1　概述
　　沖擊反循環(huán)工藝用于硬巖和大卵礫石地層樁孔施工，已越來越多的在壩基、橋基、高層建筑和許多重要的工程基礎施工中被采用，比回轉鉆進或沖擊鉆進在施工質量和效率方面都有明顯提高，而施工成本明顯降低。但由于沖擊反循環(huán)鉆機購置費較昂貴(達30萬～60萬元不等)，盡管沖擊反循環(huán)已是成熟工藝，方法也不復雜，而目前仍沒有被廣泛采用。
　　針對上述情況，勘探技術研究所除設計了多種沖擊反循環(huán)鉆機投入市場外，近年來又進一步研究，在原GPS15型轉盤式樁孔鉆機上，增加幾個組件，利用原鉆機的動力和傳動機構，不影響原鉆機的回轉功能，卻能實現(xiàn)沖擊反循環(huán)鉆進。使一臺鉆機起到兩臺鉆機的作用。在施工中，回轉鉆進完成覆蓋層鉆孔后，遇到8級以上硬巖即可采用沖擊反循環(huán)鉆進，不僅效率高，成本低，成孔質量好，而且節(jié)省更換鉆機時間2～3個工作日，由回轉鉆進改為沖擊反循環(huán)鉆進時，泥漿泵等主要配套設備不必更換，可節(jié)省搬遷安裝費用。
　　改裝GPS15型鉆機為回轉沖擊反循環(huán)鉆機費用低廉，改裝也比較容易，既適合鉆機生產廠家專業(yè)性制造，也適合用戶自行制作改裝。在我國市場，GPS15型鉆機或類似鉆機保有量在千臺以上，相信這一項改裝技術對推動我國硬巖施工技術的進步和發(fā)展，能起到一定的作用。
　　2　鉆機改裝
　　改裝后的HCFG15型鉆機如圖1所示。

圖一 HCFG15型鉆機

　　GPS15型鉆機改裝成具有回轉、沖擊功能的HCFG15型鉆機，其改裝內容分述如下。
　　2.1　沖擊反循環(huán)機構的動力
　　將原鉆機轉盤傳動箱的過橋齒輪軸更換，一端加長伸出箱體外，外伸端以花鍵形式聯(lián)一齒形聯(lián)軸器。齒形聯(lián)軸器傳動一對錐齒輪，該錐齒輪使傳動鏈轉90°，并帶動沖擊離合器。離合器的輸出軸傳動差速變速箱，經兩級齒輪減速帶動差速機構。該差速機械的兩端由花鍵與左右卷筒相聯(lián)接，帶動卷揚做同步回卷。左右卷筒上纏繞的鋼絲繩經過天車滑輪，可直接聯(lián)接在沖擊鉆頭上。天車上的雙滑輪是在原天車軸上增加的。
　　鉆機的沖擊由離合器的開合實現(xiàn)。合上離合器，則動力經差速箱傳動卷筒，提升沖擊鉆頭，至需要的高度時，脫開離合器，同步卷揚失去動力，大質量的鉆頭在重力作用下呈自由落體對孔底沖擊，可產生數萬焦耳的沖擊功。操縱離合器的開合，即能實現(xiàn)鉆頭對孔底的連續(xù)沖擊。在泥漿泵的作用下，孔底被破碎的巖渣經位于鉆頭中心的排渣管迅速排出孔外，避免了重復破碎。
　　沖擊反循環(huán)工藝由于單次沖擊功大，容易使硬而脆的巖石破碎。又由于巖渣能迅速排除，減少了鉆頭的無功損耗，能使沖擊功充分用于巖石的體積破碎，故能產生較高的沖擊效率。
　　鉆機改裝后的傳動系統(tǒng)見圖2。

圖二 HCFG15型鉆機沖擊機構傳動圖

　　2.2　沖擊反循環(huán)機構的技術關鍵
　　2.2.1　同步卷揚機構
　　(1)由于鉆頭中心位置被排渣管占據，沖擊鉆頭的提引鋼絲繩只能分布在兩側的對稱位置上，因此要求在提錘時鋼絲繩絕對同步。并且保證兩鋼絲繩受力不均時能自動調整，使鉆頭擺正，否則鉆頭不能正常工作。采用差速機構工作時，如果與差速機構兩端相聯(lián)的卷筒受力不一致時，則阻力小端不轉或慢轉，直到兩端阻力一致，兩半軸同步、同向旋轉。從而保證了左右卷揚鋼絲繩的線速度一致。差速機構見圖3。

圖三 差速機構

　　(2)沖擊離合器的發(fā)熱。離合器的開合靠液控來實現(xiàn)。在重負荷下，離合器以10次/min左右的頻率連續(xù)工作，發(fā)熱是很嚴重的。如果沒有相應的技術措施，離合器的摩擦副會因高溫燒損，使離合器失效。解決離合器過熱問題有以下幾方面：
　?、僖蚪Y構限制，摩擦盤直徑不可能做得太大。加大摩擦副的摩擦面積，以減小比壓，使摩擦面負擔減輕。
　　②增加分片機構，改善分片彈簧材質。因結構限制，不能做成太大直徑的摩擦盤，就只能用多片摩擦盤以保證充分的摩擦力矩。為使離合器在脫開時摩擦盤迅速分離，設計了分片機構，強有力的分片彈簧在離合器脫開時，迅速推開摩擦副。實踐證明效果是良好的。但由于離合器的升溫，普通碳素彈簧鋼絲在溫度升至120℃時退火，失去彈性，使離合器失效。我們經試驗選用了30W4Cr2VA彈簧鋼絲，耐熱性較好，高溫下不退火，使用效果良好。
　　③減少或克服液壓系統(tǒng)背壓的影響。液壓控制離合，因油路系統(tǒng)的回油路總有一定的背壓，一般有0.12～0.15MPa是允許的。所以油路卸載時，要使油缸內的油在分片彈簧推力下迅速流出，必須使缸內油壓與油路系統(tǒng)背壓相差較大，這樣才可以克服背壓，減少背壓的影響，使摩擦片迅速脫開。
　　總之，離合器發(fā)熱是正常的，但應使發(fā)熱控制在允許的范圍之內，以延長摩擦片的使用壽命，利于降低生產成本。
　　2.3　液壓系統(tǒng)的改裝
　　GPS15型鉆機液壓系統(tǒng)原有兩片多路換向閥，分別控制塔架起落和滑臺退進。改裝時增加一片多路換向閥與原閥并在一起。在聯(lián)接沖擊油缸的油路上并聯(lián)一溢流閥。注意所增加的多路換向閥應與原閥是同一廠家的產品，否則聯(lián)接不上。另外，原鉆機油箱容量較小，因塔架起落和滑臺進退均是短時使用，不存在發(fā)熱問題，但使用液控離合器后，液控離合器是長期工作，會使油路系統(tǒng)升溫