土方挖运工程施工

第六章土方挖运工程施工第一节人工挖运工程施工在我国的水利工程施工中，一些土方量小及不便于机械化施工的地方，用人工挖运还是比较普遍的。

挖土用铁锹、镐等工具；运土用筐、手推车、架子车等工具。

人工开挖渠道时，应自中心向外，分层下挖，先深后宽，边坡处可按边坡比挖成台阶状，待挖至设计要求时，再进行削坡。

如有条件应尽可能做到挖填平衡。

必须弃土时，应先行规划堆土区，做到先挖远倒，后挖近倒，先平后高。

受地下水影响的渠道，应设排水沟，排水应本着上游照顾下游，下游服从上游的原则，即向下游放水的时间和流量，应照顾下游的排水条件；同时下游服从上游的需要。

一般下游应先开工，并不得阻碍上游水量的排泄，以保证水流畅通。

开挖主要有以下两种方式。

1. 一次到底法一次到底法（图6—1 ）适用于土质较好，挖深2—3m 的渠道。

开挖时应先将排水沟挖到低于渠底设计高程0.5m 处，然后再按阶梯状逐层向下开挖，直到渠底为止。

2.分层下挖法此法适用于土质不好，且挖深较大的渠道。

将排水沟布置在渠道中部，先逐层挖排水沟，再挖渠道，直至挖到渠底为止［图6—2（a）］。

如渠道较宽，可采用翻滚排水沟［图6—2 ( b )］。

这种方法的优点是排水沟分层开挖，沟的断面小，土方量少，施工较安全。

第二节机械挖运工程施工开挖和运输是土方工程施工两项主要过程，承担这两个过程施工的机械是各类挖掘机械、挖运组合机械和运输机械。

一、挖掘机械挖掘机械的作用主要是完成挖掘工作，并将所挖土料卸在机身附近或装入运输工具。

挖掘机械按工作机构可分为单斗式或多斗式两类。

1.单斗式挖掘机单斗式挖掘机由工作装置、行驶装置和动力装置等组成。

工作装置有正向铲、反向铲、索铲和抓铲等（图6 —3 ）。

工作装置可用钢索或液压操作。

行驶装置一般为履带式或轮胎式。

动力装置可分为内燃机拖动、电力拖动和复合式拖动等几种类型。

（1）正向铲挖掘机。

钢索操纵的正向铲挖掘机构造如图6—4 所示，由支杆、斗柄、铲斗、拉杆、提升索等构件组成。

图6—5 为正向铲挖掘机工作过程示意图。

每一工作循环包括挖掘、回转、卸料、返回四个过程。

挖掘时先将铲斗放到工作面底部（I）的位置；然后在将铲斗自下而上提升的同时，使斗柄向前推压，在工作面上挖出一条弧形挖掘带（II、III），当铲斗装满土料，再将铲斗后退，离开工作面（IV）；然后回转挖掘机上部机构至车箱处，打开斗门，将土卸出（V、VI）；此后再回转挖掘机上部机构，同时放下铲斗，进行第二次循环。

当挖掘机在一个停机位置上时，将能挖掘的土壤全部挖完后，再前进至另一停机位置。

正向铲挖掘机工作时，其支杆一般保持某一角度不变，可挖掘停机面以上的I—VI级土，停机面以下则挖得很浅。

挖掘机的工作尺寸示意如图6—6 所示。

l①所有水平方向尺寸都从挖掘机的回转中心线量起，所有垂直方向的尺寸都从停机面量起。

②铲土半径量到斗齿尖，卸土半径量到土斗中心。

③铲土量度量到斗齿尖，卸土高度量至开启斗底的最低点。

我国生产的部分正铲挖掘机的工作性能见表6—1 ，可供机械选型和布置施工现场时参考。

在组织正向铲挖掘施工时，应注意下列几点。

①为了操作安全，使用时应将性能表中的最大挖掘高度、最大挖掘半径值减少5 ％一10 ％。

②在挖掘粘性土时，工作面高度宜小于最大挖土半径时的挖掘高度，以防止出现土体倒悬的情况。

③为了发挥挖掘机的生产效率，工作面高度应不低于挖掘一次即可装满铲斗的高度。

表6—1 正铲挖掘机工作性能挖掘的工作面，即挖掘机挖土时的工作空间称为撑子。

根据撑子的布置不同，正向铲挖掘机有三种作业方式：①正向挖土后方卸土［图6 一7 ( b )］；②正向挖土、侧向卸土［图6 一7 （a）］；③侧向挖土、侧向卸土［图6 一7 （c）］。

至于采用哪一种作业方式，应根据施工条件确定。

( 2 )单斗挖掘机生产率计算。

施工机械的生产率是指它在一定时间内和一定条件下，能够完成的工程量。

生产率可分为理论生产率、技术生产率和实用生产率。

实用生产率是考虑了在生产中各种不可避免的停歇时间（如加燃料、换班、中间休息… … 等）之后，所能达到的实际生产率。

单斗挖掘机生产率计算公式z t e ch K K K K Tqp ∙∙∙⨯=36008（6—1） 式中p —挖掘机生产率（自燃方），m 3／台班； q —铲斗容量（松方），m 3； K ch —铲斗充盈系数，参见表6—2； K e —土壤可松性系数，参见表6—3；K t—施工机械时间利用系数，参见表6—4；T—挖掘机铲装一次工作循环时间，s，参见表6—5；K z—撑子高度和挖装旋转角度校正系数，参见表6—6、6—7。

2.多斗式挖掘机多斗式挖掘机是一种连续作业式挖掘机械，按构造不同，可分为链斗式和斗轮式两类。

链斗式是由传动机械带动固定在传动链条上的土斗进行挖掘的，多用于挖掘河滩及水下沙砾料；斗轮式以固定在转动轮上的土斗进行挖掘的，多用于挖掘陆地上土料。

( 1 )链斗式采砂船。

水利水电工程中常用的国产采砂船有120m3/h 和250m3/h 两种，采砂船是无自航能力的砂砾石采掘机械。

当做远距离移动时须靠拖轮拖带；近距离移动时（如开采时移动），可借助船上的绞车和钢丝绳移动。

其配合的运输工具一般采用轨距为1435 和762 的机车牵引矿斗车（河滩开采）或与砂驳船配合（河床水下开采）使用。

图6—8 为链斗式采砂船示意图，图中斗架（又称工作大梁）上端铰接在船体上，下端由提升索固定，并由提升索控制开挖深度。

斗架上附有链条，链条上装有若干链斗，主动轮通过链条带动链斗工作。

挖掘的砂砾料卸入漏斗后，由皮带机向船体一侧卸料。

船身没有平衡水箱，借助水重保持船体平衡。

表6 一8 是砂船的技术性能，供选用参考。

( 2 )斗轮式挖掘机。

斗轮式挖掘机的构造如图6—9 所示，斗轮装在可仰俯的斗轮臂上，斗轮上装有7—8 个铲斗，当斗轮转动时，即可挖土，铲斗转到最高位置时，斗内土料借助自重卸到受料皮带机上卸入运输工具或直接卸到料堆上。

斗轮式挖掘机的主要特点是斗轮转速较快，连续作业，因而生产率高。

此外，斗轮臂倾角可以改变，且可回转3600，因而开挖范围大，可适应不同形状工作面的要求。

二、挖运组合机械挖运组合机械是指由一种机械同时完成开挖、运输、卸土任务，有推土机，铲运机及装载机。

1.推土机推土机在水利工程施工中应用很广，可用于平整场地、开挖基坑、推平填方、堆积土料、回填沟槽等。

推土机的运距不宜超过60—100m 。

挖深不宜大于1.5—2.0m，填高不宜大于2—3m 。

推土机按安装方式可分为固定式［图6—10 （a）、（c ）］和万能式［图6—10 ( b )］两种；按操纵机构可分为索式［图6 一10 ( a )、（b ）］及液压式［图6 一10 ( c )、( d )］两种；按行驶机构可分为轮胎式和履带式两种。

固定式推土机的推土器仅能升降，而万能式则不仅能升降，还可在三个方向调整角度；固定式结构简单，应用广泛。

索式推土机的推土器升降是利用卷扬机和钢索滑轮组进行的，升降速度较快，操作较方便，缺点是推土器不能强制切土，铲硬土有困难。

液压式的推土机升降是利用液压装置来进行的，因而可以强制切土，但提升高度和速度不如索式。

由于液压式推土机具有重量轻、构造简单操作容易、震动小、噪音低等特点，是今后的发展方向。

国产各种推土机性表6—9 。

、推土机的开行方式基本上是穿梭式的。

为了提高推土机的生产率，应力求减少推土器两侧散失土料，一般可采用槽行开挖、下坡推土、分段铲土、集中推运及多机并列推土等方法。

2 ．铲运机铲运机是一种能铲土、运土和填土的综合性土方工程机械。

它一次能铲运几立方米到几＋立方米的土方，经济运距达几百米。

铲运机能开挖粘性土和砂卵石，多用于平整场地、开采土料、修筑渠道和路基以及软基开挖等。

铲运机按操纵系统分为索式和液压式两种；按牵引方式分为施行式和自行式两种；按卸土方式分为自由卸土、强制卸土和半强制卸土三种。

铲运机的工作情况见图6 一113.装载机装载机是一种工作效率高、用途广泛的工程机械，它不仅可对堆积的松散物料进行装、运卸作业，还可以对岩石、硬土进行轻度的铲掘工作，并能用于清理、刮平场地及牵引作业。

如更换工作装置，还可完成堆土、挖土、松土、起重以及装载棒状物料等工作，因此被广泛应用，如图6—120装载机按行走装置可分为轮胎式和履带式两种；按卸载方式可分为前卸式、后卸式和回转式三种；按铲斗的额定重量可分为小型（<lt ）、轻型（1—3t ）、中型( 4—8t )、重型（> l0t ）四种。

三、运土机械水利工程施工中，运土机械有：无轨运输、有轨运输和皮带机运输等。

1.无轨运输在我国水利水电工程施工中，汽车运输因其操纵灵活，机动性大，能适应各种复杂的地形，已成为最广泛采用的运输工具。

土方运输一般采用自卸汽车。

目前常用的车型有：上海、黄河、交通和小松、佩尔利尼、韦勃克等。

随着施工机械化水平的不断提高，工程规模愈来愈大，国内外都倾向于采用大吨位重型和超重型自卸汽车。

其载重量可达60—100t 以上。

对于车型的选择，自卸汽车车厢容量，应与装车机械斗容相匹配。

一般自卸汽车容量应为挖装机械斗容的3—5 倍较适合。

汽车容量太大，其生产率降低，反之挖装机械生产率减少。

对于施工道路，要求质量优良。

加强经常性养护，可提高汽车运输能力和延长汽车使用年限；汽车道路的路面应按工程需要而定，一般多为泥结碎石路面，运输量及强度大的可采用混凝土路面。

对于运输线路的布置，一般是双线式和环形式，应依据施工条件，地形条件等具体情况确定，但必须满足运输量的要求。

常用自卸汽车工作性能见表6—10 ；生产率计算式见公式6—2自卸汽车生产率计算式t K TVp 608⨯=（6—2）式中P—运输车辆生产率（松方），m3／台班；V—每一工作循环的载运量，一般以车箱堆装容积（m3）计，但实际载重不得超过车辆的重量；K t—时间利用系数；T—运输车辆工作循环时间，min；运输车辆工作循环时间可用下式计算：T＝t1+t2+t3+t4式中 t1—装车时间，min；t2—包括重车运输和空车返回的行驶时间，min；t3—卸车和倒车转向时间，min，参见表6—11；t4—在装载机旁的调车时间，但不包括因等候装车耽误的时间，单位为min，参见表6—12。

装车时间t 1 的计算：601⨯=PVt 式中P —装载机械的生产率，（松方）, m 3/h ；行驶时间t2由行驶距离和平均行驶速度而定，应根据具体情况计算。

2.有轨运输水利水电工程施工中所用的有轨运输，除巨型工程以外，其他工程均为窄轨铁路。

窄轨铁路的轨距有l000mm 、 762mm、 6l0mm几种。

轨距l000mm 和762mm，窄轨铁路的钢轨重量为11—18kg /m，其上可行驶3m3、 6m3、15 m3，可倾翻的车箱，用机车牵引。