空气潜孔锤用冲击器

摘 要：本文重点介绍了冲击器的组成、各个零部件的作用、结构类型、工作原理，并针对某些特殊地层的施工提出了潜孔锤在旋挖钻机上应用的一些设想。
关键词：结构组成；工作原理；综合应用

　　一、引言
　　随着我国经济建设的高速发展，高层建筑、港口码头、水库坝基、滑坡治理、公路桥梁等工程的数量大幅度增加。为确保基础桩的承载力和抵御自然灾害的能力，上述基础桩施工大都要求嵌入新鲜基岩面以下， 近年来钻孔工程界一直在研究和探索高效的嵌岩桩孔施工方法，也尝试过多种施工工艺方法，硬质合金钻进、组合滚齿钻进、环状取心钻进，但这些钻进效率及成孔质量仍不尽人意，潜孔锤钻进技术是解决嵌岩桩孔最有效的钻进方法。 　　三、冲击器零部件的组成和作用：
　　冲击器由配气装置、活塞、气缸、外套和一些附属件所组成。
　　外形结构如下图所示 　　（一）配气装置
　　其作用是将经钻杆输送的压缩空气，分别送到气缸的前后室，使活塞作往复运动而冲击钻头。因潜孔锤冲击频率较高，要求配气装置具有以下特点：气道拐弯少、断面大、密封性好、压力损失小、阀体轻便、行程合适、动作灵敏、结构简单、制造容易、具有抗冲击耐磨、寿命长等特点。
　　（二）活塞
　　活塞是潜孔锤的主要运动元件，在气缸中作往复运动，前进行程终了，冲击钻头尾部，将能量传递到钻头而破碎岩石。活塞在气缸内应能灵活动作，且气密性好，具有一定质量，有合理的几何形状及尺寸，以达到高的冲击效率。
　　（三）气缸与外套
　　气缸被活塞分隔成前后气室，活塞在其中作往复运动。外套装在气缸外边，在气缸之间构成气道，作为配气的组成部分。对气缸的要求：结构简单、便于制造、缸壁耐磨耐用。
　　（四）接头
　　潜孔锤下部连接钻头的部件，应容纳钻头尾部，并控制其伸缩位置，传递扭矩，带动钻头转动，钻头冲击时应有一定范围的轴向转动。当潜孔锤提离孔底时，能吊挂钻头，防止钻头掉入孔内。
　　四、冲击器的结构类型
　　按冲击器的配气方式和结构特点，可以分为有阀和无阀两种类型
　　（一）有阀式冲击器
　　结构外形如下图所示：
　　这类冲击器的特点，是由配气结构的阀片控制的。按排气方式可分为旁侧排气和中心排气两种。旁侧排气冲击器使用最早，因其汽缸内的气体由钻头两侧排出，故称旁侧冲击器、中心排气冲击器是使汽缸内的气体经钻头的中心孔排出。这种冲击器的排渣效果好，钻头使用寿命长，钻进效率高，较旁侧冲击器更适用于潜孔钻进的条件和要求。目前，用于岩土钻掘的冲击器多为中心排气冲击器。
　　（二）无阀冲击器
　　结构外形如下图所示: 　　无阀冲击器是利用布置在活塞和汽缸壁上的配气系统控制活塞往复运动，活塞运动时自动配气，减少了配气阀片，防止了因阀片磨损而失效的现象，由于这类冲击器不用阀片配气，所以称为无阀式冲击器。这类冲击器的工作压力比有阀式要低，在相同工作压力下产生的冲击功要大一些。
　　（三）无阀空气冲击器的工作原理
　　通过不断改变进排气方向，就可实现活塞在气缸内的不断往复运动，从而也能不断反复冲击钻头，这就是气功冲击器工作的最简单原理和过程。造成控制反复改变进排压缩空气方向的机构叫配气机构，配气机构是冲击器的核心部分，当压缩空气进入前气室时推动活塞上行，当压缩空气进入后气室时推动活塞下行。活塞是冲击器的一个能量转换装置，它依靠活塞运动将压缩空气的能量转换为冲击的机械能，一般是以冲击动态表示，冲击功的大小决定于活塞的重量及运动速度。
　　（四）空气潜孔锤在旋挖钻机上的应用设想
　　我国幅员辽阔，地形地貌气候复杂多变，有大面积的沙漠戈壁，大面积黄土覆盖区，大面积高寒缺水或供水困难地区，大面积岩溶地区，并存在冰冻层带，当然还有大量忌用液体循环介质的各种客观条件等宜于采用综合式分层钻进技术，针对不同地质更换不同钻具，以提高整体施工效率，降低施工成本。
　　目前岩土施工设备及方法多种多样，但各有优缺点，冲击锤施工效率低，泥浆污染严重，施工质量无保障；正反转入岩套管钻机，整机体积大，重量大，场地要求严格，施工成本高；旋挖钻机在普通地层中施工因其效率高，污染少，机动灵活等特点，在国内外现浇混凝土灌注桩施工中以受到工程界的青睐，但遇到微风化以上岩层施工，施工效率非常低，钻具磨损快，钻杆容易断裂，整机寿命受到很大影响，如果设想在旋挖钻机上更换不同的工作装置如潜孔锤以满足硬岩层的需要，既能提高钻进效率，降低施工成本，又对施工现场环境要求低，尤其适合于山体中等狭小的区域。此施工方法最大的问题是排渣，可以利用泥浆排渣，但施工成本高，污染环境。如果在钻杆与冲击器连接处设计渣土收集装置，利用高压空气反循环原理将渣土收集到一个固定的装置中，利用钻杆提出孔外就解决了排渣问题。
　　另外针对大直径灌注桩入岩，国内外暂无大直径冲击器，可以采取下列方法施工（如下图）：
　　五、结语：
　　气动潜孔锤钻进技术的系列优点已经在工程施工中得到证实，针对某些特殊地层，它和其它工作装置配合使用，应该可以有效推行综合式分层钻进技术，达到全面提高钻进效率，降低施工成本的目的。

　　参考文献
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　　[2] 熊青山.殷琨.气动潜孔锤仿真电算软件开发与应用 [M]. 北京：石油工业出版社,2011.
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