1、概述

　　沖擊反循環(huán)工藝用于硬巖和大卵礫石地層樁孔施工，已越來越多的在壩基、橋基、高層建筑和許多重要的工程基礎(chǔ)施工中被采用，比回轉(zhuǎn)鉆進或沖擊鉆進在施工質(zhì)量和效率方面都有明顯提高，而施工成本明顯降低。但由于沖擊反循環(huán)鉆機購置費較昂貴(達30萬～60萬元不等)，盡管沖擊反循環(huán)已是成熟工藝，方法也不復(fù)雜，而目前仍沒有被廣泛采用。

　　針對上述情況，勘探技術(shù)研究所除設(shè)計了多種沖擊反循環(huán)鉆機投入市場外，近年來又進一步研究，在原GPS15型轉(zhuǎn)盤式樁孔鉆機上，增加幾個組件，利用原鉆機的動力和傳動機構(gòu)，不影響原鉆機的回轉(zhuǎn)功能，卻能實現(xiàn)沖擊反循環(huán)鉆進。使一臺鉆機起到兩臺鉆機的作用。在施工中，回轉(zhuǎn)鉆進完成覆蓋層鉆孔后，遇到8級以上硬巖即可采用沖擊反循環(huán)鉆進，不僅效率高，成本低，成孔質(zhì)量好，而且節(jié)省更換鉆機時間2～3個工作日，由回轉(zhuǎn)鉆進改為沖擊反循環(huán)鉆進時，泥漿泵等主要配套設(shè)備不必更換，可節(jié)省搬遷安裝費用。

　　改裝GPS15型鉆機為回轉(zhuǎn)沖擊反循環(huán)鉆機費用低廉，改裝也比較容易，既適合鉆機生產(chǎn)廠家專業(yè)性制造，也適合用戶自行制作改裝。在我國市場，GPS15型鉆機或類似鉆機保有量在千臺以上，相信這一項改裝技術(shù)對推動我國硬巖施工技術(shù)的進步和發(fā)展，能起到一定的作用。

　　2、鉆機改裝

　　GPS15型鉆機改裝成具有回轉(zhuǎn)、沖擊功能的HCFG15型鉆機，其改裝內(nèi)容分述如下。

　　2.1　沖擊反循環(huán)機構(gòu)的動力

　　將原鉆機轉(zhuǎn)盤傳動箱的過橋齒輪軸更換，一端加長伸出箱體外，外伸端以花鍵形式聯(lián)一齒形聯(lián)軸器。齒形聯(lián)軸器傳動一對錐齒輪，該錐齒輪使傳動鏈轉(zhuǎn)90°，并帶動沖擊離合器。離合器的輸出軸傳動差速變速箱，經(jīng)兩級齒輪減速帶動差速機構(gòu)。該差速機械的兩端由花鍵與左右卷筒相聯(lián)接，帶動卷揚做同步回卷。左右卷筒上纏繞的鋼絲繩經(jīng)過天車滑輪，可直接聯(lián)接在沖擊鉆頭上。天車上的雙滑輪是在原天車軸上增加的。

　　鉆機的沖擊由離合器的開合實現(xiàn)。合上離合器，則動力經(jīng)差速箱傳動卷筒，提升沖擊鉆頭，至需要的高度時，脫開離合器，同步卷揚失去動力，大質(zhì)量的鉆頭在重力作用下呈自由落體對孔底沖擊，可產(chǎn)生數(shù)萬焦耳的沖擊功。操縱離合器的開合，即能實現(xiàn)鉆頭對孔底的連續(xù)沖擊。在泥漿泵的作用下，孔底被破碎的巖渣經(jīng)位于鉆頭中心的排渣管迅速排出孔外，避免了重復(fù)破碎。

　　沖擊反循環(huán)工藝由于單次沖擊功大，容易使硬而脆的巖石破碎。又由于巖渣能迅速排除，減少了鉆頭的無功損耗，能使沖擊功充分用于巖石的體積破碎，故能產(chǎn)生較高的沖擊效率。

　　2.2　沖擊反循環(huán)機構(gòu)的技術(shù)關(guān)鍵 

　　2.2.1　同步卷揚機構(gòu)

　　(1)由于鉆頭中心位置被排渣管占據(jù)，沖擊鉆頭的提引鋼絲繩只能分布在兩側(cè)的對稱位置上，因此要求在提錘時鋼絲繩絕對同步。并且保證兩鋼絲繩受力不均時能自動調(diào)整，使鉆頭擺正，否則鉆頭不能正常工作。采用差速機構(gòu)工作時，如果與差速機構(gòu)兩端相聯(lián)的卷筒受力不一致時，則阻力小端不轉(zhuǎn)或慢轉(zhuǎn)，直到兩端阻力一致，兩半軸同步、同向旋轉(zhuǎn)。從而保證了左右卷揚鋼絲繩的線速度一致。差速機構(gòu)見圖3。

　　(2)沖擊離合器的發(fā)熱。離合器的開合靠液控來實現(xiàn)。在重負荷下，離合器以10次/min左右的頻率連續(xù)工作，發(fā)熱是很嚴重的。如果沒有相應(yīng)的技術(shù)措施，離合器的摩擦副會因高溫燒損，使離合器失效。解決離合器過熱問題有以下幾方面：

　?、僖蚪Y(jié)構(gòu)限制，摩擦盤直徑不可能做得太大。加大摩擦副的摩擦面積，以減小比壓，使摩擦面負擔減輕。

　?、谠黾臃制瑱C構(gòu)，改善分片彈簧材質(zhì)。因結(jié)構(gòu)限制，不能做成太大直徑的摩擦盤，就只能用多片摩擦盤以保證充分的摩擦力矩。為使離合器在脫開時摩擦盤迅速分離，設(shè)計了分片機構(gòu)，強有力的分片彈簧在離合器脫開時，迅速推開摩擦副。實踐證明效果是良好的。但由于離合器的升溫，普通碳素彈簧鋼絲在溫度升至120℃時退火，失去彈性，使離合器失效。我們經(jīng)試驗選用了30W4Cr2VA彈簧鋼絲，耐熱性較好，高溫下不退火，使用效果良好。

　?、蹨p少或克服液壓系統(tǒng)背壓的影響。液壓控制離合，因油路系統(tǒng)的回油路總有一定的背壓，一般有0.12～0.15MPa是允許的。所以油路卸載時，要使油缸內(nèi)的油在分片彈簧推力下迅速流出，必須使缸內(nèi)油壓與油路系統(tǒng)背壓相差較大，這樣才可以克服背壓，減少背壓的影響，使摩擦片迅速脫開。

　　總之，離合器發(fā)熱是正常的，但應(yīng)使發(fā)熱控制在允許的范圍之內(nèi)，以延長摩擦片的使用壽命，利于降低生產(chǎn)成本。 

　　2.3　液壓系統(tǒng)的改裝

　　GPS15型鉆機液壓系統(tǒng)原有兩片多路換向閥，分別控制塔架起落和滑臺退進。改裝時增加一片多路換向閥與原閥并在一起。在聯(lián)接沖擊油缸的油路上并聯(lián)一溢流閥。注意所增加的多路換向閥應(yīng)與原閥是同一廠家的產(chǎn)品，否則聯(lián)接不上。另外，原鉆機油箱容量較小，因塔架起落和滑臺進退均是短時使用，不存在發(fā)熱問題，但使用液控離合器后，液控離合器是長期工作，會使油路系統(tǒng)升溫。