甄海玉 王良杰
（北京南車時(shí)代機(jī)車車輛機(jī)械有限責(zé)任公司，北京市昌平區(qū) 102202 ）
摘 要：本文重點(diǎn)介紹了沖擊器的組成、各個(gè)零部件的作用、結(jié)構(gòu)類型、工作原理，并針對(duì)某些特殊地層的施工提出了潛孔錘在旋挖鉆機(jī)上應(yīng)用的一些設(shè)想。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)組成；工作原理；綜合應(yīng)用
一、引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，高層建筑、港口碼頭、水庫(kù)壩基、滑坡治理、公路橋梁等工程的數(shù)量大幅度增加。為確保基礎(chǔ)樁的承載力和抵御自然災(zāi)害的能力，上述基礎(chǔ)樁施工大都要求嵌入新鮮基巖面以下， 近年來(lái)鉆孔工程界一直在研究和探索高效的嵌巖樁孔施工方法，也嘗試過(guò)多種施工工藝方法，硬質(zhì)合金鉆進(jìn)、組合滾齒鉆進(jìn)、環(huán)狀取心鉆進(jìn)，但這些鉆進(jìn)效率及成孔質(zhì)量仍不盡人意，潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)是解決嵌巖樁孔最有效的鉆進(jìn)方法。
二、概述
空氣潛孔錘是以壓縮空氣為動(dòng)力的一種風(fēng)動(dòng)沖擊工具。它所產(chǎn)生的沖擊功和沖擊頻率可以直接傳給鉆頭，然后再通過(guò)鉆機(jī)和鉆桿的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，形成對(duì)巖石的脈動(dòng)破碎能力，同時(shí)利用沖擊器排出的壓縮空氣，對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻和將破碎后的巖石顆粒排出體外，從而實(shí)現(xiàn)了孔底沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的目的。因此，沖擊器的結(jié)構(gòu)、性能是實(shí)現(xiàn)風(fēng)動(dòng)鉆進(jìn)的重點(diǎn)。
三、沖擊器零部件的組成和作用：
沖擊器由配氣裝置、活塞、氣缸、外套和一些附屬件所組成。
外形結(jié)構(gòu)如下圖所示
圖1
（一）配氣裝置
其作用是將經(jīng)鉆桿輸送的壓縮空氣，分別送到氣缸的前后室，使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)而沖擊鉆頭。因潛孔錘沖擊頻率較高，要求配氣裝置具有以下特點(diǎn)：氣道拐彎少、斷面大、密封性好、壓力損失小、閥體輕便、行程合適、動(dòng)作靈敏、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、具有抗沖擊耐磨、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
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活塞是潛孔錘的主要運(yùn)動(dòng)元件，在氣缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，前進(jìn)行程終了，沖擊鉆頭尾部，將能量傳遞到鉆頭而破碎巖石。活塞在氣缸內(nèi)應(yīng)能靈活動(dòng)作，且氣密性好，具有一定質(zhì)量，有合理的幾何形狀及尺寸，以達(dá)到高的沖擊效率。
?。ㄈ飧着c外套
氣缸被活塞分隔成前后氣室，活塞在其中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。外套裝在氣缸外邊，在氣缸之間構(gòu)成氣道，作為配氣的組成部分。對(duì)氣缸的要求：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造、缸壁耐磨耐用。
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潛孔錘下部連接鉆頭的部件，應(yīng)容納鉆頭尾部，并控制其伸縮位置，傳遞扭矩，帶動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆頭沖擊時(shí)應(yīng)有一定范圍的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)潛孔錘提離孔底時(shí)，能吊掛鉆頭，防止鉆頭掉入孔內(nèi)。
四、沖擊器的結(jié)構(gòu)類型
按沖擊器的配氣方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為有閥和無(wú)閥兩種類型
?。ㄒ唬┯虚y式?jīng)_擊器
結(jié)構(gòu)外形如下圖所示：
圖2
這類沖擊器的特點(diǎn)，是由配氣結(jié)構(gòu)的閥片控制的。按排氣方式可分為旁側(cè)排氣和中心排氣兩種。旁側(cè)排氣沖擊器使用最早，因其汽缸內(nèi)的氣體由鉆頭兩側(cè)排出，故稱旁側(cè)沖擊器、中心排氣沖擊器是使汽缸內(nèi)的氣體經(jīng)鉆頭的中心孔排出。這種沖擊器的排渣效果好，鉆頭使用壽命長(zhǎng)，鉆進(jìn)效率高，較旁側(cè)沖擊器更適用于潛孔鉆進(jìn)的條件和要求。目前，用于巖土鉆掘的沖擊器多為中心排氣沖擊器。
?。ǘo(wú)閥沖擊器
結(jié)構(gòu)外形如下圖所示:
圖3
無(wú)閥沖擊器是利用布置在活塞和汽缸壁上的配氣系統(tǒng)控制活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)自動(dòng)配氣，減少了配氣閥片，防止了因閥片磨損而失效的現(xiàn)象，由于這類沖擊器不用閥片配氣，所以稱為無(wú)閥式?jīng)_擊器。這類沖擊器的工作壓力比有閥式要低，在相同工作壓力下產(chǎn)生的沖擊功要大一些。
（三）無(wú)閥空氣沖擊器的工作原理
通過(guò)不斷改變進(jìn)排氣方向，就可實(shí)現(xiàn)活塞在氣缸內(nèi)的不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而也能不斷反復(fù)沖擊鉆頭，這就是氣功沖擊器工作的最簡(jiǎn)單原理和過(guò)程。造成控制反復(fù)改變進(jìn)排壓縮空氣方向的機(jī)構(gòu)叫配氣機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)是沖擊器的核心部分，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入前氣室時(shí)推動(dòng)活塞上行，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入后氣室時(shí)推動(dòng)活塞下行。活塞是沖擊器的一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，它依靠活塞運(yùn)動(dòng)將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為沖擊的機(jī)械能，一般是以沖擊動(dòng)態(tài)表示，沖擊功的大小決定于活塞的重量及運(yùn)動(dòng)速度。
?。ㄋ模┛諝鉂摽族N在旋挖鉆機(jī)上的應(yīng)用設(shè)想
我國(guó)幅員遼闊，地形地貌氣候復(fù)雜多變，有大面積的沙漠戈壁，大面積黃土覆蓋區(qū)，大面積高寒缺水或供水困難地區(qū)，大面積巖溶地區(qū)，并存在冰凍層帶，當(dāng)然還有大量忌用液體循環(huán)介質(zhì)的各種客觀條件等宜于采用綜合式分層鉆進(jìn)技術(shù)，針對(duì)不同地質(zhì)更換不同鉆具，以提高整體施工效率，降低施工成本。
目前巖土施工設(shè)備及方法多種多樣，但各有優(yōu)缺點(diǎn)，沖擊錘施工效率低，泥漿污染嚴(yán)重，施工質(zhì)量無(wú)保障；正反轉(zhuǎn)入巖套管鉆機(jī)，整機(jī)體積大，重量大，場(chǎng)地要求嚴(yán)格，施工成本高；旋挖鉆機(jī)在普通地層中施工因其效率高，污染少，機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)澆混凝土灌注樁施工中以受到工程界的青睞，但遇到微風(fēng)化以上巖層施工，施工效率非常低，鉆具磨損快，鉆桿容易斷裂，整機(jī)壽命受到很大影響，如果設(shè)想在旋挖鉆機(jī)上更換不同的工作裝置如潛孔錘以滿足硬巖層的需要，既能提高鉆進(jìn)效率，降低施工成本，又對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求低，尤其適合于山體中等狹小的區(qū)域。此施工方法最大的問(wèn)題是排渣，可以利用泥漿排渣，但施工成本高，污染環(huán)境。如果在鉆桿與沖擊器連接處設(shè)計(jì)渣土收集裝置，利用高壓空氣反循環(huán)原理將渣土收集到一個(gè)固定的裝置中，利用鉆桿提出孔外就解決了排渣問(wèn)題。
另外針對(duì)大直徑灌注樁入巖，國(guó)內(nèi)外暫無(wú)大直徑?jīng)_擊器，可以采取下列方法施工（如下圖）：
圖4
氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)的系列優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在工程施工中得到證實(shí)，針對(duì)某些特殊地層，它和其它工作裝置配合使用，應(yīng)該可以有效推行綜合式分層鉆進(jìn)技術(shù)，達(dá)到全面提高鉆進(jìn)效率，降低施工成本的目的。
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