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旋挖鑽機在架空輸電線路基礎施工中的初步應用

旋挖鑽機在架空輸電線路基礎施工中的初步應用


1 前言

旋挖鑽機是一種適合於建築基礎工程中成孔作業的施工機械。主要適於砂土、粘性土、粉質土等土層施工,在灌注樁、連續牆、基礎加固等多種地基基礎施工中得到廣泛應用。目前建築工程常用的旋挖鑽機額定功率一般為 125~450kW,動力輸出扭矩為 120~400kN·m,最大成孔直徑可達1.5~4m,最大成孔深度為 60~90m,可以滿足各類大型基礎施工的要求。旋挖鑽機在二戰以前首先在美國問世,二戰之後在歐洲得到發展,到了 70~80 年代在日本得到快速發展,中國是在 80 年代初引進了該裝置。由於 2003年青藏鐵路工程以及北京奧運等工程的帶動,旋挖鑽機在國內的市場認知度迅速提高,市場需求量急劇擴大,國內的一些大型工程機械企業如三一、徐工、中聯重科和山河智能等紛紛涉足旋挖鑽機的生產製造。

長期以來,架空輸電線路基坑開挖施工主要依靠“人工挖掘”方式,施工效率較低下,安全隱患也較多。隨著施工機械的廣泛應用,挖掘機等機械設備陸續在大開挖等基礎形式中得到了廣泛應用。但挖孔基礎、掏挖基礎限於基礎形式,還是以人工挖掘為主要施工方式。

2013 年 11 月,國網公司提出了“全過程機械化施工”的新理念、新要求,並組織開展了輸電線路全過程機械化施工技術研究和試點建設工作。同時還針對挖孔基礎和掏挖基礎的特點,積極推進旋挖鑽機的研發與應用。

2 試點工程介紹

青島張樓 220 千伏線路工程作為國網公司確定的首批 6 個全過程機械化施工試點工程,於 2014 年 8 月開工。線路全長 83.792km,新建鐵塔 268基。塔位全部位於丘陵地區,表層約 0.5-1m 深度為粉質粘土,0.5 或 1m至 10m 深度為強風化或中風化花崗片麻岩。綜合考慮施工現場地形地質、道路運輸等前提條件,該工程確定了 30 基基礎使用旋挖鑽機進行基坑開挖施工,其中包含 7 基孔樁基礎、18 基岩石嵌固基礎、1 基掏挖基礎以及 4基灌注樁基礎。孔樁基礎、灌注樁基礎采用等截麵設計,掏挖基礎、岩石嵌固基礎底部需擴徑。基礎孔徑分 1m 和 1.2m 兩種,樁深 4m-9.9m。針對中風化花崗片麻岩的特點,經充分調研,最終選擇了 XR-200L 型旋挖鑽機做為試點工程基坑開挖施工裝備。

▲ XR-200L 型履帶式旋挖鑽機

臨沂智聖~密州 500kV 輸電線路工程是國網公司組織的“全過程機械化施工擴大試點”工程之一。線路全長 113.118km,新建鐵塔 272 基,於2015 年 12 月份開工建設。全線地質主要以粉質粘土、碎石土,片麻岩、泥岩和礫岩為主。根據施工現場地形地質、道路運輸條件,本工程選取了 98基挖孔樁基礎進行旋挖鑽機施工試點。挖孔樁基礎樁徑分 1m、1.2m、1.4m、1.6m 四種類型,樁深 5.8m-10.8m,基礎底部均不需要擴徑。鑽機選取了XRL100 型車載式和 XR-200L 型履帶式兩種機型。其中 XRL100 型車載式旋挖鑽機是針對輸電線路基礎孔徑不大,且樁深較淺的特點設計製造。

3 旋挖鑽機特點

XR-200L 型履帶式旋挖鑽機整機重量 45t,運輸尺寸為11.1m×2.6m×3.5m,最大成孔樁徑 2m,開挖深度 25m。該型號鑽機適用於較複雜地區,爬坡能力強,具有較強的入岩能力。缺點是設備自身重,履帶式底盤,自行能力差,進場轉場需依靠大型托盤車運輸以及配套車輛轉運配套工器具及附屬設備,設備轉運成本較高,在運輸過程中對道路的路況及轉彎半徑要求相對較高,帶來的地方協調難度相對較大。根據現場使用統計,XR-200L 型履帶式旋挖鑽機轉場運輸需使用托盤車(運輸旋挖機)、吊車(吊鑽杆)及半掛車(運輸鑽杆)。拆卸鑽杆、鑽頭,設備裝卸車、道路運輸、安裝鑽杆、鑽頭等作業,耗時較長,大約需要 6 小時。如采取自行走方式進行轉場,每小時可行進 1 至 1.5km,但是對 道路會造成一定破壞。

▲ XRL100 型車載式旋挖鑽機

XRL100 型車載式旋挖鑽機整機重量 27t,運輸尺寸為11.8m×2.5m×4.35m,最大成孔樁徑 1.2m。與履帶式旋挖鑽機相比,XRL100 車載式旋挖鑽機機型相對較小,輪胎式底盤進場轉場更靈活輕便,能夠長距離獨立自行,可降低轉運成本,並大幅度降低地方協調難度。該機型主要適用於土層和強風化岩層,對於中等風化岩施工效率相對較低。

旋挖鑽機配置有三種鑽頭:截齒桶鑽、截齒撈砂鑽及擴底鑽。截齒桶鑽適用於中風化、岩石地質的基坑開挖,使用截齒筒鑽能在堅硬的岩石周圍形成環槽,對岩石進行鬆動掏空,能夠取芯,大幅提高鑽進效率,並且結構簡單,岩層鑽進鑽頭不易損壞。截齒撈砂鑽適用於粘土、強風化等較鬆軟地質的基坑開挖,也可用於中風化地質的基坑開挖。撈砂鑽上下底板之間可以回轉一定角度,以實現鬥底進土口的開啟和關閉,土層鑽進效率高。底板通過反轉可關閉,桶內鑽渣不易流出。在破碎岩石時,截齒與岩石接觸麵積小,容易將其壓碎,效率更高。桶鑽、撈砂鑽每桶鑽進深度 0.5m,撈砂鑽具備取土功能。擴底鑽是專為輸電線路基礎施工設計,可一次性完成岩石嵌固或掏挖基礎底部的擴底施工,擴底產生的餘土可利用撈砂鑽頭取出。(公眾號:送變電工程)

▲ 擴底鑽

4 旋挖鑽機施工流程

(1)複測分坑,確定樁位。

(2)埋設“定位導向桶”,提高挖孔對中準確率,同時可減少鑽頭在初鑽時的擺動。

(3)鑽機進場,鑽頭對中完成後進行鑽進開挖。

▲ 旋挖鑽機施工全景

(4)鑽進過程中鑽頭鬥門打開,隨著不停的鑽進,鬥內土滿後鬥門關閉,移出坑外傾倒渣土。

(5)在鑽至設計要求孔深後,更換擴底鑽頭進行擴孔施工(設計需要時)。

(6)擴底完成後更換撈砂鑽頭進行清孔。

(7)成孔後使用測距儀對基坑孔徑、孔深進行測量,基坑開挖完成。

5 旋挖鑽機施工與傳統施工方式的比較

(1)施工風險方麵。根據《國家電網公司輸變電工程施工安全風險識別、評估及預控措施管理辦法》的規定,對深度 3m-5m 的基坑,人工掏挖成孔以及底盤擴底基坑清理作業固有風險等級為 3 級;深度大於 5m 的基坑開挖固有風險等級為 4 級。采用機械鑽孔,無需人員下坑操作,固有風險等級為 2 級。采用機械開挖,施工風險大大降低。

(2)資源投入方麵。人工掏挖成孔需配置施工人員 8 人,技術員 1 人,共計 9 人。機具設備需要空壓機 1 台,風鎬 4 台,鎬、鍬各 8 把,施工車 1台,通風設備一套,通訊設備 4 套,軟梯 4 付。旋挖鑽機成孔需配置機械操作手 2 人,技術員 1 人,共計 3 人。機具設備需要旋挖鑽機 1 台、托盤車、吊車、半掛車各 1 台。使用旋挖鑽機施工,所需施工人員少,機具設備投入大 ,這也是機械化施工的特點所在。(公眾號:送變電工程)

(3)施工效率方麵。人工掏挖成孔,對於強風化岩石地質,整基成孔時間約 48-72 小時;對於中風化岩石地質,如采用爆破鬆動後人工挖掘,整基成孔時間約 144-168 小時,如采用風鎬鬆動後人工挖掘,整基成孔時間約 192-288 小時。旋挖鑽機成孔,強風化岩石地質單坑 0.5 小時成孔,整基 2 小時成孔;中風化岩石地質單坑 2.5-3 小時成孔,整基 10-12 小時成孔。采用旋挖鑽機進行基坑開挖,施工效率大大提高。

(4)質量工藝方麵。對強風化岩石地質,采用人工掏挖成孔方式 ,無法一次成型,需多次校正,坑口誤差率 5%-6%,垂直度誤差率 1.1%,超方率 1.5%-2%。采用旋挖鑽機成孔方式,可一次成型,坑口誤差率 1%,垂直度誤差率 0.8%,超方率 0.8%。對中風化岩石地質,采用人工掏挖成孔方式 ,無法保證坑口、坑深精確尺寸、坑壁保護不完整,超方率 4%-5%。采用旋挖鑽機成孔方式,可一次成型,坑口誤差率 0.8%,垂直度誤差率 0.5%,超方率 0.4%。采用旋挖鑽機進行基坑開挖,施工質量可得到有效保證。(公眾號:送變電工程)

(5)社會經濟效益方麵。旋挖鑽機、托盤車等設備租賃費用約 5000-8000元/天,油耗費用約 2500 元/天,另外根據地形地貌條件的不同,使用旋挖鑽機還需要額外支出道路修整、青苗賠償等費用。綜合來看,旋挖鑽機與傳統施工方式相比較,目前經濟效益尚不明顯。同時,旋挖鑽機自身較重,對道路條件要求較高,大部分山區塔位、鄉村道路、橋梁不能滿足鑽機運輸條件。

6 結論

通過兩個試點工程對旋挖鑽機的初步應用,能夠充分感受到機械化施工所帶來的施工過程的高效,以及對施工安全、質量的可靠保障。雖然現階段受各種條件的限製,旋挖鑽機在輸電線路基礎施工過程中還不能大麵積推廣應用,但隨著用工成本的不斷增加,用工資源的逐漸減少,更多的采用機械化的施工方法必將成為今後輸電線路工程施工的發展方向。

END


旋挖鑽機在架空輸電線路基礎施工中的初步應用 2018-12-29 本文被閱讀 645 次
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