全套管施工中切削刀與全套管的應(yīng)用
全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)包括動力站及工作裝置，工作裝置的動力來源于動力站。
全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工常用工法
全套管及切削刀的使用
全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工過程中，需要切削帶沙粘土、流砂、基巖、塊石、孤石等，切削刀的安裝、套管的維護(hù)對旋轉(zhuǎn)切削效率影響很大，同時還決定了切削刀的壽命，在實(shí)際施工過程中往往被忽視。本文介紹了根據(jù)不同的地質(zhì)情況與施工要求時切削刀的安裝方法、套管的維護(hù)使用等。
全套管施工用刀頭的選定及配置
1、切削刀的形狀：
全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工用的切削刀根據(jù)形狀可分為外刀（齒）、中刀（齒）、內(nèi)刀（齒）。
全套管施工用刀頭的選定及配置
2、切削刀的種類：
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型號 |
KB-1 |
KB-2 |
KB-3 |
KB-4 |
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適用巖 |
軟巖型 |
軟·中硬巖型 |
中硬巖型 |
硬巖型 |
全套管施工用切削刀的選定及配置
3、切削刀的安裝
（1）切削刀的數(shù)量和排列方式應(yīng)根據(jù)施工工地地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，每個切削刀的距離應(yīng)控制在170-220mm范圍內(nèi)，一般情況下切削刀數(shù)量可按表一選擇。
表一：不同直徑套管的切削刀數(shù)量
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套管公稱直徑（mm） |
Φ1000
-Φ1100 |
Φ1200
-Φ1400 |
Φ1500
-Φ1700 |
Φ1800 |
Φ2000 |
Φ2200 |
Φ2400
Φ2500 |
Φ2600
Φ2800 |
Φ3000 |
Φ3200 |
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刀頭數(shù)量（把） |
18 |
21 |
24 |
27 |
30 |
33 |
36 |
39 |
42 |
45 |
（2）不同的外齒、中齒和內(nèi)齒的數(shù)量和排列方式有不同的切削作用和效率，根據(jù)施工工地地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整外齒、中齒和內(nèi)齒的數(shù)量和排列方式，可以提升鉆進(jìn)效率。刀頭的排列主要有下面幾種模式。
全套管施工用切削刀頭的選定及配置
安裝模式A：采用50軟巖型切削刀
針對普通地層、地下障礙物、直徑較小的漂石、塊石地層等，采用外齒、內(nèi)齒、外齒、內(nèi)齒循環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)排列方式就可以滿足施工要求。
安裝模式切削刀頭排列數(shù)量
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套管公稱直徑（mm） |
切削刀頭數(shù)量（把） |
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外齒 |
中齒 |
內(nèi)齒 |
合計 |
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Φ1000 |
12 |
0 |
6 |
18 |
|
Φ1200 |
14 |
0 |
7 |
21 |
|
Φ1500 |
16 |
0 |
8 |
24 |
|
Φ2000 |
20 |
0 |
10 |
30 |
|
Φ2500 |
24 |
0 |
12 |
36 |
|
Φ3000 |
28 |
0 |
14 |
42 |
全套管施工用切削刀的選定及配置
安裝模式B：采用50軟.中硬型切削刀及50中硬型切削刀
針對有中風(fēng)化巖層、和套管直徑接近的較大的塊石、漂石等地層，一般應(yīng)采用外齒、外齒、中齒、內(nèi)齒、外齒、內(nèi)齒的刀頭安裝方式。
安裝模式切削刀排列數(shù)量
套管公稱直徑
（mm） |
切削刀數(shù)量（把） |
|
外齒 |
中齒 |
內(nèi)齒 |
合計 |
|
Φ1000 |
10 |
3 |
5 |
18 |
|
Φ1200 |
12 |
3 |
6 |
21 |
|
Φ1500 |
12 |
4 |
8 |
24 |
|
Φ2000 |
16 |
5 |
9 |
30 |
|
Φ2500 |
19 |
7 |
10 |
36 |
|
Φ3000 |
22 |
8 |
12 |
42 |
安裝模式C：采用50中硬型切削刀及50硬巖型切削刀
對于需要嵌入強(qiáng)度較高、難切削巖層（如需要沖擊錘、滾刀配合施工）地層時，一般可采用外齒、外齒、中齒、內(nèi)齒、外齒、外齒、內(nèi)齒的循環(huán)排列的切削刀安裝方式。
安裝模式切削刀排列數(shù)量
套管公稱直徑
（mm） |
切削刀數(shù)量（把） |
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外齒 |
中齒 |
內(nèi)齒 |
合計 |
|
Φ1000 |
10 |
3 |
5 |
18 |
|
Φ1200 |
12 |
3 |
6 |
21 |
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Φ1500 |
12 |
4 |
8 |
24 |
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Φ2000 |
16 |
5 |
9 |
30 |
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Φ2500 |
19 |
7 |
10 |
36 |
|
Φ3000 |
22 |
8 |
12 |
42 |
切削軟巖層及中硬巖層時，巖石因切削阻力在紋理部位（龜裂或巖層間的間隙）剝離或被破壞、粉碎，因此基本不會在削孔溝內(nèi)產(chǎn)生堆積。但超過套管直徑的大且硬的塊石或硬巖層，紋理很少，很難被破壞，因此會沿切削刀的軌跡產(chǎn)生切削溝。這種狀態(tài)下，內(nèi)刃和外刃之間會產(chǎn)生切削殘余，增大鉆孔阻力。裝上中齒可以消除切削殘余，提升鉆孔切削效率。
在切削基巖的過程中，需要科學(xué)的排列切削刀以順利排出渣土，還要保證切削刀的刀刃從套管側(cè)面向內(nèi)、外各突出10mm左右，以確保套管側(cè)面和孔壁間有足夠的間隙，降低表面摩擦力。但如果突出量過大，會導(dǎo)致切削刀負(fù)荷過大，影響切削刀的使用壽命。
全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工狀態(tài)示意圖
底管和刀座的安裝
1、全套管材料
1）套管管身材質(zhì)的選擇：對于一般沙土、樁長較短、負(fù)荷較輕的工況，套管管身可選用Q345B碳鋼材料。對于需要切削塊石、孤石、障礙物、基巖或樁長較長的工況，套管切削桶應(yīng)選用性能更好的材料，采用25CrMo合金鋼鍛件制作宜焊接。
2）底套管壁厚的選擇：由于不同直徑的套管在施工過程中受到的摩擦阻力、回轉(zhuǎn)扭力不同，相同長度的樁，直徑越大，套管受到的摩擦阻力越大、承受回轉(zhuǎn)扭力也越大，因此，不同直徑的底套管對壁厚有不同的要求。
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套管直徑（mm） |
Φ1000—Φ1500 |
Φ2000 |
Φ2500—Φ3000 |
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套管壁厚（mm） |
30 |
30-35 |
40-50 |
底管切削桶和切削刀座的安裝
2、切削刀座的安裝
1）切削刀座溝的切割、加工：刀座溝的切割、加工的質(zhì)量直接影響到刀座的焊接，因此，必須控制好刀坐座的切割、加工的質(zhì)量，按下圖進(jìn)行。
2）切削刀座的焊接：刀座溝切割加工好后，進(jìn)行刀座的焊接，刀座的焊接應(yīng)牢固，不得出現(xiàn)虛焊，刀座焊縫表面采用耐磨焊蓋面。
3）切削刀座的更換：如果刀頭一直使用到超過磨損限度，就可能導(dǎo)致刀座磨損。刀座磨損后容易使刀頭固定不牢，產(chǎn)生晃動，影響刀片的壽命和施工效率，這時必須更換新的刀坐。
底套管和切削刀座的安裝
3、底管的耐磨堆焊
在切削帶沙黏土、流砂、基巖、塊石、孤石等時，刀座和底套管的下端很容易磨損，因此有必要使用耐磨焊條對刀座四周進(jìn)行耐磨堆焊或者在外壁焊接一些耐磨性高的耐磨塊。耐磨塊的作用不僅是減少套管的磨損，還能清除切削殘留，平滑孔壁，降低表面摩擦阻力。
耐磨堆焊示意圖
1）堆焊焊條選擇：
套管在旋轉(zhuǎn)下壓過程中，由于受到帶沙黏土、山砂、基巖、塊石、孤石的磨損和沖擊，因此應(yīng)選擇適用于上述工況的耐磨焊條進(jìn)行堆焊，YD40鏗博定制耐磨焊絲。如國標(biāo)YD322、YD337耐磨焊絲，提高底套管節(jié)的使用壽命。
YD322耐磨焊絲，采用直流反接，堆焊硬度HRC：≥50。用用于堆焊受泥沙磨損和氣蝕破壞的水力機(jī)械、工程機(jī)械、礦山機(jī)械等的易磨損零部件的堆焊。
YD337耐磨焊絲，交直流兩用，堆焊硬度HRC：≥60。用于堆焊常溫及非腐蝕條件下，帶有磨料磨損和沖擊載荷條件的零部件，如礦山、工程、農(nóng)業(yè)、制磚、水泥、水利等機(jī)械的易磨損件。
底套管和刀座的安裝
2）耐磨堆焊的位置
耐磨塊與耐磨堆焊位置A處起著平滑孔壁上的凹凸起伏的、確保套管和孔壁的間隙、防止砂土在孔壁堆積的重要作用，堆焊層的高度不能高于切削刀的凸出量，以6-8mm為宜，長度控制在500mm以上。耐磨堆焊B處的作用是防止切削刀座磨損。
3）底管的倒角
底管進(jìn)行切削特別是切削基巖時，如果排渣不暢，切削下來的渣料很容易在切削溝內(nèi)產(chǎn)生堆積，造成力矩急劇上升，大大影響切削效率，降低施工速度。可以在底套管的下端開設(shè)倒角，讓切削渣料能夠及時排出，提升切削效率，進(jìn)而提高施工速度。為了讓切削渣料能更好的流到套管內(nèi)側(cè)，倒角選擇15-20度，為了防止倒角部分的磨損，倒角的部分一定要進(jìn)行耐磨堆焊，提高其耐磨性能。
全套管
為確保全回轉(zhuǎn)全套管施工工法的安全、切削刀的作用非常重要。同時為了充分發(fā)揮全回轉(zhuǎn)全套管施工工法“大切削扭矩和高垂直精度”，全套管的作用也不可忽視。
1、全套管的構(gòu)造
1）雙層全套管
雙層套管公母接頭采用25Crmo鍛造制作，套管管身的中間是由外板和內(nèi)板構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)。外板和內(nèi)板之間又插入一層墊板。接頭部分的厚度（T）和外板+墊板+內(nèi)板（t1+t2+t3=t4）的厚度幾乎一致。雙層套管的特征是剛性好、不易變形且恢復(fù)性好，結(jié)實(shí)耐用，缺點(diǎn)是自重大，造價高。
全套管接頭鍛造工藝
2）單層全套管
單層套管公母接頭采用25Crmo鍛造制作，套管管身是一塊整板卷制而成，管身部分與公母接頭之間存在臺階，公母接頭采用引渡坡連接，單層套管特點(diǎn)是重量較輕，價格較便宜。
全套管接頭加工
3）全套管種類和板厚
目前市場上全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)使用的全套管生產(chǎn)廠家較多，套管的接頭、壁厚等尺寸多不統(tǒng)一，常用的見下表。
套管信息統(tǒng)計
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套管直徑 |
1.0m |
1.2m |
1.5m |
1.6m |
1.8/2.0m |
2.4/2.5m |
2.6m |
2.8/3.0/3.2m |
|
刀頭 |
型號 |
數(shù)量 |
18 |
21 |
24 |
24 |
27/30 |
36 |
39 |
42/45/45 |
45擴(kuò)角刀用于
80Mpa以下巖 |
50擴(kuò)角刀可切
鋼筋80Mpa以上巖 |
|
螺栓 |
型號 |
數(shù)量 |
雙排12組
(5T) |
雙排12組
(5T) |
雙排16組
(5T) |
雙排16組
(5T) |
雙排20組
(5T) |
雙排24組
(7T) |
雙排30組
(7T) |
雙排28/32/32組
(9T) |
NCB德
規(guī) |
M90 |
公母組
合高度 |
700mm |
700mm |
700mm |
700mm |
700mm |
760mm |
760mm |
760mm |
|
厚度 |
50 |
50 |
50 |
50 |
50/（60定制） |
60 |
60 |
70 |
|
壁厚 |
t25 t30 |
t25 t30 |
t30 |
t30 |
t30 t40 |
t40 |
t40 |
t40 |
2、全套管的連接
全套管的公母接頭部分的連接采用NCB螺栓進(jìn)行緊固連接，全套緊固螺栓由NCB螺絲、NCB絲圈和NCB錐圈三個部分組成，采用錐面緊固，不易松動。需要特別注意的是，如果錐面內(nèi)混進(jìn)了土砂等異物，可能會導(dǎo)致錐面變形、焊接斷裂，出現(xiàn)無法充分緊固、拆卸時無法松動等現(xiàn)象，使用前必須清理干凈。
3、全套管的使用
1）全套管長度包括2、3、4、5、6m等多種，6m長的全套管常用，施工時根據(jù)需要準(zhǔn)備每種長度的套管數(shù)量，帶底管的底節(jié)套管的長度可以適當(dāng)加長。
2）底管（安裝了切削刀的底端的套管）一般是厚板制作的單層管。長度多用8m左右。
3）連接底管的套管容易受到?jīng)_擊抓斗或沖擊錘，產(chǎn)生內(nèi)板變形，全套管接頭與底管切削桶采用鍛件制作，會大大的增加全套管使用周轉(zhuǎn)率。
4）即使全套管、套管接頭、接頭螺栓三配套等的形狀、通徑等相同，但不同廠家的套管及套管接頭部分加工尺寸也可能不同，因此使用時要考慮到不同廠家產(chǎn)品的不通用性。
全套管接頭鍛造工藝
總結(jié)
1、全套管施工過程中，正確的切削刀安裝方式、排列形式、數(shù)量對旋轉(zhuǎn)切削效率影響很大，影響施工的效率，同時還決定了切削刀的壽命。
2、合適的底管的耐磨堆焊、耐磨塊等有利于施工過程中的排渣，有效降低施工過程中的摩擦阻力。
3、由于目前國內(nèi)沒有統(tǒng)一的全套管鉆機(jī)施工用的全套管、切削刀等施工輔具，建議起草統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。
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