旋挖鉆機的發(fā)展及應(yīng)用

旋挖鉆機是一種適合在建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機械，具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活、施工效率高等特點，適應(yīng)我國大部分地區(qū)的

土壤地質(zhì)條件。配合不同鉆具，適應(yīng)于短螺旋、回轉(zhuǎn)斗及巖層的成孔作業(yè)。對干硬性黏土可不用穩(wěn)定液護壁的干式旋挖工法，一般的覆蓋層采用靜態(tài)泥漿護壁的濕式

旋挖工法，它廣泛應(yīng)用于橋梁、市政建設(shè)、高層建筑等基礎(chǔ)的鉆孔灌注樁工程。

1旋挖鉆機的發(fā)展歷史

旋挖鉆機在二戰(zhàn)以前在

美國卡爾維爾特公司問世，二戰(zhàn)之后在歐洲得到發(fā)展。1948年意大利邁特公司首先開始研制，接著意大利、德國開始發(fā)展，到了70～80年代在日本得到快速

發(fā)展，當(dāng)時日本稱之為回轉(zhuǎn)斗成樁，也叫阿司特利工法（Earth

Drill），在德國、日本這類工法相當(dāng)普遍。我國在80年代初從日本引進過工作裝置，

配裝在KH-125型履帶起重機上。1984年，天津探礦機械廠引進美國RDI公司的旋挖鉆機并進行消化吸收。1988年北京城建機械廠根據(jù)土力公司

（SOILMEC）的樣機開發(fā)了1.5ｍ直徑的履帶起重機附著式旋挖鉆機。1994年鄭州勘察機械廠引進英國BSP公司附著式旋挖鉆孔機的生產(chǎn)技術(shù)，但都

沒有形成批量生產(chǎn)。1992年寶峨公司在北京設(shè)立了代表處，開始了對華的業(yè)務(wù),并于1995年在天津成立了獨資子公司寶峨天津機械工程有限公司，組裝適合

中國市場的寶峨BG20型旋挖鉆機。1998年在上海又成立了中德合資上海寶峨金泰工程機械股份有限公司,生產(chǎn)組裝BG15型旋挖鉆機。最近幾年我國旋挖

鉆機取得了快速發(fā)展，目前國內(nèi)生產(chǎn)旋挖鉆孔機廠商有十余家，主要有徐工科技、三一重工、北京經(jīng)緯巨力、河北石家莊煤機、湖南山河智能、杭州天銳、北方重

汽、哈爾濱四海、鄭州金牛、連云港黃海、蘭州通用、新河鉆機等。國外主要生產(chǎn)廠商有意大利意馬（IMT）公司、CMV公司、邁特公司、土力公司、德國寶峨

公司、芬蘭永騰（JUNTTAN）、日本日立、日車、神鋼等。2旋挖成孔的工藝優(yōu)勢

1）廣泛的適應(yīng)性在硬土地層，由于傳統(tǒng)鉆機的自重有限，不可能給鉆頭施加更大的進給壓力。而旋挖鉆機由于采用動力頭裝置，動力頭的給進力加上鉆桿的重量，鉆進能力強。據(jù)統(tǒng)計，在相同的地層中，旋挖鉆機的成孔速度是轉(zhuǎn)盤鉆機的5～10

倍。

2）良好的環(huán)保性目前國內(nèi)傳統(tǒng)鉆機多采用連接鉆桿形式和掏渣桶掏渣，在鉆進過程中多采用泥漿循環(huán)方式，泥漿對于這類鉆機起潤滑、支護、置換和攜帶鉆渣

的作用。隨著對城市建設(shè)環(huán)保要求愈加嚴(yán)格，傳統(tǒng)鉆機面臨更大危機。而旋挖鉆機采用動力頭形式，其工作原理是用短螺旋鉆頭或旋挖斗，利用強大的扭矩直接將土

或砂礫等鉆渣旋轉(zhuǎn)挖掘，然后快速提出孔外，在不需要泥漿支護的情況下可實現(xiàn)干法施工，即使在特殊地層需要泥漿護壁的情況下，泥漿也只起支護作用，鉆削中的

泥漿含量相當(dāng)?shù)?，這使污染源大大減少，進而降低了施工成本，也改善了施工環(huán)境，成孔效率高。3）提高灌注樁的承載力由于旋挖鉆機的特

殊成孔工藝，它僅需要靜壓泥漿作護壁，所采用的泥漿一般用膨潤土、火堿、纖維素等配置，在孔壁不形成厚的泥皮。此外由于鉆頭的多次上下往復(fù)，使孔壁粗糙、

不易產(chǎn)生縮徑。與傳統(tǒng)的鉆孔灌注樁相比，旋挖鉆孔灌注樁的承載能力提高。

3結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)進步

1）旋挖鉆機的底盤底

盤可分為專用底盤、履帶液壓挖掘機底盤、履帶起重機底盤、步履式底盤、汽車底盤。履帶專用底盤結(jié)構(gòu)緊湊、運輸方便、外形美觀、造價高。履帶起重機底盤工作

裝置采用附著型式，主臂分為可伸縮箱型結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，可兼作旋挖鉆機和履帶式起重機，節(jié)約設(shè)備投資。步履式底盤一般為三支點液壓步履式行走支架、穩(wěn)定性

好、但移動運輸不夠方便、造價低，目前國內(nèi)少數(shù)廠家采用。80年代國外曾采用過汽車底盤，是以重型載重汽車底盤為基礎(chǔ)，工作時放下支腿。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的

旋挖鉆機絕大多數(shù)使用專用底盤，只有少數(shù)使用挖掘機底盤或起重機底盤，這些底盤在設(shè)計上沒有兼顧旋挖鉆機施工特點，在穩(wěn)定性方面存在著一定缺陷。

2）鉆桿、鉆具鉆桿是一個關(guān)鍵部件，分為內(nèi)摩阻式外加壓伸縮鉆桿和自動內(nèi)鎖互扣式外加壓伸縮鉆桿。內(nèi)摩阻式鉆桿在軟土層鉆進效率高，鎖扣式鉆桿提高了

動力頭施于鉆桿并傳到鉆具的下壓力，適于鉆進硬巖層，對操作的要求也較高。為了提高作業(yè)效率，一臺鉆機大多配備兩套鉆桿。鉆具有多種，目前有長螺旋和大直

徑短螺旋鉆頭、回轉(zhuǎn)鉆斗、撈砂斗、筒形鉆斗、擴底鉆頭、巖心鉆頭等。

3）動力頭動力頭有液壓驅(qū)動、電機驅(qū)動、發(fā)動機驅(qū)動。無論何種都

具備低速鉆進、反轉(zhuǎn)高速甩土功能。目前大都采用液壓驅(qū)動，有雙變量液壓馬達、雙速減速機驅(qū)動或低速大扭矩液壓馬達驅(qū)動。動力頭的鉆進速度一般都具有多擋，

適合在多種工況下作業(yè)。電機驅(qū)動一般采用特制的恒功率雙速電機，力矩大、過載能力強。80年代在履帶起重機上附著工作裝置，單設(shè)一臺發(fā)動機驅(qū)動，目前由于

液壓技術(shù)和底盤制造技術(shù)的進步，此種方式一般不用了。

4）電子控制技術(shù)90年代國外旋挖鉆機的控制技術(shù)逐步實現(xiàn)智能化，目前國外旋挖

鉆機普遍具備發(fā)動機和泵的電子控制系統(tǒng)，能指導(dǎo)主泵最佳輸出，使液壓負載與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相匹配，從而利用發(fā)動機的最大功率。發(fā)動機轉(zhuǎn)速可在負荷較小或無負荷

時實現(xiàn)自動控制，自動降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，減少油耗、降低噪音和廢氣的排放量。桅桿垂直度自動調(diào)平系統(tǒng)能對桅桿進行實時監(jiān)控，可實現(xiàn)手動和自動切換，在一定范

圍內(nèi)自動調(diào)整角度，保證施工中樁孔的垂直度要求，提高施工質(zhì)量；還具備回轉(zhuǎn)倒土控制、鉆孔深度測量及顯示、車身工作狀態(tài)動畫顯示及虛擬儀表顯示、故障檢

測、報警及信息顯示、整機啟動前預(yù)先自動檢測功能。國外旋挖鉆機還設(shè)有GPS定位系統(tǒng)和移動電話數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。4旋挖鉆機的國內(nèi)應(yīng)用

1993～1994年在上海浦東八百伴大廈基礎(chǔ)灌注樁工程中全部采用了旋挖成孔法施工并取得成功，在國內(nèi)起到了推動作用；在北京五環(huán)路的基礎(chǔ)施工中，旋

挖鉆機占了絕大多數(shù)，最多時達到30多臺；國家重點工程青藏鐵路格拉段的地層多是永凍的土層、砂礫、不規(guī)則泥頁巖、還有軟硬互層灰?guī)r，有的凍土厚度達到百

米以上，中鐵集團采用旋挖鉆進施工工藝，2002年3月開始，大量的旋挖鉆機進入青藏鐵路線施工，到8月中旬統(tǒng)計有100多臺，其中國產(chǎn)設(shè)備9臺。青藏鐵

路大量使用旋挖鉆機引起了施工和生產(chǎn)制造企業(yè)的格外關(guān)注，無疑推動了旋挖鉆機開發(fā)和應(yīng)用。2004年在北京奧運國家體育館建設(shè)工地一次使用旋挖鉆機16

臺。由于受青藏鐵路、北京奧運、上海世博會工程的拉動，旋挖鉆機有了一個巨大的發(fā)展空間。

2003年山西省機械施工公司申報了靜態(tài)泥漿

護壁、旋挖式鉆孔灌注樁施工國家級工法，國土資源部勘探技術(shù)研究所抓住了北京等大城市和青藏鐵路線大量使用旋挖鉆機的機遇，及時地把研制的旋挖鉆頭推向市

場，并在旋挖鉆進工藝方面也作了深入的研究。2000年徐工集團RD18型鉆機研制成功，最大成孔直徑2m，最大鉆深60m，有3臺在青藏鐵路和多臺在北

京的工程中使用；2003年3月三一重工研制成功履帶可伸縮的SYR220型旋挖鉆機，先后在青藏鐵路、北京銀泰大廈、天津、南京等工地接受了施工考驗。

近三年我國的旋挖成孔法的大量采用，旋挖鉆機使用量增加，特別是2003年許多廠家旋挖鉆機相繼研制成功，推動了旋挖鉆機的生產(chǎn)和應(yīng)用。目前，國內(nèi)各種型

號旋挖鉆機市場擁有總量(到2003年)為500多臺，其中國產(chǎn)旋挖鉆機占15％左右，國外二手旋挖鉆機約為20％。

5值得思考的問題

1）旋挖鉆機受施工地層的制約，主要適用于土層、砂層，以及較松散的、粒徑較小的卵礫石層，在粘性土層鉆進效果最佳，而在硬巖層、較致密的卵礫石、孤石

層施工比較困難，并容易發(fā)生孔內(nèi)事故和機械事故，體現(xiàn)不出旋挖鉆進的優(yōu)越性。由于我國大量的公路橋梁、鐵路、水利、城市建設(shè)等工程，旋挖鉆機潛在的巨大市

場已經(jīng)出現(xiàn)，但由于我國幅員遼闊，地質(zhì)狀況差異較大，經(jīng)濟狀況不同，其它樁工機械和鉆孔設(shè)備仍然存在著發(fā)展空間。

2）旋挖鉆機的價格

目前較貴，應(yīng)用最多的旋挖鉆機成孔直徑在1.5～2m。國產(chǎn)旋挖鉆機價格都在400～500萬元，進口鉆機價格要600多萬元人民幣。對于一般的基礎(chǔ)施工

企業(yè)，一次性投資幾百甚至上千萬元購置設(shè)備有一定困難。國內(nèi)旋挖鉆機制造企業(yè)應(yīng)當(dāng)降低生產(chǎn)成本，控制適當(dāng)?shù)睦麧櫬省Ｍ瑫r應(yīng)發(fā)展租賃市場，提高旋挖鉆機的使

用率，縮短投資回收期，旋挖鉆機的使用量和產(chǎn)品產(chǎn)量將會大大增加。

3）旋挖鉆機的全負荷正常工作壽命為6

000多個小時，超過這一壽

命后，一些部件就需要更換修理，尤其是液壓系統(tǒng)主泵、動力頭以及鉆桿鉆具，另外加工維修、設(shè)備搬遷費用所占成本偏高等，部件損壞后更換時間也較長。這就使

得旋挖鉆機在實際使用中的運行成本高，相應(yīng)提高了樁基的施工成本。使用旋挖鉆機施工，雖然施工效率較高，工程質(zhì)量也較好，但利潤可能較低。據(jù)某些施工企業(yè)

統(tǒng)計，一般要達到每年鉆進工作量在20

000延米以上，工程造價在500萬元以上，才能夠發(fā)揮其優(yōu)勢。

4）我國大量使用旋挖鉆機的時

間短，缺乏工法的研究，尚未編制施工規(guī)范；旋挖鉆機是樁工機械的一個類型，和土木建筑及施工工藝結(jié)合的比較緊密，旋挖鉆機制造廠的工程技術(shù)人員應(yīng)熟悉基礎(chǔ)

施工，配合基礎(chǔ)施工企業(yè)開展鉆進工藝的研究，提高旋挖鉆機在不同地質(zhì)條件下的作業(yè)性能，適時的制定旋挖鉆機產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；行業(yè)協(xié)會開展施工經(jīng)驗的技

術(shù)交流，推動旋挖鉆機產(chǎn)品和施工的發(fā)展。

5）開展鉆桿、鉆頭、鉆具的研究，提高關(guān)鍵部件制造質(zhì)量。目前國產(chǎn)鉆桿尚不能滿足主機的要求，

鉆桿的生產(chǎn)廠設(shè)計能力差，基本是模仿國外產(chǎn)品，焊接大都是手工操作，鉆桿的強度和精度不能滿足要求；目前有些企業(yè)進口原裝鉆桿，價格至少要50萬元人民

幣，鉆機所使用的各類鉆頭是易耗品，以國外公司的

1

250mm單頭單螺旋鉆頭為例，其到岸價格約7萬人民幣，使生產(chǎn)成本增加，而且進口產(chǎn)品供貨期為

一個半月到兩個月左右。通過對旋挖鉆進工藝的研究和鉆具的研制，替代進口產(chǎn)品，形成我國的配套體系，不但為我國節(jié)省了大量的外匯支出，也可為我國普及推廣

旋挖鉆進技術(shù)和實現(xiàn)設(shè)備機具的國產(chǎn)化奠定基礎(chǔ)。

6）目前國內(nèi)已開始生產(chǎn)旋挖鉆機的廠家有十五六家，還有一些廠家的產(chǎn)品處在開發(fā)階段。

國內(nèi)大部分廠家首先開發(fā)的是200kNm級、成孔直徑2m、鉆孔深度60m的旋挖鉆機產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計，80%的樁基礎(chǔ)樁徑在1.2m以下，深度不超過

40m，由于旋挖鉆機技術(shù)含量高、市場售價在短期內(nèi)很難下降，一