王 力 高虹亮

(1.湖南省送变电工程公司，湖南 长沙 410000；2.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443000)

浅析水磨钻机的应用

王 力1高虹亮2

(1.湖南省送变电工程公司，湖南 长沙 410000；2.三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌 443000)

介绍了水磨钻机的构成、原理、适用范围及操作步骤，提出了水磨钻机在输电线路基础施工中使用的改进措施。

水磨钻机；输电线路；岩石基础

0 引言

输电线路施工各大工序中，基础分部工程是耗时最长的工序，占整个线路施工周期的50%，而基础分部工程中岩石掏挖基础是耗时最长的工程。如何提高在不爆破施工情况下的岩石掏挖基础的开挖效率，是目前亟需解决的问题。目前，水磨钻机广泛应用于房屋建筑地基施工中，对岩石地质桩基开挖具有绝对优势。输电线路岩石掏挖基础与房屋建筑桩基类似，采用水磨钻机开挖岩石掏挖基础具有极强的可操作性。

1 水磨钻机的构成

水磨钻机主要由水磨钻机、水磨钻筒、专用水泵3部分组成，一般一台水磨钻机配备3～5个水磨钻筒，一个水磨钻筒上有7个钻头。水磨钻机的高度为150～170 cm；水磨钻筒外径为16 cm，内径为14 cm，壁厚度为1 cm，高度为60 cm；专用水泵外径为12 cm，高度为40 cm。

2 水磨钻机的工作原理

在三相电机的高速旋转下，带动钻筒上的金刚石钻头与岩石摩擦进行切割。一方面给钻筒与钻头降温；另一方面增加被磨碎石粉的流动性，并降低钻筒与岩石的摩擦系数，保证钻机的正常运行。

水磨钻法主要是通过水磨钻机沿基坑径内沿钻若干个孔，孔孔相连，钻孔后取芯，待所有水磨钻孔连成一个环后，桩芯就与桩壁分离了，形成了桩芯的临空面，然后对剩余的桩基岩芯进行去分块操作。在桩芯上钻一排小孔，然后在小孔内锥入钢楔子，锤击钢楔挤压岩石，使岩石同时受到铅锤面上的拉力和水平面上的剪切力作用。当挤压力大于极限拉力和极限剪力时，岩石沿铅锤面被拉裂并从底部发生剪切破裂。依次按照分层取芯、破裂、取岩块的循环工序进行作业，最终达到成孔的目的。

3 水磨钻机的适用范围及优缺点

在输电线路基础施工中，水磨钻机可钻各种坚硬页岩、青砂石、花岗石、大理石、石灰岩、含铁矿石等中风化/弱风化岩层。在钻不同的岩石时，要采用不同的金刚石合金钻头。水磨钻(工程水钻机)采取人工操作。施工原理：水磨钻沿着孔桩边缘钻一圈，取掉所钻的芯后，中间部分再采取人工破开除渣(小型掏挖式基础可直接钻完)。开挖基础的尺寸直径应大于800 mm(保证人员操作水磨钻机)。其钻筒标准是高度60 cm，直径16 cm，即钻孔一次可达60 cm的深度。用水磨钻机开挖岩石基础的效果如图1所示。

图1 水磨钻机开挖岩石基础效果

其特点是：无噪音、无振动、无污染、无粉尘、效率高、孔壁光滑、尺寸精确且可单人操作。

输电线路基础施工绝大部分是在户外的崇山峻岭中，水磨钻机在正常工作中需清水操作。一般每钻一个60 cm深的孔需清水15 L以上，在施工过程中，每基需配备小型高扬程高压力的抽水机(现普遍采用果园喷药机)，才能保证其对水的需求量。

4 水磨钻机的操作步骤

(1) 在基坑上搭设一个具有一定抗拔能力的钢管架子，在离地面1.6 m左右的地方横一块方木，作为水磨钻机顶寸的顶点。如在基坑里施工，可用两根钢管顶住坑壁，再在钢管下横一块方木作为顶点。

(2) 先将水钻机放置于要钻的位置，下面用斜木垫住钢板，钢板底部前方左右各一块，后底部中间位置一块，方钢大约与地面呈90°，顶部放置一块木方，将顶寸转动牢牢顶住木方，保证水磨钻机不能有任何的摆动和晃动。

(3) 检查三相电源是否接牢固，钻筒应顺时针方向转动，钻筒转动时不能有摆动，如果有摆动必须校正钻筒，查看进水管是否有水进入。

(4) 钻机方钢必须抹机油，以此达到自如进行上下滑动的程度。

(5) 开始运转时，钻筒底部到达地面大概1 cm位置，左手转动刹车螺栓锁牢，右手紧握操作杆，启动电源，轻轻松动刹车螺丝，操作杆轻轻往下放(钻筒接触地面的时候一定要慢)，待钻筒钻入地面1 cm左右，方可往下按操作杆。如遇运转过程中有异常情况发生，应立即切断电源，查看具体原因，排除后再继续运转。

(6) 钻筒基本要全部钻入时应注意：待钻筒顶部距地面1.5 cm左右，即可关掉电源，操作杆往上摇，直至把钻筒摇出地面(如不能顺利摇起钻筒可启动电源，在钻筒转动的情况下再往上摇，摇出地面后关掉电源)。

(7) 如果钻筒里面有芯，可将钻机摇至顶部，锁牢刹车螺丝，插上固定插销，用手转动钻筒，再用榔头敲钻筒，直到芯掉落即可。取掉芯后，右手紧握操作杆，拔掉插销，松动刹车螺丝，将钻筒落下距地面大约1 cm处锁紧刹车螺丝，松动顶寸，将钻机移动至下一个位置，垫上斜木，顶牢顶寸，再继续进行操作，以此类推。

(8) 如果要斜钻(即桩孔为扩大头型)，可将底部斜木前面垫高，后面垫低，方钢左右呈90°，方钢顶部向后倾即可。倾斜角度计算：水磨钻机按1 500 mm，钻筒外径为60 mm；电机或支架超出钻芯前端80 mm，正常钻孔时钻机倾斜角度只有在这种情况下才能不缩孔。水磨钻机在使用过程中，一定要前高后低，一是保证不缩孔，二是使重心往后，便于单人操作，倾斜角度应保证顶寸放松，只有这样钻机才能立稳。

5 水磨钻机在输电线路基础施工中使用的改进措施

在输电线路基础施工中，岩石基础一般都只是掏挖式及挖孔桩，其基础直径在1 200 mm左右。供水、移机械、排水成为了水磨钻机在输电线路基础施工使用过程中影响效率的重中之重。

(1) 供水按现在使用的小型高压抽水机已能完全满足钻机的正常使用，只是由于输电线路的特点，点多线长，铺设抽水水管麻烦，人力花费较大。

(2) 排水是水磨钻机开挖风化石类的难点，人工排泥浆水确实耗时过多，这方面还有待改善。

(3) 移机械是每钻一个孔必需的步骤，其效率直接影响了水磨钻机的功效，对于输电线路基础施工，不管是500 kV还是220 kV或更高级别，其直径大都在1～1.4 m之间。根据这一特性，可以特做一个固定尺寸的软道作为水磨钻机的座子。用14的圆钢加工成4个圆圈，底部再用钢管切边作为底脚，依照尺寸要求焊接即可。图2为开挖φ1.2 m基础的轨道座子尺寸图。

图2 水磨钻机底座

使用轨道座子时，水磨钻机的底座钢板也应进行相应的加工，在底座钢板下面两侧的中间位置焊2根大约2 cm长的14的圆钢(作业时卡入轨道座子的轨道内)，在底座钢板下面后侧焊一螺丝。在水磨钻机钻孔前将螺丝拧紧，使水磨钻机底座与轨道座子成为一个整体，在钻孔时操作人员也要站在座子上，以此来保证水磨钻机运行时底座的稳定性。当孔钻完，在移动机械时，只需将螺丝拧松，用小锤锤击水磨钻机底部，当移动到位以后，再将螺丝拧紧即完成水磨钻机的移动。

6 结语

由于水磨钻机主要应用于公路、建筑施工以及桥梁与隧道等建筑的桩基钻孔中，因此颇受人们的关注。所以，本文就针对水磨钻机的相关应用做了简要分析，希望可以给相关技术人员提供参考。

[1] 余继强，易军.国产全液压动力头岩芯钻机研制相关问题探讨[J].西部探矿工程，2007(10)

[2] 庞浩，罗春雷，刘丹.长螺旋钻机液压驱动动力头的设计[J].流体传动与控制，2008(2)

2014-09-04

王力(1981—)，男，湖北襄阳人，工程师，研究方向：输电线路工程。