旋挖鑽機成孔灌注樁工法近幾年在我國取得了廣泛的應用。旋挖鑽機作為鑽進成孔設備，其施工作業共有定位、下鑽、鑽進、提鑽、迴轉、抖土和回位等7個基本動作。在提鑽作業中，鑽杆將按照從內到外的順序逐節提升。但是由於各種原因，可能會出現非正常順序提升收縮的現象。只要任意外節杆先於其內節杆收縮，就證明其與內節杆之間發生了卡滯或接合，這就是所謂的「帶杆」。如圖1.1所示意。從外部看，就是提升過一節鑽杆的長度後，鑽機沒有出現「點頭」現象，就可以判斷為發生了「帶杆」。這時，提引器還沒有露出鑽杆，鑽杆最外一節即被提起，離開動力頭緩衝裝置開始上升，是「帶杆」最直接的表現，可作為「帶杆」發生的判斷標準。
「帶杆」雖然發生在鑽杆上，但其改善改進卻不止於鑽杆本身，其對鑽機各個系統部件的破壞作用十分廣泛而突出。研究「帶杆」產生機理，針對性地進行改進和優化，減少其破壞作用，並努力尋求徹底避免其發生的技術方案，十分必要而緊迫。本文對「帶杆」的內部發生機理、破壞力和改善等方面進行探討，分析，找到並提出改進方案，以期減少和杜絕「帶杆」及其破壞作用。
機鎖式鑽杆和摩阻式鑽杆都可能產生「帶杆」，前者概率更高。兩者產生機理並不相同。
機鎖式鑽杆 可實現較大的加壓力，故通常用於鑽進比較堅硬的地層。由於工作原理不同，相對摩阻式鑽杆在提升操作時必須注意解鎖，就是提升鑽杆前反轉鑽鬥，使加壓臺接合副脫開。機鎖杆解鎖可分為完全解鎖、部分解鎖和未解鎖三種狀態，見圖1.2所示。正常操作提升時加壓臺接合副完全脫開，鑽杆由內到外逐節收縮並伴隨逐節「點頭感」，稱為完全解鎖（圖1.2 A），這種狀態不會產生「帶杆」。如果根本沒有脫開就提升，鑽杆並不收縮而是逐節帶動直接升起，沒有任何「點頭感」，則稱為未解鎖。未解鎖狀態（圖1.2 C）作用位置與鑽進加壓完全相同，唯一區別在於，前者由內杆驅動外杆提升，屬於非正常狀態；後者則是外杆向下加壓驅動內杆，屬於正常工作需要。最外節鑽杆直接被提升，這個現象很容易被發現，只要停止提升，緩慢下放後再來完成解鎖操作即可。除非意外，未解鎖產生的「帶杆」通常並不造成損壞。而部分解鎖狀態（圖1.2 B）危害性最大。由於加壓臺沒有完全脫開而部分接合，並且可能出現在第一、二、三、四、五節的任意兩節之間，也可能多節之間都出現部分解鎖，造成「點頭感」或有或無，這樣的「帶杆」不容易察覺，隨著提升過程中各種幹擾因素的不斷作用，加壓臺部分接合面極有可能鬆脫，外節杆突然自由下落，砸向動力頭，造成不同程度的破壞，嚴重時可發生重大施工事故。
當然，完全解鎖操作並非一次完成即可一勞永逸高枕無憂。機鎖杆每節杆的外鍵上通常都設置有3處加壓臺，四節鑽杆就有12個加壓點。在起拔過程中，有兩個因素可能驅動內節杆反轉：一個是鋼絲繩因拉力變化產生的「迴旋」釋放趨勢，另一個是鑽具特別是螺旋鑽頭受泥漿擾動產生的「反轉」。因此完全解鎖的鑽杆提升過程中有可能在後面的任何一個加壓臺重新接合，出現部分解鎖或未解鎖狀態，從而發生「二次帶杆」。因此，鑽杆提升過程中必須連續不斷地緩慢反轉鑽頭。這不但可以減少「二次帶杆」的發生，還可以減小因提升而產生的「吸空」阻力，還可減小泥漿擾動，利於提高成孔質量。
摩阻式鑽杆 通過內、外鍵條加壓面承受動力頭驅動扭矩產生的正壓力所形成的摩擦阻力來傳遞加壓力，該種鑽杆由此而得名。其發生「帶杆」的機理是卡滯，不同於上述的機鎖式鑽杆。這種鑽杆為便於通過，其內、外鍵條之間預留有一定的間隙，見圖1.3所示，Δ1、Δ2通常在10-20mm之間。鑽杆在加壓鑽進過程中還會有不同程度的磨損和變形，因此鍵條間隙並非完全均勻整齊，而是存在所謂的「鍥形縫」。這給鑽杆內部的各種「粒子」提供了進入和卡滯的機會。這些「粒子」包括沙粒、碎石塊、毛刺和各種墜落物例如小螺釘螺母、鐵片等，廣泛浮遊於泥漿中，游離在鑽杆的內腔和鍵條間隙。當然，並非所有粒子都會造成卡滯而發生「帶杆」。尺寸太大的粒子被「拒之門外」不能進入，尺寸太小的則「暢行無阻」順利通過，兩者都不會造成危害。只有那些接近間隙尺寸的粒子才有可能造成卡滯而引發「帶杆」，這些粒子可稱為「機會粒子」。另外，這些「機會粒子」還包括鑽杆因長期使用，在鍵條和加壓臺等位置出現的飛邊、毛刺和塌陷等缺陷，如未定期進行清除和打磨，缺陷出現積累效應，同樣會引起「帶杆」。這種卡滯式「帶杆」也有可能發生在機鎖式鑽杆上，因為兩個加壓臺之間的鍵條間隙與摩阻式鑽杆相似。所以，保持泥漿清潔，定期檢查和保養鑽杆不但可延長其使用壽命，也可減少「帶杆」故障的發生。
「帶杆」分級 在施工現場，「帶杆」隨時都有發生，但其影響有大有小，並非所有「帶杆」都會產生明顯或直接的破壞，相反，絕大多數「帶杆」影響甚微，似乎不具備任何破壞作用，可以忽略不計。最內部兩節在最下方加壓臺的「帶杆」破壞力最大，這時外節鑽杆被依次逐節提升，如果可能，直至最高位置，見圖2.1所示。由於各種振動或擾而意外解鎖，則除了最內節鑽杆外的所有鑽杆整體靠自重自由下落，巨大能量衝向動力頭，勢必造成故障。據此，可將「帶杆」分為三個等級：1級重度帶杆、2級中度帶杆和3級輕微帶杆。
重度帶杆 可作如下分析。以22噸米鑽機常配置的鑽杆φ440-5×14摩阻杆為例，其各節杆的重量參見表2.1。
最嚴重狀況，1-4節杆的落體高度為12.9米，則其到達動力頭緩衝裝置時的勢能轉化的衝擊能為Wd=87365.2 kg·m，其速度為Vd=954.1 m/min，約等於57.2 km/hr。正常工作主卷揚理論下鑽速度為35 m/min，由此計算下鑽衝擊能量為Wx=151.3 kg·m。
動力頭緩衝裝置的力學模型見圖2.1所示。由10個圓柱形壓縮彈簧K1和5個橡膠緩衝器K2組成。作用機理是先由彈簧組吸收，接著作用在緩衝器上。這兩個彈性組件的緩衝能量總和為Wh=1517.2 kg·m。這個數值是下鑽衝擊能量Wx的10倍，這是足夠的；但是僅佔1級重度「帶杆」衝擊能量Wd的1.7%，不能滿足換衝衝擊的能量需求。
可見，鑽杆從最高位置掉落到最低位置產生的勢能直接作用在鑽機動力頭上，間接作用到桅杆、動臂上。據傳統計算，桅杆承受的負載按KNFt240»，即主卷揚的提升力。另據衝量定理，假設緩衝制動時間為0.1～0.5s，則1級「帶杆」所產生的衝力tcFF>>，tcFF/=h可稱作衝擊倍數，衝擊倍數η隨衝擊制動時間t變化的曲線如圖2.2所示。由圖2.2分析可得，衝擊倍數η在14.6～364之間。估計衝擊制動時間在0.1s左右（需以實際檢測結果進一步驗證），則最大衝擊倍數364max=h。
由此可見，「帶杆」對旋挖鑽機工作裝置安全性構成了極大的威脅，是結構破壞(特別是動力頭部分破壞)的主要原因之一，應引起足夠的重視。
加壓油缸 旋挖鑽機「帶杆」最早最直接的破壞發生在動力頭緩衝裝置上，將重型橡膠減震套砸扁，外護圈被衝擊擠壓變形。而後動力頭自身的重量加上「帶杆」衝擊能量全部作用在加壓油缸活塞杆上。由於加壓油缸有杆腔被液壓鎖鎖住，其內部液壓油液柱具有相當的「剛度」，一般認為不可壓縮。在多次2級、3級帶杆衝擊作用下，除了可能的缸頭密封被破壞而造成洩漏外，活塞因衝擊震動而被拉脫的事故並不罕見，甚至出現油缸的鉸接耳軸斷裂，油缸整體脫落事故。
動力頭 最嚴重的是1級重度帶杆將動力頭減速機連接套震裂震斷，巨大的衝擊能量進一步將加壓油缸活塞拉脫後，急劇下落，桅杆下端的機械限位塊不能阻擋而被砸脫，動力頭帶著活塞杆直接落入大直徑的樁孔，造成嚴重的施工事故。
大構件 對包括桅杆、桅杆油缸、三角形和動臂等大構件都會產生一定的破壞作用。其中較嚴重的是動臂兩端連接副的撕裂破壞，如圖2.5所示。常規分析是焊接質量所致，並不懷疑設計，這是因為常規靜態計算該構件強度沒有問題。實際上焊接質量並不是全部或根本原因，由帶杆產生的巨大衝擊能量才是「罪魁禍首」。桅杆油缸活塞杆端耳被拉開的故障也可以認為是「帶杆」所致。由以上計算可見，它是常規受力-主卷揚提升力的十幾甚至幾百倍，並且連續不斷發生，必然引起斷裂。
疲勞破壞 2級中度帶杆和3級輕微帶杆對整機各個零部件產生衝擊疲勞破壞，包括鋼絲繩、螺栓副和銷軸類等零部件。較高位置發生重度「帶杆」可能直接砸落到鋼絲繩上，嚴重時將鋼絲繩直接砸斷。較輕度的「帶杆」引起的振動，可導致螺栓副等鬆動。
當「帶杆」不可避免，應提供專門的設計或足夠強度的結構，力爭吸收或減小其破壞作用，這方面可叫做被動預防。
5級減振技術：第1級-鑽杆橡膠墊減震；第2級-重型彈簧減震；第3級-高彈橡膠減震；第4級-特種減震器（豹式坦克減震技術）；第5級-大型撓性減震系統。這些緩衝減震技術應用的原始目的是為了吸收下鑽作業衝擊能量，減輕其破壞作用。動力頭緩衝裝置見圖3.1所示。從以上計算可知，該裝置不足以「消化吸收」「帶杆」衝擊能量。從理論上說，這部分結構能力應該加強，但在實踐中卻有很多困難。
動力頭減速機 安裝應採取更大強度的結構，包括「天方地圓」和減速機座，設計時都必須特別注意。
加壓油缸 活塞連接結構需要考慮動態強度；油缸的鉸接耳軸也必須加強；油缸的單向平衡閥溢流壓力可採用雙級或多級方式，以達到階梯式吸收衝擊能量，實現有效緩衝。
下限位塊設計的目的並非用於承受和限制「帶杆」衝擊，只是為了動力頭的臨時存放定位，該位置不大可能提供足夠的強度來承受和限制「帶杆」所造成的衝擊。
大構件如桅杆、三角形和動臂等都受到「帶杆」衝擊能量的破壞。例如桅杆導軌焊縫質量必須很好保證，特別是中下部。動臂兩端連接副強度靜態沒有問題，關鍵要預防動態衝擊的破壞作用。對動臂兩端結構形式的加強是當務之急。圖3.2為某廠家對動臂兩端結構的補強方式。
良好的操作習慣是目前預防和減少「帶杆」的最重要方面。操作手應養成「提升+反轉」的習慣：鑽進動作完成，提升鑽杆的同時緩慢地反轉動力頭，可有效減少機鎖杆「帶杆」機率。同時，操作技能和責任心同樣需要提升和加強。操作習慣、技能和責任心構成了操作手的綜合職業素質。
鑽杆是「帶杆」發生的主體。第一入手點應該是鑽杆自身的改善，在設計上避免「帶杆」的發生，這方面叫做主動預防。這方面有大量的工作要做，德國寶峨鑽杆產品仍然是我們繼續學習的標杆。另外，將提引器塗裝成特別醒目的顏色，安裝可視化視頻監視裝置，以便於操作手判斷，也可算作主動預防措施。
隨著先進控制技術在旋挖鑽機上的應用，北京市三一重機有限公司已經總結出能夠比較徹底的根除「帶杆」的技術方案。由於涉及到技術核心機密，本文不對此方案進行論述。
本文對「帶杆」機理、破壞原理及危害和如何改善帶杆三方面進行詳細論述，引用了大量翔實的現場圖片和數據，對「帶杆」進行深入剖析，利於推動旋挖鑽機整機使用性能和各構件使用壽命，對旋挖鑽機施工也具有非常重要的指導意義。
另外，賴於製造企業的技術進步，預防「帶杆」不但要在被動預防上下功夫，更要在設計研發方面採取積極的改善措施，以期達到高智能化，實現人機友好交互，操作輕鬆和諧之最佳境界。相信經過行業不斷努力，最終一定能夠杜絕鑽機「帶杆」，基本消滅其危害。
END來源：旋挖園
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