小型隧道施工中扒渣機的選型及優(yōu)勢分析

湯維　張振亞

摘 要：介紹了隧道扒渣機的基本結(jié)構(gòu)原理，分析了隧道扒渣機的主要用途。得出了針對不同隧道情況下扒渣機的類型選擇。通過西氣東輸三線東段隧道工程項目福建省龍巖市白石嶺隧道為例，詳述了小型隧道扒渣機的選型原則、多用途及其優(yōu)勢，其詳細數(shù)據(jù)記錄得出了施工過程的均開挖方量費用。通過與裝載機的開挖數(shù)據(jù)對比，得出了扒渣機在小型隧道中的快速、高效挖掘提供了重要的參考價值。

關(guān)鍵詞：扒渣機；小型隧道；高效；優(yōu)勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.096

1 引言

本文所述的小型隧道主要是指其狹小面積（3.2m*4m左右）的隧道，主要包括：燃油管道、燃氣管道、導(dǎo)流洞、小型溝渠以及單行線的公路和鐵路隧道。在中大型的隧道工程一般采用挖掘機和裝載機進行扒渣和出渣，具有相當(dāng)高的施工效率。而此類小型隧道工程規(guī)模較小，投資少，加上隧道的挖掘具有高危性，為了在施工過程中保證其安全和高效地施工，應(yīng)該找到一種能適應(yīng)小型隧道狹小作業(yè)空間的出渣設(shè)備，所以扒渣機的出現(xiàn)正好可以解決這些要求，出渣時無需像挖掘機和裝載機一樣進行回轉(zhuǎn)上車，直接將渣土傳送到運渣車上，極大地提高了隧道挖掘的效率，節(jié)約挖掘成本。

2 扒渣機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

扒渣機是一種具有扒渣功能和運輸功能特點的現(xiàn)代化設(shè)備，由于其安全環(huán)保、能耗小、可靠性高的優(yōu)點，逐漸成為各類礦山和隧道挖掘工程中必不可少的設(shè)備工具。目前扒渣機的分類按照行走方式可以分為：輪胎式和履帶式（如圖1，圖2）；按照動力源可以分為：電動液壓控制和柴油動力控制；如果是按照理論出渣率劃分，有50A、60A等依次類推的不同類型，也就是每小時機械能夠除的渣量；以及各類型分類方法。

扒渣機的主要部件是由：行走機構(gòu)、機械手、傳送機構(gòu)和各控制機構(gòu)組成，采集和輸送功能合二為一。能夠?qū)崿F(xiàn)：自由行車、挖掘采集、輸送、裝車、清理五種功能。其中自由行走的原理是：通過輸液馬達（或柴油機），減速器，傳動軸，再到加速機驅(qū)動車輪，可以實現(xiàn)設(shè)備的：前進、后退和停車三種功能；挖掘采集原理是：由四支液壓泵的相互伸縮配合，實現(xiàn)機械手的挖掘、伸臂、裝料、卸載功能，大臂可以上升、下降、左右回轉(zhuǎn)；輸送功能由一臺電動滾筒和傳送帶構(gòu)成的機構(gòu)組成，將渣土從挖斗傳送至機車后面；裝車功能由兩支液壓油缸頂升輸送架達到裝車卸料高度，通過液壓鎖鎖定油缸作為支點進行裝車和卸料作業(yè)，具有過程平穩(wěn)可靠的特點。

扒渣機在隧道開挖中的作業(yè)原理是，首先把炸藥放入炮眼將巖石炸松，然后把扒渣機前行進至開挖工作面，運渣車倒停在扒渣機后面，用挖斗將土壤和碎石挖至鏟斗中，然后通過傳送帶裝置將渣土輸送到運渣車?yán)锩妫b滿后另一輛運渣車交替工作，可以實現(xiàn)持續(xù)連續(xù)作業(yè)，清空完挖掘面時可以直接后退，然后進行混凝土的襯砌工作。整個操作過程中只需一人即可進行熟練操作。

3 扒渣機的主要用途

扒渣機適用于隧洞挖掘裝運，礦山工程，水利工程等工程的施工機械及中小斷面引水洞，礦山出渣（礦）機械，本文結(jié)合實際項目西氣東輸三線東段隧道工程項目福建省龍巖市白石嶺隧道為例，討論其在小型隧道施工中的主要用途。

3.1 取渣

白石嶺隧道為西三線管道專用隧道，隧道水平長度為1257.5m，實長為1270.7m?？v向坡度采用“一”字坡設(shè)計，坡度為14.5%（約8.25?）。隧道洞身凈斷面尺寸為寬3.2m×高4.0m。計劃工期是7個月，日掘進量必須達到6m/天。由于隧道作業(yè)面積較小，提供不了大型機械回轉(zhuǎn)空間，不適于挖掘機進入作業(yè)，人工取渣效率太慢，每天掘進速度為2m左右。采用扒渣機操作只需一人，可以將被炸藥松動的土壤和巖石裝車或是對硬度不高的巖層進行直接挖掘，然后通過傳送帶機構(gòu)直接輸送至運渣車上面。根據(jù)其實用結(jié)構(gòu)可知，扒渣機的挖斗不用進行回轉(zhuǎn)運送，提高效率，出渣量非常大，能滿足預(yù)定工期要求。

3.2 送料

小型隧道的挖掘和隧道襯砌幾乎是同時進行交替進行的。在搭建隧道混凝土模板時，扒渣機可以充當(dāng)挖掘機的角色，利用抓斗配合搭建模板。也可以在澆灌水泥時將混凝土送入隧道頂部的拱邊框內(nèi)。以及縱深較長的小型隧道必須每隔一定的距離（如100m）修建回車道，供運渣車倒車和各材料的存放。一般來說，扒渣機可以完全實現(xiàn)這一開挖功能。

4 小型隧道中扒渣機的選型

依據(jù)扒渣機的主要不同類型，在動力源方面選擇上，考慮到在縱深較長時隧道中的空氣流通問題，選型時應(yīng)該選用以電動液壓控制為提供動力的扒渣機，這樣可以避免空氣中出現(xiàn)因燃燒柴油時產(chǎn)生的硫化物尾氣，保持隧道里面空氣的新鮮，減少有毒氣體對施工操作人員的危害。當(dāng)隧道縱深較短或者有良好的通風(fēng)設(shè)備時則可采用柴油動力型挖掘機，操作方便靈活，能夠更好地自由控制。

在行走方面的選擇上，可以依靠隧道的計劃坡度而相應(yīng)采取不同型號的扒渣機。輪胎式扒渣機具有操作容易，機車活動便捷的特點，但是其防滑能力和固定能力不太強，并且在隨到了里面的作業(yè)環(huán)境往往比較潮濕或有明水流出，出于安全考慮故在隧道坡度小于等于10度的工作條件下適宜采用輪胎式挖掘機作業(yè)。履帶式扒渣機在迅速移動能力方面比較弱，但是其履帶和地面的接觸面積大，質(zhì)量重以及履帶的鋸齒形狀使得它與地面的摩擦力非常大，抓地能力極強，故而在隧道坡度大于10度時應(yīng)該選用履帶式扒渣機。

根據(jù)隧道的截面大小，在選型時可以適當(dāng)?shù)剡x擇扒渣機的外型，考慮到一線作業(yè)人員的完全性，比較理想的是扒渣機的外型大小不超過隧道的四分之三，這樣盡可能地減小了在施工過程中因設(shè)備的運轉(zhuǎn)而引起安全事故。

5 工程實例分析

小型隧道工程中其作業(yè)空間有限，不能提供像挖掘機一樣的大型或小型設(shè)備的回轉(zhuǎn)作業(yè)空間，所以在隧道挖掘中采用扒渣機作業(yè)工作效率非常高，正常情況下每小時可以出料30-50立方，代替人工30名左右的工作量，能極大地縮短工期，使項目實現(xiàn)提前驗收。如若扒渣機采用柴油機動力裝置及工作裝置，獨立運轉(zhuǎn)帶來移動作業(yè)能力，適應(yīng)能力強。一下數(shù)據(jù)為西三線三分部采用小型扒渣機設(shè)備開挖采集數(shù)據(jù)：

同樣，在施工過程中，采用了裝載機進行開挖出料，并對其各項指標(biāo)進行記錄，起數(shù)據(jù)如表格（4-6）：

通過兩種數(shù)據(jù)對比得知，采用小型扒渣機開挖成本費用相對于采用小型裝載機費用低很多。相對于采用小型挖掘機和裝載機施工來說，扒渣機的優(yōu)勢相當(dāng)明顯，首先渣土的裝車是自動傳送，實現(xiàn)連續(xù)出渣；其次挖斗不用進行180度的大回轉(zhuǎn)，人性化施工，對操作人員的要求較低，也能使操作人員更加輕松地工作；再次扒渣機的多用途功能可以為各個項目節(jié)約成本，實現(xiàn)了一機多用、一人多用的高效、節(jié)約、可靠的目的。

目前小型隧道中使用扒渣機作業(yè)已經(jīng)開始慢慢普及開來，在此基礎(chǔ)上扒渣機也逐步得到了改進和優(yōu)化，型號也越來越多，能適應(yīng)不同施工環(huán)境和不同作業(yè)空間。也希望扒渣機的方便可靠能得到越來越大的認(rèn)同，使得各類小型施工項目節(jié)約成本，將經(jīng)濟效益最大化。

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作者簡介：湯維（1988-），男，湖南益陽人，本科，助理工程師，項目設(shè)備部長，研究方向：工程設(shè)備管理。