欢迎访问江苏海晨水下工程有限公司官网,我们专业为您服务!水下切割 水下堵漏 水下安装 沉管铺设

返回首页 | 联系我们

水下切割,水下堵漏,水下安装,沉管铺设

全国服务咨询热线
栏目分类

技术中心 您的位置:首页 > 技术中心

钻头打捞的有效方法

发布日期:2014-7-1 11:05:45    人气:3    栏目:技术中心

该文详细介绍了依靠摩察力打捞福州尤溪洲闽江大桥KPG3000A型钻机钻头的方法及工作原理,提出了钻头打捞新方法。实践证明此种方法是行之有效的,可供处理同类问题时参考。福州尤溪洲闽江大桥主桥为80+120+80m空腹式刚架拱,15#、16#墩为主墩其基础采用8根Φ2.2m钻孔桩。钻孔桩采用水上平台加KPG3000A型钻机施工。正桥15#墩Y15-1桩终孔提钻后,发现钻铤距法兰盘1.46m处断裂,钻头及钻铤、8块半圆配重、6块圆配重、风包总重约40t,总高度5.24m留在孔内。

该桩护筒顶口标高+9.3m,微风化岩面-62.78m,终孔标高为-64.78m,孔深74.08m。施工水位为+5.5m。由于该钻头重,掉钻位置深,给打捞工作带来不小的难度,本文详细介绍了钻头打捞方法、原理。
1、钻头打捞方案
根据文献[1]钻头打捞可选用下列方法:套绳法、钩取法、平钩法、打捞钳法、捞锥器法、电磁打捞法。根据本例特点初步提出:套绳法、人工打捞法、打捞器法。
1.1套绳法
用3根直径为Φ28长80m的钢丝绳,沿直径Φ2.0m长7.2m的钢护筒均布,下口做成圆圈形用铁丝固定在护筒底口。垂直、平稳吊放钢护筒,钢护筒套住钻铤,逐根拉紧钢丝绳迫使钢丝绳勒紧钻铤托盘。最后利用KPG—3000A型钻机水龙头(1200KN提升力)同时提升3根钢丝绳,提升钻头。
由于钻头重,掉钻深度深,反复试验时都无法套住钻铤托盘,最后弃用此方案。
1.2人工打捞法
由潜水员下潜到圆配重顶面,在钻杆上端开一圆孔,穿钢丝绳,将钢丝绳双头引出护筒,然后提升钻头。
由于该桥泥层及砂层较厚,易塌孔,潜水员下潜近-65m左右,考虑压力过大且停钻后易塌孔,潜水员下潜时极不安全,故此方案作为当其它方案完全失效时再考虑此方案。本桥未采用此方案。
1.3打捞器法
根据力学原理,利用斜面内外磨擦差,当打捞器插入钻铤内往上提升时,打捞器撑紧钻铤内壁,然后将其整体提升。
2、打捞器工作原理
2.1打捞器结构
打捞器由导向装置、主体工作结构及连接装置三大部分组成。详见图2。
2.1.1导向装置
由于钻铤内径为Φ300㎜在Φ2.2米钻孔桩内打捞器极不容易对准钻铤孔,为方便打捞器插入钻铤内,打捞器前端设导向装置。导向装置呈上大下小的圆锥形,圆锥底部直径Φ280㎜高1.2m。
2.1.2主体工作结构
主体工作结构由工字型滑道、滑块及加劲板组成。主体工作结构上端与连接装置焊接,下端与导向装置焊接。详见图3
滑道上小下大,外表面磨光,保证滑块能顺利地上下滑动。
滑块卡在滑道上,滑块内侧与滑道同坡度,内侧亦需磨光。滑块外侧按Φ300圆弧加工,外侧表面加工成粗糙面以增大磨擦系数。
加劲板焊在工字型滑道两侧,增加滑道稳定性和增加上下连接强度。
2.1.3连接装置
 连接装置下端与主体结构焊接,上端设法兰盘与钻杆连接。
3、打捞器工作原理
当打捞器下放时,用细绳将滑块收紧,使其滑块外径为Φ296㎜小于钻铤内径。待打捞器插入钻铤一定深度后,松开滑块连接绳,滑块在重力作用下略为下滑与钻铤内壁接触。当提升打捞器时,滑道向上滑动,由于滑块与滑道的磨擦力小于滑块与钻铤内壁的磨擦力,滑道继续上滑,滑块外径逐渐加大,对钻铤内径产生环向压力,同时由于钻铤内径约束滑块,使滑块外径增大到一定程度后无法继续增大,使得滑块在滑道上停止滑动,滑块与钻铤间产生提升钻头所需的磨擦力,从而达到打捞钻头的目的。
4、打捞器受力分析
钻头及配重等总重400KN,设荷载G作为钻头提升的启动力来设计打捞器。
4.1打捞器受力
打捞器受力图详见图4。提升打捞器的必要条件
T=G   ———(1)
4.2钻铤受力
提升钻头时完全靠滑块与钻铤内壁间的磨擦力来起动钻头,详见图5。其方程为:
N2μ2≥G———(2)
N2:滑块与钻铤间的正压力
μ2:滑块与钻铤的磨擦系数
4.3滑块受力
滑块受到钻铤内壁的约束力和滑道对滑块产生的正压力和摩察力,见图6。其在水平方向平衡方程为:
N2=N1cosθ- N1μ1 sinθ———(3)
4.4滑道受力
滑块对滑道产生的正压力和摩察力,详见图7。其在竖直方向平衡方程为:
T=N1μ1cosθ+ N1 sinθ ———(4)
由(1)、(2)、(4)得:
N2μ2≥N1(μ1cosθ+ sinθ) ——(5)
4.5打捞器必须满足的力学条件
由(3)、(5)得:
N1(cosθ-μ1 sinθ)μ2≥N1(μ1cosθ+ sinθ)—(6)
由式(6)得
μ2≥(μ1cosθ+ sinθ)/(cosθ-μ1 sinθ)——(7)
式(7)中:
根据设计的滑道斜面其倾角θ=1.1679弧度
滑道及滑块均磨光摩察系数为μ1=0.05
则μ2≥0.07
由于滑块外表面粗糙,其摩擦系数µ2>>0.07,因此在理论上无论钻头多重,只要钻杆提升力足够即可保证打捞器与钻铤的摩察力大于钻头启动荷载,从而将钻头打捞出来。
4.6滑道上滑过程中滑块运动趋势
由图6知滑道上滑过程中滑块向下合力F为:
F= N2μ2- N1μ1cosθ- N1sinθ ———(8)
将(3)式代入(8)式得
F=(N1cosθ- N1μ1 sinθ)μ2- N1μ1cosθ- N1sinθ
= N1(μ2cosθ-μ1μ2sinθ-μ1cosθ- sinθ)
式中:
θ=1.1679弧度
μ1=0.05
μ2=0.10
F=0.0295N1>0
故当滑道上滑时,滑块合力向下,滑块不会随滑道上滑。当钻杆逐步提升时滑块与钻铤内壁的摩察力逐步增大,最后达到平衡,使滑道、滑块、钻头无相对滑动成为整体。
5.打捞器加工要求
根据力学计算,为确保提升钻杆时滑块不随滑道上升,打捞器加工时,滑块与滑道接触面应尽量光滑以减小摩察系数μ1,使μ1<0.05,同时将与钻铤内壁接触的滑块面作成粗糙面以增大μ2值。
6.钻头打捞方法
打捞前钻渣已沉入孔底将钻头埋住,先用φ2.0m钢护筒做成上小下大的锺型吸泥罩。吸泥罩上端与钻杆相连,下端插入沉渣内,利用钻机进行反循环清渣,直至钻头露出沉渣外,然后取下吸泥罩,换上打捞器。
在原掉钻位置附近下放打捞器,至钻头标高,缓慢移动打捞器,当打捞器碰到钻铤后,下插打捞器,若打捞器未插入钻铤内,则调整位置再下放打捞器,当打捞器插入钻铤内后,松开滑块,使滑块在重力作用下下滑与钻铤内壁接触,逐步提升钻杆,滑块外径逐渐变大直至与钻铤内壁撑紧产生足够的摩察力。
当打捞器插入钻铤内后,提升钻杆时,其负荷明显加大,由于负压太大,致使钻机无法启动钻头,因此在钻杆两侧焊牛腿,用两台1000KN千斤顶同时顶升钻杆,以松动钻头,然后再利用钻机提升钻头。
7.施工体会
本桥利用力学原理,采用此方法在不到7天的时间内,较为简便、快速、有效地将大直径、重吨位(400KN)的钻头及其配重从74.08m深处整体打捞上来,无论在打捞方法、打捞速度还是打捞重量上,在类似情况下都创下了新的记录。实践证明此种方法投入小且行之有效,可以作为打捞钻头的一种推广方法。
由于打捞器靠摩察力将钻头提升,因此对钻铤环向应力较大,施工时应注意。钻头埋置后再提升时,负压较大,宜在打捞器前端开孔以边提升时利用钻杆压缩空气进入钻头,以减小负压。

【相关产品】
沉井施工

沉井施工
水下打捞

水下打捞
水下施工

水下施工
水下监理

水下监理
潜水作业

潜水作业