都在1～1.4 m之間。根據這一特性，可以特做一個固定尺寸的軟道作為水磨鉆機的座子。用14的圓鋼加工成4個圓圈，底部再用鋼管切邊作為底腳，依照尺寸要求焊接即可。圖2為開挖φ1.2 m基礎的軌道座子尺寸圖。

圖2 水磨鉆機底座

使用軌道座子時，水磨鉆機的底座鋼板也應進行相應的加工，在底座鋼板下面兩側的中間位置焊2根大約2 cm長的14的圓鋼(作業時卡入軌道座子的軌道內)，在底座鋼板下面后側焊一螺絲。在水磨鉆機鉆孔前將螺絲擰緊，使水磨鉆機底座與軌道座子成為一個整體，在鉆孔時操作人員也要站在座子上，以此來保證水磨鉆機運行時底座的穩定性。當孔鉆完，在移動機械時，只需將螺絲擰松，用小錘錘擊水磨鉆機底部，當移動到位以后，再將螺絲擰緊即完成水磨鉆機的移動。

6 結語

由于水磨鉆機主要應用于公路、建筑施工以及橋梁與隧道等建筑的樁基鉆孔中，因此頗受人們的關注。所以，本文就針對水磨鉆機的相關應用做了簡要分析，希望可以給相關技術人員提供參考。

[1] 余繼強，易軍.國產全液壓動力頭巖芯鉆機研制相關問題探討[J].西部探礦工程，2007(10)

[2] 龐浩，羅春雷，劉丹.長螺旋鉆機液壓驅動動力頭的設計[J].流體傳動與控制，2008(2)

2014-09-04

王力(1981—)，男，湖北襄陽人，工程師，研究方向：輸電線路工程。