旋挖钻机是目前基础施工中常见的钻孔灌注的施工机械，而钻杆是钻机的一个重要部件。钻杆结构至关重要，一方面钻杆能力的强弱决定了钻机能够使用什么样的钻头，而钻头的形式直接决定了钻孔的工效和地层适应能力。另一方面，设备本身的动力配置、动力头扭矩、液压系统、卷扬拉力以及支撑结构的设计也都是围绕钻杆结构和能力进行的，以使整个系统的配置最为合理。目前国内旋挖钻机都以大吨位为主，其底盘可分两大类：一类是安装在自行设计的专用旋挖钻机可伸缩履带底盘上；另一类安装在进口重型液压可伸缩履带底盘上（多数是卡特彼勒底盘）。下面是国内旋挖钻机常见的配置：
发动机功率（kw/r/min） 242.55/2 100
动力头最大转矩(kN·m) 200
最大旋挖速度(r/min) 22
钻孔深度(m) 60
钻孔直径(mm) 2000
整机质量(t) 68
有的还有配备20KN的加压点以应对硬地层施工。
抗扭截面系数公式
对于后者由于设备本身的动力配置、动力头扭矩、液压系统、卷扬拉力以及支撑结构已经确定，为了满足大扭矩、大压力的设计要求根据右侧的抗扭截面系数公式可知,需要增大钻杆的内外径可以提高抗扭截面系数。但是钻杆重量就增加很多，造成钻机在施工时容易发生“点头”
现象（一头沉）。个别严重的发生过侧翻现象，虽然主要原因是没有按照操作规程操作，但是一头沉也是导致侧翻的一个因素。这就要对钻杆的设计进行优化，在满足强度的要求下减轻重量。
钻杆分为摩阻式与机锁式。机锁式又分为间断式和齿条式。摩阻式钻杆用于普通地层钻进，机锁式用于坚硬地层钻进。旋挖钻机工作时，钻杆同时承受拉压、剪切、扭转、弯曲等复合应力。下图是钻杆受力模型示意图。
图1、 钻杆受力模型示意图
一、本文将以摩擦钻杆为例介绍钻杆的结构优化过程。图2是一种钻杆的断面图。利用Solid3000软件尺寸驱动的特点可以非常快速的做出各种配管方案，各节钻杆之间的理论间隙值也就随之更新。能够让我们在已有的钢管规格中筛选出最合适的配管方案。
图2 一种摩擦式钻杆断面图
二、确定好配管方案后，就利用Solid3000建立三实体造型，并在装配环境中利用干涉检查、测量等工具及时发现设计中的潜在缺陷。做到这一步我们只完成了钻杆的初步设计，优化设计是要根据运动学仿真和有限元分析进行的。通过数据接口将Solid3000的设计方案导入到MSC 4D软件中进行运动学仿真和有限元分析。
图2 钻杆装配图 方头部分