水平旋噴鉆機(jī)的研究北京市三一重機(jī)有限公司王東華2005年12月5日水平旋噴鉆機(jī)的研究北京市三一重機(jī)有限公司1水平旋噴技術(shù)的背景及應(yīng)用領(lǐng)域在國(guó)際上，水平旋噴技術(shù)已成為地下工程的主流工法。意大利、日本已經(jīng)應(yīng)用該技術(shù)成功地修建了四十座隧道。在國(guó)內(nèi)，由于機(jī)械設(shè)備及其配套技術(shù)落后，該項(xiàng)技術(shù)還未進(jìn)入真正地工程應(yīng)用。水平旋噴技術(shù)主要適用于地下鐵道、隧道、礦山井巷等地下工程的超前加固以及軟地基處理、防滲帷幕、邊坡錨固等地基處理和地質(zhì)災(zāi)害防治工程中。水平旋噴技術(shù)的背景及應(yīng)用領(lǐng)域在國(guó)際上，水平旋噴技術(shù)已成為地下2水平旋噴技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)水平旋噴技術(shù)和其它隧道施工技術(shù)相比，主要優(yōu)點(diǎn)是：可控性好，可形成水平的加固體，避免從地面進(jìn)行施工；加固體強(qiáng)度高，能保證足夠的尺寸，可形成連續(xù)的拱形結(jié)構(gòu)，受力性能好，能對(duì)隧道開(kāi)挖起到超前支護(hù)功能；止水性好，保持砂和淤泥質(zhì)土不流失。另外水平旋噴技術(shù)施工效率高，設(shè)備投資小，減少支護(hù)過(guò)程，施工費(fèi)用低，能對(duì)付含水含砂地層，因此在一定意義上可以替代盾構(gòu)機(jī)。水平旋噴技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)水平旋噴技術(shù)和其它隧道施工技術(shù)相比，主要優(yōu)3水平旋噴鉆機(jī)的市場(chǎng)前景隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下空間的建設(shè)不斷擴(kuò)大，全國(guó)七大城市擬建的地鐵工程、鐵路公路隧道、水電工程等，僅北京市將增加7條地鐵線路，100多公里。工程渴望采用，市場(chǎng)前景好。但是，在我國(guó)，目前專(zhuān)業(yè)的水平旋噴鉆機(jī)還是空白。早年曾作過(guò)水平旋噴試驗(yàn)的鉆機(jī)只是用地質(zhì)鉆機(jī)改制而成，制造簡(jiǎn)陋，水平不高，施工效率低，自動(dòng)化程度低、配套設(shè)施落后，施工質(zhì)量難以保證。因此影響了水平旋噴施工技術(shù)的應(yīng)用（如圖所示15）。國(guó)外的專(zhuān)業(yè)水平旋噴鉆機(jī)價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)用戶(hù)難以接受。意大利RADIO公司的PG125水平旋噴鉆機(jī)售價(jià)達(dá)55萬(wàn)歐元，如圖所示17。水平旋噴鉆機(jī)的市場(chǎng)前景隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下空間的建設(shè)4水平旋噴技術(shù)的研究?jī)?nèi)容1、水平旋噴鉆機(jī)的研制：主要包括主機(jī)、高壓注漿泵及自動(dòng)控制系統(tǒng)等的研制，最終實(shí)現(xiàn)系列化、模塊化；2、施工工法的研究：主要包括泥漿的排放以及止?jié){方法，特殊地層工藝，芯材的插入等3、噴射注漿加固體力學(xué)性能的研究：主要包括加固比重、彈模、抗壓強(qiáng)度等物理指標(biāo)；4、噴射加固效果的數(shù)值仿真及設(shè)計(jì)方法的研究：通過(guò)實(shí)際的工程，采用數(shù)值仿真的方法，來(lái)說(shuō)明噴射注漿加固的力學(xué)效果。水平旋噴技術(shù)的研究?jī)?nèi)容1、水平旋噴鉆機(jī)的研制：主要包括主機(jī)、5水平旋噴技術(shù)施工工法示意圖水平旋噴技術(shù)施工工法示意圖6SJD-12型水平旋噴鉆機(jī)總圖SJD-12型水平旋噴鉆機(jī)總圖7SJD-12水平旋噴鉆機(jī)施工范圍圖SJD-12水平旋噴鉆機(jī)施工范圍圖8SJD-12水平旋噴鉆機(jī)三維工況圖SJD-12水平旋噴鉆機(jī)三維工況圖9桅桿上仰15度工作情況桅桿上仰15度工作情況10桅桿下傾的工作情況桅桿下傾的工作情況11桅桿轉(zhuǎn)到車(chē)體側(cè)面的工作情況桅桿轉(zhuǎn)到車(chē)體側(cè)面的工作情況12SJD-12水平旋噴鉆機(jī)與意大利SM-475鉆機(jī)總體參數(shù)比較SJD-12水平旋噴鉆機(jī)與意大利SM-475鉆機(jī)總體參數(shù)比較13SJD-12水平旋噴鉆機(jī)的特點(diǎn)整機(jī)履帶行走，體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)力頭扭矩大（12000牛頓米），鉆進(jìn)與旋噴鉆速范圍廣，均采用電比例控制，定位快準(zhǔn)。旋噴時(shí)行程可達(dá)12米。桅桿可從下傾30度轉(zhuǎn)到上仰15度，同時(shí)桅桿可在垂直面內(nèi)（隧道斷面）做240度的回轉(zhuǎn)，形成橢圓狀。施工高效快捷。雙臂架支撐機(jī)構(gòu)，支承穩(wěn)定，避免在深孔作業(yè)時(shí)產(chǎn)生漂移。PLC集中控制，自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)整和顯示鉆孔深度、傾角，具有故障報(bào)警功能。操作臺(tái)可與主機(jī)分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作控制。雙動(dòng)力源：鉆機(jī)行走采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)動(dòng)靈活，主工作回路采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)廢氣污染，安全環(huán)保。注漿參數(shù)監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)控旋轉(zhuǎn)速度、提升速度、流量、壓力等參數(shù)，確保施工質(zhì)量。SJD-12水平旋噴鉆機(jī)的特點(diǎn)整機(jī)履帶行走，體積小、重量輕，14國(guó)內(nèi)早年的水平地質(zhì)鉆機(jī)國(guó)內(nèi)早年的水平地質(zhì)鉆機(jī)15意大利RADIO公司專(zhuān)業(yè)水平旋噴鉆機(jī)意大利RODIO公司設(shè)備能力很強(qiáng)，水平旋噴長(zhǎng)度可達(dá)14米，加固體直徑可達(dá)1.5米，抗壓強(qiáng)度達(dá)18MPa，接近C20級(jí)混凝土，在水平旋噴柱體相搭接形成的旋噴拱棚的保護(hù)下，通過(guò)對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中設(shè)置的拱筋受力量測(cè)表明，其受力極小，說(shuō)明旋噴拱棚剛度好，承受住了山體的壓力。意大利RADIO公司專(zhuān)業(yè)水平旋噴鉆機(jī)意大利RODIO公司設(shè)備16PG125鉆機(jī)照片PG125鉆機(jī)照片17意大利soilmec公司的系列水平旋噴鉆機(jī)技術(shù)特點(diǎn)(1)意大利土力公司的水平旋噴鉆機(jī)已成系列化，SM75~SM500，能適合于各種不同的工程需要；(2)專(zhuān)業(yè)旋噴鉆機(jī)一次性可鉆進(jìn)14m，其工作示意圖如下所示．意大利soilmec公司的系列水平旋噴鉆機(jī)技術(shù)特點(diǎn)18SM475水平旋噴鉆機(jī)示意圖SM475水平旋噴鉆機(jī)示意圖19SM475水平旋噴鉆機(jī)示意圖SM475水平旋噴鉆機(jī)示意圖20SM575水平旋噴鉆機(jī)照片

SM575水平旋噴鉆機(jī)照片21SM605水平旋噴鉆機(jī)施工照片

SM605水平旋噴鉆機(jī)施工照片22SM400多功能型鉆機(jī)照片

SM400多功能型鉆機(jī)照片23水平旋噴鉆機(jī)課件24水平旋噴鉆機(jī)課件25水平旋噴鉆機(jī)課件26水平旋噴鉆機(jī)課件27結(jié)論

本文研究的水平旋噴鉆機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平。可迅速形成連續(xù)的拱棚或排樁，施工效率高，工期短；加固體可作為工程的一部分（支護(hù)減少），施工費(fèi)用低；設(shè)備便宜，只是盾構(gòu)機(jī)的1/10～1/20；特別是能對(duì)付含水含砂地層，對(duì)地層的擾動(dòng)小，防止水土流失，防止地面沉降和自然災(zāi)害。因此工程應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生極大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)論本文研究的水平旋噴鉆機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)28水平旋噴鉆機(jī)的研究北京市三一重機(jī)有限公司王東華2005年12月5日水平旋噴鉆機(jī)的研究北京市三一重機(jī)有限公司29水平旋噴技術(shù)的背景及應(yīng)用領(lǐng)域在國(guó)際上，水平旋噴技術(shù)已成為地下工程的主流工法。意大利、日本已經(jīng)應(yīng)用該技術(shù)成功地修建了四十座隧道。在國(guó)內(nèi)，由于機(jī)械設(shè)備及其配套技術(shù)落后，該項(xiàng)技術(shù)還未進(jìn)入真正地工程應(yīng)用。水平旋噴技術(shù)主要適用于地下鐵道、隧道、礦山井巷等地下工程的超前加固以及軟地基處理、防滲帷幕、邊坡錨固等地基處理和地質(zhì)災(zāi)害防治工程中。水平旋噴技術(shù)的背景及應(yīng)用領(lǐng)域在國(guó)際上，水平旋噴技術(shù)已成為地下30水平旋噴技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)水平旋噴技術(shù)和其它隧道施工技術(shù)相比，主要優(yōu)點(diǎn)是：可控性好，可形成水平的加固體，避免從地面進(jìn)行施工；加固體強(qiáng)度高，能保證足夠的尺寸，可形成連續(xù)的拱形結(jié)構(gòu)，受力性能好，能對(duì)隧道開(kāi)挖起到超前支護(hù)功能；止水性好，保持砂和淤泥質(zhì)土不流失。另外水平旋噴技術(shù)施工效率高，設(shè)備投資小，減少支護(hù)過(guò)程，施工費(fèi)用低，能對(duì)付含水含砂地層，因此在一定意義上可以替代盾構(gòu)機(jī)。水平旋噴技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)水平旋噴技術(shù)和其它隧道施工技術(shù)相比，主要優(yōu)31水平旋噴鉆機(jī)的市場(chǎng)前景隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下空間的建設(shè)不斷擴(kuò)大，全國(guó)七大城市擬建的地鐵工程、鐵路公路隧道、水電工程等，僅北京市將增加7條地鐵線路，100多公里。工程渴望采用，市場(chǎng)前景好。但是，在我國(guó)，目前專(zhuān)業(yè)的水平旋噴鉆機(jī)還是空白。早年曾作過(guò)水平旋噴試驗(yàn)的鉆機(jī)只是用地質(zhì)鉆機(jī)改制而成，制造簡(jiǎn)陋，水平不高，施工效率低，自動(dòng)化程度低、配套設(shè)施落后，施工質(zhì)量難以保證。因此影響了水平旋噴施工技術(shù)的應(yīng)用（如圖所示15）。國(guó)外的專(zhuān)業(yè)水平旋噴鉆機(jī)價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)用戶(hù)難以接受。意大利RADIO公司的PG125水平旋噴鉆機(jī)售價(jià)達(dá)55萬(wàn)歐元，如圖所示17。水平旋噴鉆機(jī)的市場(chǎng)前景隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下空間的建設(shè)32水平旋噴技術(shù)的研究?jī)?nèi)容1、水平旋噴鉆機(jī)的研制：主要包括主機(jī)、高壓注漿泵及自動(dòng)控制系統(tǒng)等的研制，最終實(shí)現(xiàn)系列化、模塊化；2、施工工法的研究：主要包括泥漿的排放以及止?jié){方法，特殊地層工藝，芯材的插入等3、噴射注漿加固體力學(xué)性能的研究：主要包括加固比重、彈模、抗壓強(qiáng)度等物理指標(biāo)；4、噴射加固效果的數(shù)值仿真及設(shè)計(jì)方法的研究：通過(guò)實(shí)際的工程，采用數(shù)值仿真的方法，來(lái)說(shuō)明噴射注漿加固的力學(xué)效果。水平旋噴技術(shù)的研究?jī)?nèi)容1、水平旋噴鉆機(jī)的研制：主要包括主機(jī)、33水平旋噴技術(shù)施工工法示意圖水平旋噴技術(shù)施工工法示意圖34SJD-12型水平旋噴鉆機(jī)總圖SJD-12型水平旋噴鉆機(jī)總圖35SJD-12水平旋噴鉆機(jī)施工范圍圖SJD-12水平旋噴鉆機(jī)施工范圍圖36SJD-12水平旋噴鉆機(jī)三維工況圖SJD-12水平旋噴鉆機(jī)三維工況圖37桅桿上仰15度工作情況桅桿上仰15度工作情況38桅桿下傾的工作情況桅桿下傾的工作情況39桅桿轉(zhuǎn)到車(chē)體側(cè)面的工作情況桅桿轉(zhuǎn)到車(chē)體側(cè)面的工作情況40SJD-12水平旋噴鉆機(jī)與意大利SM-475鉆機(jī)總體參數(shù)比較SJD-12水平旋噴鉆機(jī)與意大利SM-475鉆機(jī)總體參數(shù)比較41SJD-12水平旋噴鉆機(jī)的特點(diǎn)整機(jī)履帶行走，體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。動(dòng)力頭扭矩大（12000牛頓米），鉆進(jìn)與旋噴鉆速范圍廣，均采用電比例控制，定位快準(zhǔn)。旋噴時(shí)行程可達(dá)12米。桅桿可從下傾30度轉(zhuǎn)到上仰15度，同時(shí)桅桿可在垂直面內(nèi)（隧道斷面）做240度的回轉(zhuǎn)，形成橢圓狀。施工高效快捷。雙臂架支撐機(jī)構(gòu)，支承穩(wěn)定，避免在深孔作業(yè)時(shí)產(chǎn)生漂移。PLC集中控制，自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)整和顯示鉆孔深度、傾角，具有故障報(bào)警功能。操作臺(tái)可與主機(jī)分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作控制。雙動(dòng)力源：鉆機(jī)行走采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)動(dòng)靈活，主工作回路采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)廢氣污染，安全環(huán)保。注漿參數(shù)監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)監(jiān)控旋轉(zhuǎn)速度、提升速度、流量、壓力等參數(shù)，確保施工質(zhì)量。SJD-12水平旋噴鉆機(jī)的特點(diǎn)整機(jī)履帶行走，體積小、重量輕，42國(guó)內(nèi)早年的水平地質(zhì)鉆機(jī)國(guó)內(nèi)早年的水平地質(zhì)鉆機(jī)43意大利RADIO公司專(zhuān)業(yè)水平旋噴鉆機(jī)意大利RODIO公司設(shè)備能力很強(qiáng)，水平旋噴長(zhǎng)度可達(dá)14米，加固體直徑可達(dá)1.5米，抗壓強(qiáng)度達(dá)18MPa，接近C20級(jí)混凝土，在水平旋噴柱體相搭接形成的旋噴拱棚的保護(hù)下，通過(guò)對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中設(shè)置的拱筋受力量測(cè)表明，其受力極小，說(shuō)明旋噴拱棚剛度好，承受住了山體的壓力。意大利RADIO公司專(zhuān)業(yè)水平旋噴鉆機(jī)意大利RODIO公司設(shè)備44PG125鉆機(jī)照片PG125鉆機(jī)照片45意大利soilmec公司的系列水平旋噴鉆機(jī)技術(shù)特點(diǎn)(1)意大利土力公司的水平旋噴鉆機(jī)已成系列化，SM75~SM500，能適合于各種不同的工程需要；(2)專(zhuān)業(yè)旋噴鉆機(jī)一次性可鉆進(jìn)14m，其工作示意圖如下所示．意大利soilmec公司的系列水平旋噴鉆機(jī)技術(shù)特點(diǎn)46SM475水平旋噴鉆機(jī)示意圖SM475水平旋噴鉆機(jī)示意圖47SM475水平旋噴鉆機(jī)示意圖SM475水平旋噴鉆機(jī)示意圖48SM575水平旋噴鉆機(jī)照片

SM575水平旋噴鉆機(jī)照片49SM605水平旋噴鉆機(jī)施工照片

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SM400多功能型鉆機(jī)照片51水平旋噴鉆機(jī)課件52水