水磨钻机开挖输电线路岩石基础

摘要：在不能爆破施工的情况下，将水磨钻机应用于输电线路岩石基础的施工中，可提高岩石基础开挖的效率。本文介绍了水磨钻机的构成、原理，并提出了水磨钻机在输电线路中应用的改进措施，通过在牌楼-长阳铺Ⅱ回500kV送电线路工程引入水磨钻机，得出结论，可供同类工程参考。

关键词：水磨钻机；输电线路；岩石基础

中图分类号：F407 文献标识码： A

1 引言

输电线路施工各大工序中，基础分部工程是一项复杂的系统工程，是耗时最长的工序，占整个线路施工周期的50%，而基础分部工程中岩石掏挖基础是耗时最长的工程[1]。一般来说，岩石掏挖基础都采用爆破施工[2]，但是在带电线路附近、人员密集区、高速公路、铁路等重要跨越处则禁止爆破施工，传统的风镐施工开挖效率极其低下。目前水磨钻机广泛应用于房屋建筑地基施工中，对岩石地质桩基开挖具有绝对优势。输电线路岩石掏挖基础与房屋建筑桩基类似，采用水磨钻机开挖岩石掏挖基础具有极强的可操作性。

岩石有三个特征：一是抗压能力强，而抗拉和抗剪能力很低；二是岩石在大于其极限抗力的作用下会发生拉裂破坏；三是岩石在大于极限抗剪切力的作用下会发生剪切破坏。利用水磨钻机可钻各种坚硬页岩、青砂石、花岗石、大理石、石灰岩、含铁矿石等中风化弱风化岩层的特性，在岩石掏挖基础中先清理出临空面。再利用岩石的抗拉和抗剪能力很低的力学特性，对桩基岩芯进行分裂。

2水磨钻机简介

2.1水磨钻机的原理

水磨钻机主要由水磨钻机、水磨钻筒、专用水泵三部分组成，其构成如图1所示。

图1 水磨钻机的构成

工作原理：水磨钻机成孔是利用钻机套筒周边的金刚刀片在钻机的转动下切削岩体，并把岩体切入套筒内，待钻入一定深度后提出钻机，敲断并清除被切的圆柱体岩石；取出岩芯后，中间岩石与周围岩壁形成了临空面，再用小钻机或钢钎胀裂中间岩石，吊运出渣；然后再放下水磨钻机，如此反复进行操作，沿桩截面连续钻进便可达到对岩体进行钻芯和剥离的目的，孔内出碴利用卷扬机及桩顶简易支架吊运。

2.2水磨钻机的施工过程

作业时，电动机带动钻机在孔内沿护壁方向钻取周边岩芯，贯通后松动、破碎中间岩体，随即出渣。施工过程可简单分为3个步骤，即钻芯、破碎岩体、出渣[2]。

2.3水磨钻机的优点

目前水磨钻机广泛应用于房屋建筑地基施工中，在桥梁中也有较多应用。水磨钻机具有以下优点[3-11]：

⑴水磨钻机施工速度快，效率高；

⑵水磨钻机施工噪音小，振动小，对附近居民影响较小；

⑶水磨钻机能减少混凝土的消耗量；

⑷使用水磨钻机施工技术，不受材料供应、天气及周围环境的影响。

⑸水磨钻机投入较少，成本较低。

⑹水磨钻机安全性较高

3水磨钻机在输电线路的应用

目前水磨钻机广泛应用于房屋建筑地基施工中，对岩石地质桩基开挖具有绝对优势。输电线路岩石掏挖基础与房屋建筑桩基类似，可在输电线路岩石掏挖基础中引入水磨钻机。

3.1 水磨钻机在输电线路应用瓶颈及对策

3.1.1供水

水磨钻机在正常工作中需清水，一般每钻一个60cm深的孔需清水15L以上，而输电线路基础施工绝大部分是在户外的缺水地区中，特别是岩石掏挖基础更是处在崇山峻岭中，水源匮乏，供水成为其在基础施工中最大瓶颈。在施工过程每基需配备小型高扬程高压力的抽水机（现普遍采用果园喷药机）才能保证其对水的需求量。

3.1.2排水

使用水磨钻机会产生大量的污水，产生的污水要处理妥当，特别是坡度大的地方，否则会造成污染[2]。水磨钻机排出的水，对于坚硬页岩、青砂石、花岗石、大理石、石灰岩等青石类可用小型专用污水泵抽出即可，经沉淀后还能循环使用。对于红岩等风化石类，钻孔时产生的粉沫与水就形成了泥浆，专用污水泵无法将其抽出，市场上的泥浆泵由于体型、排量大，也不适合使用。所以需人工排水，一般每钻两到四个孔需排水一次。

3.1.3移位

移机械是每钻一个孔必需的步骤，其效率直接影响水磨钻机的功效，对于输电基础施工，不管是500kV、还是220kV、或更大的，其直径大都在1-1.4m之间。根据这一特性，可以特做一个固定尺寸的软道作为水磨钻机的座子。用直径为14mm的圆钢加工成4个圆圈，底部再用钢管切边作为底脚，依固有尺寸焊接即可。如图2所示开挖1.2m基础的轨道座子尺寸图。

图2 水磨钻机底座加工图

使用轨道座子时，水磨钻机的底座钢板也应相应的加工，在底座钢板下面两侧的中间位置焊两根大约2cm长的直径为14mm的圆钢（作业时卡入轨道座子的轨道内），在底座钢板下面后侧焊一螺丝。在水磨钻机钻孔前将螺丝拧紧，使水磨钻机底座与轨道座子成为一个整体，在钻孔时操作人员也站在座子上，即保证了水磨钻机运行时底座的稳定。当孔钻完毕移动机械时，只需将螺丝拧松，用小锤锤击水磨钻机底部，当移到位后，再将螺丝柠紧即完成水磨钻机的移动。

4实例

4.1施工应用

牌楼-长阳铺Ⅱ回500kV送电线路工程，全线大量采用掏挖式基础。由于紧邻牌楼-长阳铺Ⅰ回500kV送电线路，最近距离25米，且线路途经雪峰山脉，85%以上的岩石基础，严禁爆破施工。考虑到水磨钻机的优越性，决定采用水磨钻机开挖岩石掏挖基础。

应用水磨钻机开挖岩石基础后，工程所有的岩石基础都得以顺利开挖。施工过程中未出现塌孔，未出现较大安全事故，且减低了对周围环境的影响，收到了预期的效果。水磨钻机施工的取芯效果图如图3所示。

图3 取芯后的效果图

4.2对比分析

为了比较，在同一基基础中分别采用风镐和水磨钻机进行开挖。依据现场施工资料，将二者比较结果列表，如表1所示。

表1 水磨钻机与风镐施工的对比

⑴风镐施工与水磨钻机施工所要求的人数相同，水磨钻机在人员方便并无优势。

⑵风镐施工进度慢，效率较低，工期较长；水磨钻机施工进度快，效率较高，工期较短。

⑶风镐施工虽然单价成本较低，但工期较长，用油、管理等其他相关成本较高；水磨钻机虽然单价成本较高，但工期较短，用油、管理等其他相关成本较低。从综合成本看，水磨钻机施工比风镐施工较低。

⑷风镐施工产生的噪音较大，对附近的居民生活产生较大的影响。水磨钻机施工产生的噪音较小，对附近的居民影响较小。

5结语

在不能进行爆破施工的情况下，将水磨钻机引入到输电线路的岩石基础开挖中，与传统的风镐施工相比，能快速、安全、优质地完成输电线路岩石基础的开挖，保证了工程的施工安全及工期，取得了较好的经济效益和社会效益。

通过应用水磨钻机指导牌楼-长阳铺Ⅱ回500kV送电线路工程的岩石基础开挖，可以得出如下结论。

⑴水磨钻机施工具有成本优势。水磨钻机不需要油料，而且能减少混凝土的消耗量，综合成本低。

⑵水磨钻机施工具有工期优势。水磨钻机可以24小时循环，同时不受材料供应、天气及周围环境的影响，工期较短。

⑶水磨钻机施工具有社会效益。水磨钻机震动少，噪音小，对周围环境的影响小，故水磨钻机施工具有更加广泛的适用性，特别是对噪声和震动干扰敏感的环境。

⑷虽然水磨钻机具有相当的优势，可是由于输电线路的特殊性，将水磨钻机应用于输电线路，供水和排水存在着不足：由于输电线路点多线长，铺设抽水水管麻烦，人力花费较大；排水是水磨钻机在开挖风化石类的难点，人工排泥浆水耗时过多。

6参考文献

[1] 唐秀.关于输电线路基础工程施工措施的分析[J] .电源技术应用.2013.9：49

[2] 李庆林.架空送电线路施工手册[M] .北京：中国电力出版社，2002

[3] 王小岐。临近既有线桥梁桩基础水磨钻施工技术[J]。山西建筑。2013。39（9）：178-179

[4] 李大纪，李小云，蓝辉.水磨钻在下赶场沟大桥桩基施工的应用[J]。西部交通科技.2011。08：36-39

[5] 杜世明，吴建中，康荣。水磨钻在抗滑桩施工中遇岩石开挖中的应用――以重庆彭水县城防护工程为例[J]。人民长江。2013。06：77-79

[6] 曹鑫锋。锚固桩水磨钻施工工艺及技术经济分析[J] .山西建筑.2010.36（13）：111-125

[7] 张勇.锚固桩水磨钻施工工艺及经济分析[J] .铁路工程造价管理.2013.3：19-20

[8] 朱前.水磨钻挖孔工艺在山岭重丘区岩层地址条件下人工挖孔中的应用[J] .建筑与发展。2012。5：164-165

[9] 韩延洪.水磨钻在岩石地质下的成孔工艺.公路[J] .2012.7：111-113

[10] 胡仕君.水磨钻法施工桩基在城市的应用前景.城市建设理论研究[J] .2012.16：64-69

[11] 吴穹，张鹏，张彬.跟孔水磨钻开挖嵌固式岩石基础施工工艺.中国机械[J] .2013.17：71-72