甄海玉 王良杰
（北京南車時代機車車輛機械有限責任公司，北京市昌平區(qū) 102202 ）
摘 要：本文重點介紹了沖擊器的組成、各個零部件的作用、結(jié)構(gòu)類型、工作原理，并針對某些特殊地層的施工提出了潛孔錘在旋挖鉆機上應用的一些設想。
關鍵詞：結(jié)構(gòu)組成；工作原理；綜合應用
一、引言
隨著我國經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，高層建筑、港口碼頭、水庫壩基、滑坡治理、公路橋梁等工程的數(shù)量大幅度增加。為確?；A樁的承載力和抵御自然災害的能力，上述基礎樁施工大都要求嵌入新鮮基巖面以下， 近年來鉆孔工程界一直在研究和探索高效的嵌巖樁孔施工方法，也嘗試過多種施工工藝方法，硬質(zhì)合金鉆進、組合滾齒鉆進、環(huán)狀取心鉆進，但這些鉆進效率及成孔質(zhì)量仍不盡人意，潛孔錘鉆進技術(shù)是解決嵌巖樁孔最有效的鉆進方法。
二、概述
空氣潛孔錘是以壓縮空氣為動力的一種風動沖擊工具。它所產(chǎn)生的沖擊功和沖擊頻率可以直接傳給鉆頭，然后再通過鉆機和鉆桿的回轉(zhuǎn)驅(qū)動，形成對巖石的脈動破碎能力，同時利用沖擊器排出的壓縮空氣，對鉆頭進行冷卻和將破碎后的巖石顆粒排出體外，從而實現(xiàn)了孔底沖擊回轉(zhuǎn)鉆進的目的。因此，沖擊器的結(jié)構(gòu)、性能是實現(xiàn)風動鉆進的重點。
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
?。ㄒ唬┡錃庋b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，使活塞作往復運動而沖擊鉆頭。因潛孔錘沖擊頻率較高，要求配氣裝置具有以下特點：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、動作靈敏、結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、具有抗沖擊耐磨、壽命長等特點。
（二）活塞
活塞是潛孔錘的主要運動元件，在氣缸中作往復運動，前進行程終了，沖擊鉆頭尾部，將能量傳遞到鉆頭而破碎巖石?；钊跉飧變?nèi)應能靈活動作，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，活塞在其中作往復運動。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。對氣缸的要求：結(jié)構(gòu)簡單、便于制造、缸壁耐磨耐用。
（四）接頭
潛孔錘下部連接鉆頭的部件，應容納鉆頭尾部，并控制其伸縮位置，傳遞扭矩，帶動鉆頭轉(zhuǎn)動，鉆頭沖擊時應有一定范圍的軸向轉(zhuǎn)動。當潛孔錘提離孔底時，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，可以分為有閥和無閥兩種類型
?。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，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，鉆進效率高，較旁側(cè)沖擊器更適用于潛孔鉆進的條件和要求。目前，用于巖土鉆掘的沖擊器多為中心排氣沖擊器。
?。ǘo閥沖擊器
結(jié)構(gòu)外形如下圖所示:
圖3
無閥沖擊器是利用布置在活塞和汽缸壁上的配氣系統(tǒng)控制活塞往復運動，活塞運動時自動配氣，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。
?。ㄈo閥空氣沖擊器的工作原理
通過不斷改變進排氣方向，就可實現(xiàn)活塞在氣缸內(nèi)的不斷往復運動，從而也能不斷反復沖擊鉆頭，這就是氣功沖擊器工作的最簡單原理和過程。造成控制反復改變進排壓縮空氣方向的機構(gòu)叫配氣機構(gòu)，配氣機構(gòu)是沖擊器的核心部分，當壓縮空氣進入前氣室時推動活塞上行，當壓縮空氣進入后氣室時推動活塞下行?；钊菦_擊器的一個能量轉(zhuǎn)換裝置，它依靠活塞運動將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為沖擊的機械能，一般是以沖擊動態(tài)表示，沖擊功的大小決定于活塞的重量及運動速度。
?。ㄋ模┛諝鉂摽族N在旋挖鉆機上的應用設想
我國幅員遼闊，地形地貌氣候復雜多變，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技術(shù)，針對不同地質(zhì)更換不同鉆具，以提高整體施工效率，降低施工成本。
目前巖土施工設備及方法多種多樣，但各有優(yōu)缺點，沖擊錘施工效率低，泥漿污染嚴重，施工質(zhì)量無保障；正反轉(zhuǎn)入巖套管鉆機，整機體積大，重量大，場地要求嚴格，施工成本高；旋挖鉆機在普通地層中施工因其效率高，污染少，機動靈活等特點，在國內(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，整機壽命受到很大影響，如果設想在旋挖鉆機上更換不同的工作裝置如潛孔錘以滿足硬巖層的需要，既能提高鉆進效率，降低施工成本，又對施工現(xiàn)場環(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計渣土收集裝置，利用高壓空氣反循環(huán)原理將渣土收集到一個固定的裝置中，利用鉆桿提出孔外就解決了排渣問題。
另外針對大直徑灌注樁入巖，國內(nèi)外暫無大直徑?jīng)_擊器，可以采取下列方法施工（如下圖）：
圖4
氣動潛孔錘鉆進技術(shù)的系列優(yōu)點已經(jīng)在工程施工中得到證實，針對某些特殊地層，它和其它工作裝置配合使用，應該可以有效推行綜合式分層鉆進技術(shù)，達到全面提高鉆進效率，降低施工成本的目的。
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