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[装备] 四代钻机与四座标志性大桥 [复制链接]

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桥梁网 发表于 2011-9-29 09:55:14 |显示全部楼层 |          |
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四代钻机与四座标志性大桥8 b& I+ D& H- S2 Y' d! g% ~


, R( H  r" x9 H! s                                                                                                                 文/杨瑞娟 康萍' I9 ~' F; ]& W$ h6 P" H3 \6 _  d

& n' w- [' p9 _; S

1957年10月15日,万里长江第一桥——武汉长江大桥建成通车。“一桥飞架南北,天堑变通途”。此后, 50余年来,长江干流上已架起了大大小小的近百座桥梁。一座座结构造型各异、技术先进的大桥,凌空飞架在长江之上,一个个桥梁建设的新纪录在这里诞生。

“工欲善其事,必先利其器”。在建设一座座凌空飞架的彩虹中,各种建桥装备应运而生,且不断推陈出新,为大桥的顺利建设立下了汗马功劳。用于基础施工的钻孔设备技术也是日新月异,在修建大桥中发挥了重要的作用。


* ~8 K% a' w0 g' H# D武汉长江大桥修建YKC-31型钻机开辟了桥梁水上钻孔的先河
  B+ L% d" M; O( B

万里长江第一桥——武汉长江大桥全长1670m,正桥长1156m,大桥为公路、铁路两用桥。1957年10月15日,武汉长江大桥正式通车,结束了中国数千年来长江天堑有舟无桥的历史。

在武汉长江大桥开始筹建时,由于该桥桥址地质情况复杂,桥墩的修建不适用桥梁建设中惯用的气压沉箱基础施工法,苏联专家提出用全新的钢筋混凝土管柱钻孔法修建水中墩基础的创意。而这种施工工艺在我国甚至世界桥梁史都尚属首次,气压沉箱基础施工法完全靠人工在水下将岩石打碎,因为当时根本没有用于桥梁钻孔的专用设备。

当时负责为大桥工程局提供桥梁施工装备的大桥局机械经租站(武桥重工的前身)临危受命,负责生产一台适合武汉长江大桥施工用的钻机。在既无实物参照,又无现成资料可借鉴的情况下,技术人员苦思冥想,反复琢磨,连续多天日夜奋战,设计出了一台提升量为5t、行程为1m的大型钻机设计图纸。

图纸是设计出来了,但当时的新中国成立不久, 机械制造业基础相当薄弱, 全靠工人师傅使用土法上马的制作工艺,苦干加巧干,留下了一段段至今难忘的佳话。在钻机的制作过程中急需一批滑轮片,一般的滑轮均采用铸钢或铸铁工件,可当时经租站还不具备生产铸铁的条件,更谈不上铸钢。于是苏联专家普洛赫洛夫同志找到顾茂林师傅,问他能否用大锤和手工打出滑轮片来?顾师傅冷静地想了一阵子,点点头说:“请专家明天下午来看看吧!”次日下午,专家来到车间时,10个完整的滑轮片摆在地上,苏联专家连忙走上前去,向顾茂林同志伸出大拇指,不断地说:“真了不起!真了不起!你有一双神奇的手啊!”原来顾师傅是用一条条的厚钢板,先锻打成一条条U型的长条,再把这个U形的长钢条,弯曲起来当作滑轮的外圈,然后在圈内镶嵌入一块圆形钢板当作轮毂,然后拼焊到一块,就成了一个完整的滑轮片。

这台钻机自1955年5月制造出厂并运往武汉长江大桥桥墩钻孔施工,作为大桥钻孔的主要设备,在七个月时间里就顺利完成了大桥的钻孔任务,桥梁钻孔水上施工的历史大门从此被打开了,也实现了我国钻孔机械的从无到有。

以YKC-31型钻机为代表的第一代钻机比较笨重,主要靠冲击力来打碎江底岩石.十字钻头的起落是依靠摇臂装置中的弹簧收缩来完成。这种工作方式对钻头的硬度和强度要求非常高。取钻碴时需要停止冲击,用取岩筒来“提”,非常笨重,称为我国的第一代钻机.


( t( r4 _% G  E8 B' T4 p) V% b九江长江大桥修建DQ2450旋转钻机应运而生
" Z* d8 S/ {- I1 ?# n8 l3 A7 L% |, O9 E" R9 e# F

在YKC-31型钻机艰难地完成武汉长江大桥钻孔使命的过程中,敏感的桥梁设备设计人员就意识到这种靠冲击力来“打碎”江底岩石的方法效率低、进度慢,必定要被淘汰。此时,他们的脑海中已经开始酝酿一种“钻头能像磨盘一样把岩石磨碎”的新型旋转钻机,以便更好地满足桥梁钻孔的需要。

1973年12月26日,九江长江大桥开工。九江长江大桥是我国长江上唯一一座跨省公、铁两用桥。铁路桥长7675米,公路桥长4460米。该地区水域地质情况复杂,水深流急,江底岩石硬度高,当冲击钻机如剁肉酱般艰难地完成着北岸大孔径的破岩任务时,从施工现场发来了“南岸地质情况比北岸复杂得多,冲击钻机很难完成任务”的施工情况报告,将技术人员脑海中酝酿已久的新型旋转钻机的想法付诸现实已是迫在眉睫。

经过精心准备,由“大桥”两字的首字母“DQ”和代表钻头直径 “2450”命名的“DQ2450”型旋转钻机开始正式投料制造了。桥梁装备历史的又一个转折点开始踏上了征程。

1979年3月风和日丽的一天,拼装完工后的DQ2450被运到了九江长江大桥工地北岸3号墩的施工平台上,当开动马达的一刹那,转盘带动钻杆钻头迅速向管柱内“探”去。几十秒后,钻杆带动整个钻机剧烈抖动,操作工人立即关掉了电源。经过勘测,发现江底岩石凹凸不平,而且岩石硬度过大,经反复研究实验,技术人员结合钻孔工艺,钻孔前将钻头缓缓放入管柱,使钻头与岩石平缓接触,然后提起,再下钻,待凹凸不平的岩面被削平后,再进行正常操作,从而解决了钻头上下抖动的“跳钻”现象。试验成功后的DQ2450旋转钻机每天可以钻进1.5m左右,比冲击式钻机的工作效率快了四到五倍!桥梁装备的又一朵奇葩绽放了。

DQ2450实现了桥梁钻孔设备从“冲击”到“旋转”的历史性转变,实现了从钻孔到排碴的有机结合,使九江长江大桥在很短时间内就完成了正桥11个孔的钻孔任务,为九江长江大桥采用大量先进技术和实现“全桥长度最长”“ 钢梁跨度最大”等十多项全国第一奠定了坚实的基础。

DQ2450旋转钻机的主要特点是:它能使钻碴在强大的压力作用下被抽到泥浆池沉淀,实现从钻孔到排碴的有机结合。同时其钻头能像磨盘一样把岩石磨碎;装有变速箱,可根据岩层的性质实现变挡,也是较冲击式钻机的进步之处。


# \6 t. o5 l3 l1 ]; |8 q, T芜湖长江大桥修建KPG-3000型全液压钻机展身手' y- L; u+ D1 P7 B9 _* g% D

1993年,作为国内桥梁装备专业制造企业的武桥重工技术人员专程到武汉长江二桥工地,对基础施工中钻机的应用情况进行了调研。发现在武汉长江二桥基础施工中,由于孔径大,地质复杂,软硬胶结,BDM系列旋转钻机显得“力不从心”,扭矩和钻压都不能满足施工的需求。特别是该钻机为机械变速,调节不到相应的转数,适应不了地质状况,造成钻机跳动剧烈,钻杆扭断频繁,钻孔周期长。

面对这种情况,是在原有设计思路上扩大钻机的能力,还是在设计理念上不断更新缩短差距?技术人员毅然选择了后者,舍弃DQ2450旋转式钻机和BDM系列钻机的机械驱动方法,向“全液压”传动方式迈进。

“全液压”意味着要把过去的纯机械传动变为液压传动,采用液压传动方式驱动转盘和卷扬机,转盘带动钻具回转钻进,空气反循环排碴,完成钻孔桩施工。工作时转盘的转速不依靠变速箱变速,而是通过改变液压马达的给油量来调整转盘的转速。

技术人员结合自身企业生产的BDM系列钻机的研制与施工经验,采用优化设计,确定了新型钻机的主要技术结构和性能:它主要由钻架、转盘、水龙头、钻具、液压卷扬机、钻杆起吊回转装置、液压站、电气及回转装置等部件组成,转盘为液压马达驱动,钻孔直径在岩石上1.5m至3m,一般土质最大钻孔直径可达6m,最大钻孔深度130m,转盘最大扭矩200KN·M,转盘可无级调速。水龙头提升能力为120t。因此,该钻机分别取“孔、盘、轨”字的首个字母和最大钻岩直径,将钻机命名为“KPG-3000型全液压钻机”。

1996年12月,KPG-3000型全液压钻机通过了铁道部科技成果鉴定,鉴定认为,本机性能优良,在国内同类钻机中处于领先地位,其中在监控技术、水龙头密封技术与提升能力方面居国家领先水平。1997年,KPG-3000型全液压钻机获得铁道部科技进步一等奖。

1997年3月,我国第三座横跨长江的公路、铁路两用特大型桥芜湖长江大桥开工。芜湖长江大桥是世界规模最大的“钢桁梁与钢筋混凝土行车道板组合结构”桥,铁路桥全长10624.4m,公路桥全长6078.4m。在该桥基础施工中,KPG-3000型钻机完成了直径2.5m的钻孔桩19根,直径2.8m的钻孔桩16根,直径3m的钻孔桩94根,共“129”根!且性能良好,钻杆拆装方便,提高了钻杆在大扭矩工况下施工的可靠性,同时也减轻了工人的劳动强度。

在芜湖长江大桥技术总结中,这样评价KPG-3000型钻机:研制使用的KPG-3000型钻机,使钻孔桩施工取得全面成功,保证并提前了工期,取得了较好的经济效益。KPG-3000型钻机为芜湖桥下部基础顺利完成起到了举足轻重的作用,也为芜湖长江大桥实现主跨312m,成就国内甚至亚洲第一座大跨度的公铁两用斜拉桥起到了至关重要的作用。

以KPG-3000型钻机为代表的第三代钻机将钻孔机械带入液压时代。在该钻机中,还研制使用了钻压控制仪,实现了对钻进过程的自动控制。


7 j, a' q& S8 \, e4 o, m武汉天兴洲长江大桥国内最大动力头KTY4000型钻机显神威$ Z2 O6 m2 e8 K7 z! E

一项大的工程有时会催生一批先进的施工装备,在武汉天兴洲长江大桥的建设中即是如此。

武汉天兴洲大桥主桥长4657m,主跨504m,大桥路面铺设4条铁路线,是我国首座四线公路铁路两用斜拉索桥,创下了跨度、荷载、速度、宽度4项世界第一。同时武汉天兴洲大桥也是我国第一座能够满足高速铁路运营的大跨度斜拉桥。为保证大桥的宽度和大桥的承载力,天兴洲大桥必须采用3.4m直径的大孔径钻孔桩。

在此之前,我国修建桥梁所用的动力头钻机最大扭矩为20t·m、钻孔直径为3m,无法达到天兴洲大桥钻孔扭矩30t·m、钻孔3.4m直径的要求。

2003年11月,天兴洲大桥施工方与武桥重工签订了《30吨米动力头钻机研制合同》。2004年6月,最大扭矩30t·m、钻孔直径4m、钻孔深度130m的KTY4000型钻机通过了专家评审,专家的鉴定语为:采用的多项关键技术完善了动力头功能,提升了钻机的技术性能,技术指标已达到国际同类型钻机先进水平。这标志着国内最大钻孔直径的KTY4000型钻机研制成功了。

KTY4000钻机为天兴洲大桥顺利建成立下汗马功劳,它随后又在具有六线铁路的南京大胜关长江大桥的建设中起到了关键作用。

目前以KTY4000型钻机为代表的最先进的第四代动力头钻机的特点是:动力头同时起着承受钻具重量、安装钻杆装拆机构、为钻进提供动力和输送压缩空气排渣等各项作用,是该型钻机的核心部件。动力头由两台高速液压马达驱动,通过两台行星减速机及一级闭式齿轮传动将动力传递给钻具系统,工作平稳可靠,使用寿命长,可实现无级调速和过载自动保护。另一个优势在于钻架可后仰0~40°,让出孔位,方便钻头装拆。动力头可实现45°旋转动作,以便于安装和拆卸钻杆,减轻工人的劳动强度。钻杆采用双壁结构,重型钻杆利用双壁结构灌铅作为配重使用,简化了配重构造,同时采用进口弹性销传递扭矩,抗扭能力强。

2010年8月,武汉市长江上第八座大桥——武汉鹦鹉洲长江大桥开建,由武桥重工研制的新一代智能化钻机全仿真模型试验成功,并已投入生产。

在未来,桥梁基础施工怎样发展,钻孔机械又会向着什么方向发展,我们将共同期待。

(作者单位:武桥重工集团股份有限公司)1 o  Y2 `! a' s" f' r0 o
(编辑:康萍)' a1 s: m5 k  u: [  R# c; ?

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黔驴西西 发表于 2011-10-6 21:42:33 |显示全部楼层
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fzmeng 发表于 2011-10-10 19:09:10 |显示全部楼层
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不仅是梦想 发表于 2012-9-12 10:01:21 |显示全部楼层
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