1、全回轉鉆機在國內的發展與應用陳建海 劉可可（徐州盾安重工機械制造有限公司 徐州 221000）摘要：全回轉全套管鉆機鉆機是一種可以驅動套管做360度回轉的全套管施工設備，是日本在20世紀80年代中期在搖動式搓管機的基礎上開發的新型貝諾特施工設備。徐州盾安重工于2011年研發成功我國第一臺具有完全自主知識產權的具有國際先進水平的全回轉鉆全套管機，并形成了全系列產品。一、國際上全回轉全套管鉆機的發展全套管鉆機又稱貝諾特（Benoto）鉆機，它最初是由法國貝諾特公司于上世紀5年代開發研制成功的，隨后日本、德國、英國、意大利等國家先后引進和研制，機型和施工方法均有很大發展。貝諾特施工法為全套管施工法即

2、沖抓斗跟管鉆進法，工作裝置由沖抓斗和全套管裝置兩部分組成。最初的全套管裝置為搖動式，即利用兩只搖動液壓缸的伸縮使套管繞其中心以一定的角度往復轉動，從而使套管最下端的切削齒剪切土壤，降低套管壓人阻力；靠另外兩只液壓缸將套管壓人或從土中拔出。隨著樁基礎施工的發展，樁的直徑越來越大，施工效率和精度要求越來越高，搖動式套管裝置因扭矩小、效率低，已不能完全滿足施工的要求。全回轉全套管鉆機是一種可以驅動套管做360度回轉的全套管施工設備，是日本在20世紀80年代中期在搖動式搓管機的基礎上開發的新型貝諾特施工設備，目前國際上研制開發出全回轉全套管鉆機的主要廠家有日本車輛制造株式會社、三和機工株式會社、德國L

3、effer公司等。該設備的應用領域主要涉及城市地下障礙物（包括舊的混凝土預制樁、灌注樁、鋼管樁、鋼板樁等）的拔除和置換，城市和沿海地區軟基或硬巖地區鉆進成孔、復雜破碎的填石填海地層、沿海灘涂和地下水豐富的砂層、卵礫石地層的全套管成孔灌注樁施工。該工法技術靈活多樣、機械化程度高，具有施工安全、可靠，成孔垂精度高、無泥漿污染等特點。在日本已經形成10003200mm的系列產品。全回轉全套管鉆機的研制成功對貝諾特工法的推廣起到了十分積極的作用，由于該工法可以在各種復雜的底層中進行施工，不僅可以施工樁孔。而且還可以施工柱列式樁排擋土墻，并能處理其它工法因施工質量問題留下的樁基事故及清理舊樁，因此，全回

4、轉全套管施工工法有稱為“萬能施工工法”。二、我國全回轉全套管鉆機的發展我國于20世紀70年代開始少量引進搖動式全套管鉆機（搓管機），20世紀90年代開始引進全回轉鉆機用于橋梁和鐵路建設。2004年上海隧道股份引進兩臺日本車輛RT260H全回轉鉆機用于地鐵4號線坍塌事故的工程修復，取得良好效果，是國內進行大型地下工程事故搶險的成功范例。目前國內2000年以后以新機狀態從日本進口的各型號全回轉鉆機共6臺，國內以二手機形式進口過來的機器，能夠使用的大約有20臺，基本全是日本制造，生產日期最早可以追溯到上世紀80年代末期，屬于典型的“文物級”設備，設備狀態差，使用效率低，無奈當時中國不能生產。1994

5、年，昆明捷程樁工有限責任公司研制成功我國第一臺搖動式全套管鉆機（搓管機），填補了國內搖動式全套管鉆機的空白，并開發出搖動式全套管鉆機系列產品。目前國內生產搖動式全套管鉆機的廠家超過了5家以上，產品規格已覆蓋1.2m-2.0m樁徑，在軟土層、雜填土等地層的施工中顯露出優勢，并在做軟咬合樁上取得了國際領先的技術優勢。但是搓管機由于結構特點，其在大直徑深基礎樁、清除地下障礙等領域無法滿足施工要求。于是全回轉鉆全套管機開始引入國內。全回轉全套管鉆機由于其結構龐大，控制系統復雜，國內主機廠商一直未有涉足研發制造，一直依賴進口設備。2011年，徐州盾安重工機械制造有限公司開始對全回轉鉆機進行深入研究并開始

6、研發制造，2012年1月，第一臺國產全回轉全套管鉆機DTR1505在盾安重工下線并成功推廣應用，截止2015年底，經過4年多的自主研發和創新，盾安重工已經形成DTR1305L、DTR1505、DTR2005H、DTR2605H、DTR3205H全系列全回轉全套管鉆機的生產能力，成為國內規模最大、型號最全的研發制造基地，累計制造銷售30多臺并產品成功出口東南亞，參與國際市場競爭。盾安重工全回轉全套管鉆機具有完全自主知識產權，共申請國家專利70多項，取得國家專利授權合計46項，其中國家發明專利授權5項，實用新型專利39項，外觀設計專利2項，形成了有效的知識產權保護體系。目前國內涉足全回轉鉆機生產的

7、廠家也由盾安重工一家發展到多家，這些廠家跟隨盾安重工步伐，通過同國外企業合作或者自主研發，均已完成了一臺樣機的試制，隨著技術水平的不斷提高，國產全回轉鉆機取代進口設備指日可待。三、全回轉鉆機工法的優勢及應用領域全回轉全套管鉆機是集全液壓動力與傳動、機電液聯合控制于一體的新型、高效、環保樁工機械，具有極高的垂直精度，能夠在卵、漂石地層、含溶洞地層、厚流沙地層、高回填地層、強縮頸地層、沼澤地等各種復雜地質環境下順利實現灌注樁、置換樁、地下連續墻等的施工以及清除舊樁等地下障礙物，擁有其它各種鉆機無法比擬的優勢。近年來在城市地鐵、深基坑圍護咬合樁、廢樁（地下障礙）的清理、高鐵、道橋、城建樁的施工、水庫

8、水壩的加固等項目得到了廣泛的應用。1、全回轉鉆機施工工法的優勢1）無噪音、無振動、安全性高；2）不使用泥漿，作業面干凈，環保性好，并避免了泥漿進入砼中的可能性，成樁質量高，有利于提高砼對鋼筋的握裹力；3）施工鉆進時可以很直觀的判別地層及巖石特性；4）鉆進速度快，對于一般土層，可達14m/小時左右；5）鉆進深度大，根據土層情況，最深可達120m左右；6）成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精確到1/500；7）不會產生塌孔現象，成孔質量高；8）成孔直徑標準，充盈系數小，與其他成孔方法相比，可節約大量的砼用量；9）清孔徹度，速度快，孔底鉆渣可清至30mm左右。2、全回轉鉆機施工常用工法全套管全回轉鉆機常

9、用工法示意圖1）咬合樁、連續墻施工工法（ 應用領域：地鐵站臺、地下建筑結構圍護、水庫加固擋水墻等）主要針對于地下圍護結構的施工方法，施工順序為先施工B樁兩側的兩根樁體A樁，然后利用全回轉鉆機的切割能力切割掉相鄰A樁相交部分的混凝土，澆筑混凝土后形成咬合樁。2）漂石、孤石地層，喀斯特地層灌注樁施工工法（應用領域：高回填層、強縮頸地層，溶洞發育區域等）主要針對沿高回填層、巖層、溶洞進行施工，由于鉆機具有強大的扭矩、壓入力，可有效對巖層進行切削，且套管本身具有護壁作用，無需回填塊石或另下保護護筒，即可在巖溶區域完成成樁作業，目前已完成深度120米的樁基施工。全回轉設備作業組示意圖3）無損拔樁、地下障

10、礙物清除施工工法（應用領域：城市建設，橋梁改建等地下障礙物清理）主要針對于舊樁及障礙物進行施工，利用全套管全回轉鉆機強大的下壓力和回轉扭矩，驅動鋼套管轉動，將舊樁周圍的土體及障礙物切削分離，用吊車及沖抓斗將分離后的舊樁體拔除。該工法最大的特點是可將套管鉆入有巖層或高強障礙物的土層，利用套管的護壁作用，在套管內進行清障。5）高精度無偏差鋼立柱插入施工工法（應用領域：深層開挖、軟弱地層開挖、靠近建筑物施工）主要用于逆作法施工，在蓋挖逆作法施工中全套管全回轉鉆機成孔與植入鋼立柱一體化作業，通過全套管全回轉鉆機自身的兩套液壓夾緊裝置和垂直控制系統，將鋼立柱垂直插入到初凝前的混凝土中。四、DTR系列全回

11、轉全套管鉆機結構自我國第一臺DTR系列全套管全回轉鉆機在徐州盾安重工機械制造有限公司正式下線并交付客戶使用以來，經過多年不斷的努力，盾安重工成為我國最大的、產品系列最全的全套管全回轉鉆機研發制造基地。作為國內第一家，也是國內最大的全套管全回轉鉆機研發制造基地，徐州盾安重工把自主研發作為公司的核心競爭力，投入了大量的人力、物力、財力，緊跟全球設備制造和施工技術前沿，通過和國內著名高校、科研院所進行長期、深入的技術合作，研發、制造出具有完全自主知識產權的全套管全回轉鉆機，突破發達了國家的技術封鎖，創造出多個國內和國際第一。DTR系列全回轉全套管鉆機1、工作裝置DTR系列全回轉鉆機鉆機工作裝置結構示

12、意圖1）楔形夾緊裝置（發明專利號ZL201120273730.0）： 與傳統夾緊機構相比，無論在什么位置都能夾緊套管，并使用套管保持高的垂直精度；而且套管的拉拔阻力越大，夾緊力也就越大。2）馬達減速機 根據不同型號配置不同數量的馬達減速機可以提供足夠的扭矩，傳遞給套管強大的回轉力，可適應復雜的地層及切削障礙物。3）垂直裝置 液壓垂直裝置，保證施工中鉆孔的垂直度，隨時糾正施工中套管角度。4）口徑變更裝置 方便的口徑變更使得設備適用于多種口徑的變更要求。5）輔助夾緊裝置 能更好的保證套管的垂直度，同時在大深度挖掘時彌補配套起重機起吊能力不足的問題。6）、套管防回彈裝置 全回轉鉆機在進行大扭矩高深度

13、施工時，由于地質情況的不可預見性，隨著深度的增加，套管所受的阻力隨之加大，套管會由于阻力過大導致鋼管彈性變形，此時如果停止回轉，鋼管會在短時間發生回彈，液壓馬達會被扭曲的鋼管帶動瞬間高速回轉，極易導致馬達報廢。采用專用液壓閥使鋼管彈性力緩慢釋放，有效保護液壓馬達。7）工作行走裝置（選配） 履帶式行走裝置，液壓橫向伸縮功能，可使設備在場地上方便自行移動及樁心定位。2、液壓動力站DTR系列全回轉鉆機液壓動力站結構示意圖1）發動機 發動機巨大的功率能夠給設備提供巨大的扭矩，使得機器獲得強大的扭矩去工作，能夠適應任何復雜困難的地層。2）方便的操控系統 微電腦的操控平臺，可根據工況調節轉速、扭矩、壓入力

14、，使機器處于最佳工作狀態，極大提高了工作效率。3）刀頭載荷自動控制系統（專利申請號CN201210482705.2） 在切削硬巖時，通過電腦的自動控制，能夠很好的保護刀頭及有效地提高切削效率。可以使套管的壓入力保持一定的數值，不隨套管質量的增加而變化，通過維持適宜的壓入力，防止刀頭因超負荷而損壞；馬達泄油的油路中帶有超壓自卸裝置，使油路中的壓力維持在設定壓力之下，保護馬達等硬件不受損傷。4）負載保護裝置（專利號ZL 2012 2 0627579.0） 盾安DTR全回轉全套管鉆機采用了自主研發設計的安全可靠的負載保護裝置，通過液壓系統壓入管路上壓力傳感器實時反饋的負載大小，精確控制套管刀頭的載荷

15、，防止過載情況的發生。5）瞬間增強系統 在碰到障礙物時，可瞬間加大起拔力和扭矩，使得障礙物得到排除。3、主要技術參數型號DTR1305LDTR1505DTR2005HDTR2605HDTR3205H鉆孔直徑（mm）Ø600 Ø1300Ø800 Ø1500Ø1000Ø2000Ø1200 Ø2600Ø2000 Ø3200回轉扭（kN·m）1770/1050/5901500/975/600瞬時18002965/1752/990瞬時33915292/3127/1766瞬時61749080/53

16、68/3034瞬時10593回轉速度（rpm）1.5/2.6/4.51.6/2.46/4.01.0/1.7/2.90.6/1.0/1.80.6/1.0/1.8套管下壓（KN）最大360KN+自重190最大360KN+ 自重210KN最大600KN+ 自重260KN最大830KN+自重350KN最大1100KN+ 自重600KN套管起拔（kN）26902444瞬間26903760瞬間43003800瞬間43407237瞬間8370壓拔行程（mm）500750750750750工作裝置自重（t）2532465696發動機型號Y2-280M-4五十鈴AA-6HK1XQPCummins QSM11-3

17、35Cummins QSX15-500Cummins QSM11-335×2發動機功率（kw/rpm）2×90/1480電動機183.9/2000272/1800367/21002×272/1800發動機燃油消耗率（g/kwh）226.6（最大功率時）216（最大功率時）213（最大功率時）216×2（最大功率時）4、DTR系列全回轉全套管鉆機主要輔助機具1）沖抓斗沖抓頭是主要的套管內部沖挖裝置，依靠吊機的大小吊鉤配合來完成沖挖作業。作業時沖抓斗沿套管內壁自由落下，下落速度快、沖擊力強，硬質地層可直接沖挖，且作業效率高；斗刃成圓弧形，且斗體重，可實現水下

18、沖挖；內置滑輪組，抓緊力隨起吊力的增加而成倍增加。2）重錘、十字錘在巖層或有混凝土樁體沖抓斗不能沖挖時，用重錘或十字錘反復沖擊，破碎后用沖抓斗挖掘，這是經常用到的沖抓斗和重錘配合作業的工法。3）多頭抓爪（專利號ZL 2011 1 0234970.4）是一種套管內部挖掘裝置，在清除鋼筋混凝土及鋼樁及破碎塊石等地下障礙物時發揮巨大威力，它能有效地傳遞套管的扭矩、壓入力。根據需要多頭爪可以選配旋挖鉆斗。多頭爪在低噪音、低振動的狀態下工作，能夠選擇懸吊鋼絲繩的數量，因此可用小型起重機配合作業。4）基板、過渡架、反力叉和反力架基板可以保證工作裝置在工作狀態下的水平穩定性，提高對中性。過渡架安裝到工作裝置底座上，用螺栓鎖緊；裝配反力叉、反力架，用銷軸連接固定后，再將配重放置在反力架上面，添加配重克服鉆進產生反力，固定反力架克服鉆進產生的扭轉反力，保證施工過程機體的穩定性。四、結論1、全回轉全套管鉆機，屬裝備制造業中的大型樁基礎施工裝備，對于重大路橋建設項目的基礎施工具有關鍵支撐作用，特別是國家“十一五”期間，高速鐵路網和高速公路網建設等重大基礎建設項目更是需要大規模地采用全回轉全套管鉆機，從而使鉆孔直徑和鉆孔深度以及嵌巖能力更適應鐵路立交橋及公路立交橋的樁基礎施工。2、全回轉全套管