[分享]简析旋挖钻斗的设计与应用

原作者： 徐州筑路机械有限公司　宋雨　吴兆成　韩立华
近几年来，旋挖钻机以其高效、环保、成孔质量高、机械化程度高及适应地层广泛等特点，桥梁、铁路、高速公路等建设项目工地随处可见不同规格旋挖钻机的身影，该类设备深得施工单位的青睐。但由于国土辽阔地层多变，所施工的地质条件复杂莫测，具体施工过程中对于不同的地层结构，其施工技术要求也各有差异，因此面对不同的地质条件如何科学选择以及合理的使用结构各异的钻头，是保证地基施工顺利进行的关键。
旋挖钻机使用的钻头主要包括旋挖钻（回转）斗、螺旋钻头和岩石钻头。其中旋挖钻斗的使用最为广泛，主要用于不含砂石或者含很小颗粒砂石较软地层的施工。螺旋钻头则主要用于风化基岩和粒径不大的砾石层。岩石钻头用于大的漂石层和硬质岩石层的施工。本文就使用较为广泛的回转斗结构作些阐述。
旋挖钻斗由连接座１，开合机构３，斗体４，斗底５，扩孔机构２等几部分组成。如图１所示。
其中连接座与钻杆通过连接销相连，开合机构通过动力头承撞体的下移运动下压承撞杆，承撞杆带动钩板实现斗底的开合，同时通过限位杆限制承撞体的下移距离，确保斗底完全打开而又不会引起相关零部件的损伤。根据施工经验斗体结构一般设计为正台体结构，根据不同的地质条件也有使用直筒结构的场合（较为少见）。对于不同的土质条件（含砂量的多少），斗底可做成单底板钻斗或双底板捞砂钻斗。分别为图２和图３所示。
图２中斗底下方有对称布置的２扇仅可向斗内方向打开的合页门，当钻斗钻进时，孔底切削下来的土、砂经合页门压入斗内；在提钻时，在斗内泥砂重力的作用下，两扇门向下关闭，以阻止砂土漏回孔内。该结构制造简单，节省材料，使用方便。但如果土层松散，重力作用不十分可靠时，就会发生合页门关闭不严，造成砂土漏回孔内的后果，从而降低了钻进效率，同时会对施工结束前孔底的清洁工作带来不利的影响。为了克服上述弊端，人们又设计出双底板捞砂钻斗见图３，其特点是斗底由固定斗底与活动斗底组成。每次旋挖作业结束活动斗底可以相对回转一个角度，以实现斗底进泥沙口的完全打开与关闭。设计回转角度和开门大小以确保活动斗底关闭状态不漏土为宜。当钻杆旋转带动钻斗顺时针旋转钻进时，底部的进口为开放状态，其活动斗底开、闭的位置由固定斗底上的限位块决定，欲提升钻杆时，钻杆势必带动钻斗逆时针旋转一定角度，由于泥土的阻力作用活动斗底保持不动，斗体连同固定斗底相对活动斗底旋转而关闭泥沙进口，使斗内泥砂全部封闭在钻斗内。
根据图２、图３结构的差别，旋挖钻机施工过程中，可根据地质状况的差异选择不同斗底形式的钻头。单底板土层钻斗适用于粘土层及干孔条件下的施工。双层底的旋挖钻斗主要适用于流沙层作业，砂土、胶结较差粒径较小的卵石层，湿孔钻进条件下使用双层底旋挖钻斗也可有利于孔底的清孔施工。施工实践已证明在复杂地层中，双层底钻斗的钻进效率及孔底清洁度明显优于单层底钻斗。
另外，斗齿的分布、个数及焊接角度也是旋挖钻斗提高作业效率的关键，直接关系到斗齿的磨损快慢和钻进效率。斗齿的个数及分布需保证在钻孔切削面内载荷基本一致，避免断齿现象。尤其要注意边齿的形状和焊接位置，因为该齿处于切削的最外层，无论载荷、磨损作业环境却恶劣，其焊接角度随地质状况的不同需要及时调整，只有及时掌握所施工地层的具体情况，通过不断探索、研究才能积累更多的经验，充分发挥旋挖钻机的潜能。