Буровые установки вращательного бурения стали незаменимым оборудованием в современном фундаментном строительстве, обладая значительными преимуществами над традиционными методами бурения. Понимание их строительного процесса, эксплуатационных преимуществ и применения в сложных геологических условиях необходимо инженерам, подрядчикам и менеджерам проектов, работающим в области свайных и глубоких фундаментов.
Обзор строительного процесса
Буровая установка вращательного бурения работает так: сначала ковшовое долото с донным клапаном вращается и разрушает породу и грунт, напрямую загружая материал в буровой ковш. Затем ковш поднимается из скважины подъёмным устройством установки и телескопической штангой для выгрузки грунта. Этот процесс повторяется в непрерывном цикле, с забором и выгрузкой грунта до достижения проектной глубины. Для скальных и грунтовых слоёв с хорошим сцеплением можно использовать сухое или чистоводное бурение без защиты стенок глинистым раствором. Для рыхлых, склонных к обрушению пород или участков с грунтовыми водами необходимо применять технологию защиты стенок статическим глинистым раствором.
Строительный процесс включает семь ключевых этапов: позиционирование свайного фундамента по геодезическим опорным точкам, погружение обсадной трубы со строгим контролем вертикальности, позиционирование установки с выравниванием долота, бурение с защитой смешанным глинистым раствором плотностью обычно 1,05–1,10, установка арматурного каркаса краном, монтаж кондукта под глубину скважины и бетонирование с контролируемой глубиной погружения кондукта.
Ключевые преимущества
По сравнению с традиционными свайными буровыми машинами установки вращательного бурения имеют шесть крупных преимуществ. Во-первых, скорость бурения более чем в пять раз превышает скорость обычных буровых машин, эффективно обеспечивая прогресс проекта. Телескопическая штанга обеспечивает высокую скорость бурения и хорошую приспособляемость к различным геологическим условиям. Во-вторых, техника очень мобильна, обычно использует гидравлическое гусеничное телескопическое шасси, позволяющее легко перемещаться с сохранением устойчивости. В-третьих, позиционирование быстрое и точное, электронные системы в кабине позволяют точно выравнивать по координатам свай.
В-четвёртых, глубина бурения и вертикальность могут автоматически контролироваться электронной системой установки с отображением в реальном времени на экране оператора. В-пятых, ярко выражены функции безопасности и защиты окружающей среды: полностью гидравлическая трансмиссия обеспечивает хорошую защиту от перегрузок, плавную работу, низкую вибрацию и шум, а также предохранительные устройства, такие как ограничители высоты и вылета стрелы. Наконец, осадок после бурения минимален, потому что шлак извлекается через поворотный ковш, а не вымывается через циркуляцию глинистого раствора.
Технология работ в карстовых породах
В карстовых районах, где растворимые породы, такие как известняк, подвергались длительному химическому растворению, бурение представляет уникальные технические сложности. Карстовые породы содержат каналы, желоба и пещеры со сцепленными верхними и нижними плитами и значительными перепадами высот. Пример сверхбольшого моста через реку Цзинхэ на высокоскоростной железной дороге Пекин—Шанхай в городе Тэнчжоу (провинция Шаньси) демонстрирует эффективные решения. Мост протяжённостью 11,445 км имеет более 3000 пробуренных свайных фундаментов различных диаметров.
Там, где степень вскрытия пещер достигала 90–100% в сильно развитых карстовых зонах, строительные бригады применяли ряд проверенных методов: точное предварительное геологическое обследование, сочетающее бурение и геофизическую разведку, стратегическую последовательность бурения с приоритетом длинных и глубоких свай, усиленную защиту стенок раствором на основе специального бентонита, а также подводную инъекцию бетона для закупорки полостей и блокады карстовых каналов перед возобновлением бурения.
Отраслевое применение
Обладая высокой мощностью, быстрой скоростью бурения, высокой автоматизацией, гибким перемещением, точным позиционированием и отличными экологическими характеристиками, буровые установки вращательного бурения стали предпочтительным выбором для широкого круга объектов фундаментного строительства. Надлежащее понимание их возможностей и эксплуатационных требований позволяет строительным бригадам максимизировать эффективность, сохраняя качество и безопасность на сложных объектах.