幹鑽

國內對乾式鑽進用鑽頭的研究主要集中在對薄壁金剛石鑽頭的研究。薄壁金剛石鑽頭具有鑽孔尺寸精確、鑽進速度快、工作噪音低、對材料周邊無損壞以及不需後續工序等特點，廣泛用於建築工程、橋樑道路及水電工程等的各種石材和鋼筋、混凝土的鑽孔。但國內對於乾式鑽進用薄壁金剛石鑽頭的研究主要集中在對鑽頭結構的研究，即在幹鑽過程中如何排屑和冷卻鑽頭，對於幹鑽用鑽頭胎體材料的研究很少。

幹鑽施工可根據地質情況選擇幹鑽法或泥漿護壁法成孔。對黏結性好的土層、穩定礫岩層，可採用乾式鑽進工藝，無需泥漿護壁；對於鬆散易坍塌地層，或有地下水分佈、孔壁不穩定地層應採用靜態泥漿護壁進行鑽進。本作業指導書主要針對黏結性好的土層、穩定礫岩層採用旋挖鑽乾式成孔法鑽孔樁施工，對於原地面0~3m範圍內的埋設鋼護筒起到護壁作用。 ^[1] 

先進行旋挖鑽機的鑽桿起立及調垂，即首先將旋挖鑽機移到鑽孔作業所在位置，旋挖鑽機的顯示器顯示鑽桿工作畫面。從鑽桿工作畫面中可實時觀察到鑽桿的X軸、Y軸方向的偏移。操作旋挖鑽機的電氣手柄將鑽桿從運輸狀態位置起升到工作狀態位置，在此過程中，旋挖鑽機的控制器通過採集電氣手柄及傾角傳感器信號，通過數學運算，輸出信號驅動液壓油缸的比例閥實現閉環起立控制。實現鑽桿平穩同步起立。同時採集限位開關信號，對起立過程中鑽桿左右傾斜角度進行保護。

在鑽孔作業之前需要對鑽桿進行調垂。調垂可分為手動調垂、自動調垂兩種方式。在鑽桿相對零位±5°範圍內才可通過顯示器上的自動調垂按鈕進行自動調垂作業；而鑽桿超出相對零位±5°範圍時，只能通過顯示器上的點動按鈕或操作箱上的電氣手柄進行手動調垂工作。在調垂過程中，操作人員可通過顯示器的鑽桿工作界面實時監測桅杆的位置狀態，使鑽桿最終達到作業成孔的設定位置。鑽孔時先將鑽鬥着地，通過顯示器上的清零按鈕進行清零操作，記錄鑽機鑽頭的原始位置，此時，顯示器顯示鑽孔的當前位置的條形柱和數字，操作人員可通過顯示器監測鑽孔的實際工作位置、每次進尺位置及孔深位置，從而操作鑽孔作業。在作業過程中，操作人員可通過主界面的三個虛擬儀表的顯示——動力頭壓力、加壓壓力、主卷壓力，實時監測液壓系統的工作狀態。開孔時，以鑽鬥自重並加壓作為鑽進動力，一次進尺短條形柱顯示當前鑽頭的鑽孔深度，長條形柱動態顯示鑽頭的運動位置，孔深的數字顯示此孔的總深度。當鑽鬥被擠壓充滿鑽渣後，將其提出地表，操作迴轉操作手柄使機器轉到土方運輸車方向的位置，用裝載機將鑽渣裝入土方車，清運至適當地點進行棄方處理，以免造成水土流失或農田污染。完畢後，通過操作顯示器上的自動回位對正按鈕機器自動回到鑽孔作業位置，或通過手動操作迴轉操作手柄使機器手動回到鑽孔作業位置。此工作狀態可通過顯示器的主界面中的回位標識進行監視。施工過程中通過鑽機本身的三向垂直控制系統反覆檢查成孔的垂直度，確保成孔質量。鑽孔過程中根據地質情況控制進尺速度:由硬地層鑽到軟地層時,可適當加快鑽進速度；當軟地層變為硬地層時,要減速慢進；在易縮徑的地層中,應適當增加掃孔次數,防止縮徑；鑽渣要及時運出工地，棄運到指定棄土場以達到環境保護的要求。

旋挖鑽機鑽進施工時及時填寫《鑽孔記錄表》，主要填寫內容為：工作項目，鑽進深度，鑽進速度及孔底標高；《鑽孔記錄表》由專人負責填寫，交接班時應有交接記錄；標明各樣品在孔樁所處的位置和取樣時間；鑽孔樁地質剖面圖與設計不符時及時報請監理現場確認，由設計單位確定是否進行變更設計；鑽孔時要及時清運孔口出渣，避免妨礙鑽孔施工、污染環境；鑽孔達到預定鑽孔深度後，提起鑽桿，測量孔深及沉渣厚度（沉渣厚度等於鑽深與灌注前孔深的差值）。

鑽孔達到設計深度後，必須核實地質情況。通過鑽渣，與地質柱狀圖對照，以驗證地質情況是否滿足設計要求。如與勘測設計資料不符，及時通知設計地質專業到場核查。 ^[2] 

乾式鑽進由於具有諸多優點，也越來越引起人們的重視。幹鑽技術可用於地表及地外星球表面取樣鑽探、在建築物上施工鑽孔等。由於不需要鑽孔沖洗介質，這種方法具有安全環保、節約成本等優點

由於在幹鑽過程中，鑽頭與岩石/混凝土的摩擦會產生高温，易導致鑽頭中的金剛石發生石墨化，從而降低鑽頭的性能，影響鑽頭的壽命，最終在影響施工

近年來，德國多特蒙德大學材料工程研究所的W. Tillmann教授提出了一個新的主要用於乾式鑽進的金剛石複合材料的概念，即“熱保護層概念”。即通過向胎體材料中添加ZrO2、Al2O3等具有隔熱作用的材料顆粒，減緩鑽頭工作過程中其表面產生的摩擦熱向內部的傳遞，從而實現保護內層金剛石的目的。這種特殊的金剛石複合材料設計能夠在胎體材料內層保護金剛石，使其温度不至於過高，從而防止金剛石石墨化，直至鑽頭磨損至該層。這一新的金剛石複合材料概念為乾式鑽進提供了可能，將使得新一代金剛石鑽頭設計得以實現。具有低熱傳導率的材料可以作為一種熱屏蔽從而提高工件的耐磨性和工作壽命。 ^[1]