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。

图图6-］—欢到底定］一4一开挖赫序$为排水沟）2.分层下挖法此法适用于土质不好，且挖深较大的渠道。将排水沟布置在渠道中部，先逐层挖排水沟，再挖渠道，直至挖到渠底为止［图6—2（a）］。如渠道较宽，可采用翻滚排水沟［图6—2（b）］。这种方法的优点是排水沟分层开挖，沟的断面小，土方量少，施工较安全。图图6_2分层下挖法（丿中心排水肉;0〉翻滚排水沟七一幵挖顺序St巧曲排水询）第二节机械挖运工程施工开挖和运输是土方工程施工两项主要过程，承担这两个过程施工的机械是各类挖掘机械、挖运组合机械和运输机械。一、挖掘机械挖掘机械的作用主要是完成挖掘工作，并将所挖土料卸在机身附近或装入运输工具。挖掘机械按工作机构可分为单斗式或多斗式两类。1.单斗式挖掘机单斗式挖掘机由工作装置、行驶装置和动力装置等组成。工作装置有正向铲、反向铲、索铲和抓铲等（图6—3）。工作装置可用钢索或液压操作。行驶装置一般为履带式或轮胎式。动力装置可分为内燃机拖动、电力拖动和复合式拖动等几种类型。（1）正向铲挖掘机。钢索操纵的正向铲挖掘机构造如图6—4所示，由支杆、斗柄、铲斗、拉杆、提升索等构件组成。图G_4正向铲挖掘机构追图I—支杆：、—耳柄；$—铲洱：〜一洱底绞链连按：气—门扌口；

&—开启斗门用乘了一斗齿乜一拉杆：9—拦升索；出―绞盘

口一抠轴；12—取土鼓轴；13—齿轮；14—齿杆】15—鞍式轴承：冶一支承索:戸一回引重；戊一靛转用大齿轮：19—旋转用小齿轮;20一回转旦图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。图6_6帀向铲挖両机工作尺寸示竟订一停机面以匚挖掏深度；k平—停机面以上的最丈挖掘半径；用小一縛机面上的最小挖掘半径⑴一最大揑掘半径；H—最大挖扼半径时的挖掘高度；用—最大挖掘高度时的挖掘半径：

川丄一最大挖掘高度°丸一最大卸载半径「一最大卸装半径时

匚厂—I -...rI：.'J-.-.I■■■ I l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。铲土半径量到斗齿尖，卸土半径量到土斗中心。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。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％。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。

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项目WD-50WD-100WD-200WD-300WD-400WD-1000铲斗容量(m3)0.51.02.03.04.010.0动臂长度(m)5.56.89.010.510.513.0动臂倾角(。)606050454545最大挖掘半径(m)7.29.011.614.014.418.9最大挖掘高度(m)7.99.09.97.410.1013.63最大卸料半径(m)6.58.010.112.7612.6316.35最大卸料高度m)5.66.86.06.66.38.45最大卸料半径时卸3.03.73.54.95.8

料高度(m)最大卸料半径时卸料半径(m)5.17.08.712.415.7作业循环时间(s)289回转100o）25(回转120。)24（回转9Oo）22（回转100o）23〜25（回转1000）对地面平均半压力(kPa)6292.7125180240224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。

图6_7正向铲挖掘机的作业方式（丿上向挖十「侧向卸±.：（bnb向挖土，后方卸土.；侧.向挖十」则向卸土1一挖掘机乜一苣卸汽车（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8x360^ （61）p=q K•K•K•K（61）Tchetz式中p_挖掘机生产率（自燃方），ms/台班；q_铲斗容量（松方），m3；K—铲斗充盈系数，参见表6—2；chK—土壤可松性系数，参见表6—3；e

K—施工机械时间利用系数，参见表6—4；tT—挖掘机铲装一次工作循环时间，s,参见表6—5；K—撑子高度和挖装旋转角度校正系数，参见表6—6、6—7z表&_2挖掘机土斗充盈系数用土壤名称Kch土壤名称湿砂.壌土1O…1J中等密实含砾石粘土0,60.S小砾石、砂壤土0.8LO密实含砾石粘土0*6亠07中等粘土0V0爆得好的岩石0.6^0,75密实粘土0,6^0,8爆得不好的岩石0,5^0,7表6_3土壤的可松性系数底挖扌屈机斗容土壤级别I11m爆得好的岩石■■掘得不好的岩石0.25-0.750.890.820.790.740,680.671.0--2.00.910.S30.800.760.690.683.015.00+930.S50.S20.780,710+6920.0'-40.00.950.S70.S30.S00.730.70表6_4施工机械时间利用系数尿件业条件施工管理条件最好良好—般较差很差最好0.S40,810.760.700.63良好0.7S0,750.710.650.60—般0.720,690.650.600,54较差0.630,610,570*520.45很差0.520,500.470.420.32挖掘机斗容（单位：皿3）正铲0.!15〜260.515〜260.616〜261.016〜281.516〜282.018〜282.518〜283.018〜283.520〜301.()20〜30注：］旋转角为go。：2'撑子高为最佳值：3.易挖时取小值，难挖时取大值“表6_6最佳撑子高（深）度（单位:皿）挖掘机斗容（单位卅）正 铲轻质和松散土，砂砾一般壤土硬的和湿的粘土，块石0.41.51.82.20.51.62.02.40.61.72.22.51.02.02.73.11.52.43.13.72.02.63.54.22.52.83.94.73.02.94.24.93.53.04.55.24.03.14.75.5表6_7撑子尺度校JF系数k:贰？机最佳掌子高度的百分数旋转角（单位:J3045607590120150ISO400.930.S90.85O.SO0.720.650*59601,10L030,960410,810,730,66iF801.22L12E040.980,860,770,691001,261.16E07LOO0(880,790,71矿1201,201.11E030,970,860,770.701401.121,040.97〔〕内丨0.S10.730+661601.030.960+850+750+670.622.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。图6_y链斗式采砂船示意图]—斗架升索p—斗架;3—链斗：4—主动链轮：5—卸料涵斗;叵轮盘:

7—主机房智一卷扬机;9—吊杆：M—皮带机：J—泄水槽：|丄一平衡水请表6_y采砂船技术性能项 目120m3/h电动米砂船120m"h柴油釆砂船250m3/h采砂船250n?Zh挖泥船主产能加品心120120250250吃水深度缶0.81.02.03.1最大挖深（口）471220有效挖深（卫）3-3.54-58-1012-14开挖时最大流速〔«1,5L51,51,5水平排砂距离（也）16斗容缶）0,440,2带齿0彳不带齿0.60,5斗数（个）52393779皮带机宽度0,750.81,21.7航行能力不能自航不能自航不能自航•可自航（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。图6_9斗轮式挖掘机构造图(单位］—斗轮乜一川降机构口一操作室讨一中心料斗：5—送料皮带机屯一双槽卸料斗;7—动力系动眼一履箱［9—转台：山一受料皮箱机；口一斗轮臂二、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。7" (d)图6_jn推土机的类型（/固定式钢重操纵的推土机万能式钢索揍纵的椎土机；

（丿同定式液压操纵的推士机：（卫轮胎式椎十机I—推拉机二一椎十•刀；3—顶推架q—斜撑;5—钢羞操纵系统;

厲一弓形架;厂撑杆厲一球纹；g—汩泵及分配阀：

山一油压缸：11—油管；I?—卷扬杠表6_9推土机工作性能项 目T2-60T1-100TY-160TY-24OTY-320功率（宦）44.166.2117.6176.4235.1铲刀宽度（晌？22803030388042004200铲门高度7881100105816（K）16（hi最大切土深度（吓）290180500600600机 重T5.913.4318.033E0032.00外形尺寸〔长X宽X咼4214X2280X23005000X3030X29925590x3880X29006690X1200X32006870X4200X343O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6一11

图图6_ii铲运机工件示愈图铲土运土江/卸土1—铲斗;2—行走装琵3—连续装置；4—按纵机构巧一斗门飞一斗底和斗后壁3.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（〉101）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车厢容积速度档数后退小松械发动机功率（马力）表6_10师尔利尼上海SH380AHD200自卸汽车生产率计算式p二V沁K（6—2）Tt载重量抽［內的自卸汽车,多采用机械传动•传动效率高.但换档频繁,发动机易熄火，适于存较艮好的道路上行禮：皓构较简单、吧坡能力强•使用可靠_30-S01的多采用动力换档的液圧机城传动;能自动谨节车速.操纵简易省力•通过性能良好.能在条件至的道路上行驶；但构造复杂、价格高，维修困式中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—时间利用系数；tT—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=t+t+t+t1234式中t—装车时间，min；1t—包括重车运输和空车返回的行驶时间，min；2t—卸车和倒车转向时间，min，参见表6—11；3t—在装载机旁的调车时间，但不包括因等候装车耽误的时间4单位为min，参见表6—12。式中r——运输车辆生产率「松方）台班；V——每一工作循环的载运量「一般以车箱堆装容积计•但实际载重不得超过车辆的重量；瓦——时间利用系数：丁 运输车辆工作循环时间-1]L|]]运输车辆工作循环时间可用下式计算+『3+r斗式中门—装车时间心——包括重车运输和空车返回的行驶时间,小『：h——卸车和倒车转向时间，i]u]V参见表&ip订——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mi川参见表h12]表6_11运输车辆的卸车和倒车L即调头）时间h〔单位:mn?件业条件后卸车底卸车侧卸车顺利1.00.40.7一紐1*30.71.0不顺利1,5-2(01.0-1,5H2川表6-12运输车辆的调车〈即定位）时间（4（单位:讪]）件业条件后卸车底卸车侧卸车顺利0.150.150,15-般0300.500.50不顺利0.80L001,00装车时间t的计算：1t=x601P式中P—装载机械的生产率，（松方），ms/h；行驶时间t由行驶距离和平均行驶速度而定，应根据具体情况2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1000mm和762mm,窄轨铁路的钢轨重量为11—18kg/m,其上可行驶3m3、6m3、15ma,可倾翻的车箱，用机车牵引。轨距610mm的钢轨重量为8kg/m，其上可行驶1.6-1.5血可倾翻的铁斗车，可用人力推运或电瓶车牵引。铁路运输的线路布置方式，有单线式、单线带岔道式、双线式和环形式四种。线路布置及车型应根据工程量的大小、运输强度、运距远近以及当地地形条件来选定。需要指出的是，随着大吨位汽车的发展和机械化水平的提高，目前国内水电工程一般多采用无轨运输方式，仅在一些有特殊条件限制的情况才考虑采用有轨运输（如小断面隧洞开挖运输）。若选用有轨运输，为确保施工安全，工人只许推车不许拉车，两车前后应保持一定的距离：当坡度小于0.5％的下坡道时，不得小于10m；当坡度大于0.5%的下坡或车速大于3m/s时，不得小于30m。每一个工人在平直的轨道上只能推运重车一辆。3.皮带机运输

皮带机是一种连续式运输设备，适用于地形复杂，坡度较大，通

过地形较狭窄和跨越深沟等情况；特别适用于运输大量的粒状材料。图6_]3图6_]3固室式皮带机1—竖动鼓轮;2—机架;3—卸料小车y—芾饕巧—丄托层§—装料滴斗;了一张紧厳轮乜一重锤;9—下托维AA;弓埜戸？-图6_u移动式皮带机

构造筒團;｛说皮第绕法1一张紧鼓轮乜一装制濟斗：3—下死棍诃—电动机；5—传动齿轮;6一带条T—上剖机架统接点唱—头部卸料蝕轮；9—上部