旋挖鉆機(jī)護(hù)筒直徑的確定

近年來旋挖鉆機(jī)的蹤跡幾乎已遍布各種規(guī)模建筑工地的每一個(gè)角落，其發(fā)展速度之快出常人所料。無論號稱“綠色奧運(yùn)，人文奧運(yùn)”的２００８北京奧運(yùn)主會場館建設(shè)工地，還是祖國西部高寒地區(qū)環(huán)保要求特殊的青藏鐵路施工線，均有旋挖鉆機(jī)的身影出現(xiàn)。由于該設(shè)備集環(huán)保、節(jié)能、高效、智能控制以及各種不同地質(zhì)條件的廣普適用能力于一身，已成為諸多地面施工工程建設(shè)的首選設(shè)備。對于成孔較差的流沙地質(zhì)條件，施工工藝往往采用護(hù)筒與作業(yè)鉆頭同步施工，避免旋挖鉆機(jī)的工作前功盡棄。

對于任何一種旋挖鉆機(jī)，在一定的地質(zhì)條件下其最大旋挖孔徑、深度參數(shù)也是一定的。當(dāng)使用護(hù)筒施工時(shí)，旋挖鉆桿所克服的阻力來自兩個(gè)方面：一，鉆頭所要克服的旋挖阻力矩；二，護(hù)筒與附其外表介質(zhì)的摩擦阻力矩，而這種摩擦阻力矩隨著旋挖深度的增加，護(hù)簡單位長度的阻力矩呈線性關(guān)系上升。此時(shí)所能旋挖的孔徑，比標(biāo)定的尺寸（最大直徑）要小得多。就旋挖鉆機(jī)所輸出的扭矩與護(hù)筒直徑、旋挖深度間的關(guān)系國內(nèi)還未見介紹，護(hù)筒的釋放也有多種不同的方法，本文就護(hù)筒、鉆頭同步釋放（護(hù)筒向流沙層下延伸）相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系，作一些闡述。
旋挖鉆機(jī)護(hù)簡與流沙層之間單位長度的摩擦阻力矩，隨著旋挖深度的增加而增加。因?yàn)榱魃硨訉ψo(hù)筒外壁的壓力是旋挖深度ｈ的函數(shù)，作業(yè)過程中某一位置單位長度的摩擦阻力，等于護(hù)筒外表面正壓力與摩擦系數(shù)的乘積。設(shè)旋挖護(hù)筒外徑為Ｄ，流沙層容重為ｐ（約２ｇ／ｍｍ），摩擦系數(shù)為ξ（濕０．３２，一般０．３９），如果取旋挖作業(yè)深度ｈ處ｄｈ長度為研究對象，則受壓面積等于ｄｈ×Ｄ×π，此處流沙層的壓力應(yīng)為ｈ×ｐ，所以摩擦力為ｄｈ、Ｄ、π、ｈ、ｐ、ξ之間的乘積，ｄｈ高度的摩擦阻力矩ｍ＝ｄｈ×Ｄ×π×ｈ×ｐ×ξ×Ｄ／２。旋挖深度為ｈ時(shí)，其摩擦阻力矩為（０到ｈ范圍的積分）Ｍ＝∫ｍｎｄｎ＝Ｄ×ｈ×π×ｐ×ξ／４。
如果把施工過程中鉆頭旋挖的阻力矩設(shè)為Ｍｚ，忽略機(jī)械效率的影響，旋挖鉆機(jī)動力頭輸出扭矩＝Ｍ＋Ｍ。因?yàn)槭褂米o(hù)筒作業(yè)且到達(dá)一定深度時(shí)，動力頭的主要阻力來自護(hù)筒與流沙層之間的摩擦阻力矩，而鉆頭旋挖的阻力矩相對已顯得很小，計(jì)算護(hù)筒極限作業(yè)深度時(shí)，甚至可以將其忽略不計(jì)。
假設(shè)旋挖鉆機(jī)動力頭輸出的扭矩為Ｍ，在護(hù)筒直徑Ｄ一定的條件下，最大鉆深ｈ＝２（Ｍ－Ｍｚ）／（Ｄ×π×ｐ×ξ）（取其正值）。同樣，在己知護(hù)筒作業(yè)長度ｈ參數(shù)的情況下，可求得護(hù)筒可達(dá)到的極限作業(yè)直徑Ｄ＝２（Ｍ－Ｍｚ）／（ｈ×π×ｐ×ξ）。如果護(hù)筒為多節(jié)伸縮式結(jié)構(gòu)，仍然可以使用相同的方法，采取分段積分累加，利用∑Ｍｉ＝０的條件約束，同樣可以確定相關(guān)參數(shù)。