土方機械在施工過程中的組合設(shè)計探討

杜增利

（中鐵十九局集團礦業(yè)投資有限公司，北京 100071）

隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，作為我國國民經(jīng)濟支柱的建筑業(yè)的發(fā)展成就顯著。在工程項目建設(shè)中，工程項目不斷趨向于大型化、復雜化，土方工程作為施工過程中的第一道工序，是整個建設(shè)工程中最基本的工程之一。在大型土方工程施工過程中，由于土方量巨大，需要使用大量施工機械，因此土方機械的合理組合配置尤為重要。目前，土方工程機械化施工在我國建設(shè)領(lǐng)域已基本實現(xiàn)，在土方工程的施工過程中，土方機械的組合設(shè)計是一項十分重要的內(nèi)容，因此，研究土方工程施工機械優(yōu)化，可以提高施工作業(yè)的機械化水平，對保證施工質(zhì)量、進度按期完成、節(jié)約施工成本有著極其重要的意義。

土方工程在施工過程的主要工序包括土方開挖、運輸、填筑與壓實，在施工過程中涉及到的土方機械主要有挖掘機、推土機、裝載機、鏟運機等[1]。上述各類土方機械適用范圍、技術(shù)性能都存在差異，選用機械時應(yīng)根據(jù)具體情況考慮。如果同一作業(yè)內(nèi)容有多種機械可供選擇時，則應(yīng)進行技術(shù)經(jīng)濟性比較，選擇生產(chǎn)效率高、成本費用低的機械進行施工。本文將結(jié)合運距及造價2個因素進行分析，探討土方機械在施工過程中的最優(yōu)組合。

1 常用的土方機械

1.1 土方工程挖掘機械——挖掘機

挖掘機是土方施工過程中主要的挖掘機械，其工作機理是通過挖掘機鏟斗挖掘高于或低于基礎(chǔ)面的物料，并裝入運輸機械或卸至堆料場的土方機械，在更換工作裝置后還可實現(xiàn)澆筑、起重、安裝、打樁、夯土和拔樁等作業(yè)[1]。在工程施工中應(yīng)用廣泛，如在筑路工程中可完成路基的開挖工作；在建筑工程中主要承擔基礎(chǔ)開挖工作；在水利工程可用于開挖溝渠、運河和疏浚河道；在采石場、礦石加工等工程中用于料石的剝離、礦石的采挖工作等。一般將挖掘機按鏟斗容積分為以下3類：鏟斗容量介于0.25～0.35m3之間的輕型挖掘機；鏟斗容量介于0.35～1.5m3范圍內(nèi)的中型挖掘機；鏟斗容量大于1.5m3的重型挖掘機。

1.2 土方工程平整機械——推土機

在土方工程施工過程中，推土機可完場對物料進行切削或搬運的工作。在道路施工中，可用于開挖路堤、橋基、填筑路基、回填土方等；在筑港和運河工程中可填筑堤壩、圍堰、護岸以及開挖河床等；在一般的市政工程中可用于清除施工場地、回填基坑等作業(yè)。推土機配備有松緊器等裝置，可完成土方的預(yù)松土作業(yè)，還可配合鏟運機共同完成鏟運作業(yè)。

根據(jù)發(fā)動機功率大小將推土機分為：功率小于30kW的超小型推土機，用于極小作業(yè)場地；功率為30～75kW的小型推土機，常用于零星土方作業(yè)；功率介于75～225kW的中型推土機，用于一般土方作業(yè)；功率為225～745kW的大型推土機，生產(chǎn)率高，常用于堅硬土質(zhì)或深度凍土作業(yè)；功率大于745kW的特大型推土機，適用于大型露天礦開采或大型水利水電工程。在土方工程中一般使用的是履帶式推土機，附著性能好，接地比壓小，通過性好，爬坡能力強，可適用于土壤松軟或潮濕軟泥，選擇推土機型號時，應(yīng)選擇機械成本最低的推土機。

1.3 土方工程裝運機械——裝載機

裝載機為土方工程中用于鏟裝、搬運、傾卸物料及清理路面、平整場地的土方機械。主要功能包括土壤、砂石料、煤炭等散裝物料的鏟裝及對巖石、硬土、凍土進行鏟挖作業(yè)。廣泛應(yīng)用于采礦工程、建筑施工、水利工程及其他工業(yè)部門。

1.4 土方工程鏟土運輸機械——鏟運機

鏟運機是土方施工過程中用于大面積填挖土方的高效鏟土運輸機械。鏟運機主要通過鏟斗、破土刀完成土方鏟削、物料裝載、土方運輸和鋪筑等工作，通常適用于較為開闊的填方路段的施工。在筑路工程中可實現(xiàn)開挖路塹、填筑路堤、搬運土方等作業(yè)；在水利工程中可完成開挖河道、渠道、填筑土石堤壩等；在農(nóng)田建設(shè)工程中可用于平整土地、洼地等。

2 運距對機械組合設(shè)計的影響

影響土方施工過程中土方機械的組合設(shè)計的因素有多種，其中運距對土方機械的選用起到主導作用，同時也決定土方機械相應(yīng)配套機械的數(shù)量。因此，運距是土方工程機械化施工組合設(shè)計研究中的重要因素[2]。

在土方工程施工過程中，可以根據(jù)作業(yè)內(nèi)容的運輸距離來合理選擇土方機械。例如，在公路工程土方施工過程中，推土機、鏟運機、挖掘機都可完成土方挖運作業(yè)，但每種土方機械的經(jīng)濟運距存在差異。兼顧工程造價和土方機械的實際情況，公路工程施工過程中，對短距離（10～200m段）的土方轉(zhuǎn)運宜采用165kW型推土機，中、長距離（大于200m段）的土方運轉(zhuǎn)宜采用挖掘機配12t自卸車[3]。對任一土方機械而言，運距過短，則會影響其機械效能的正常發(fā)揮；運距過長，則會降低土方機械施工過程中的使用效率，增加施工過程的生產(chǎn)成本。因此，在進行土方機械組合設(shè)計時應(yīng)保證每種機械在其合理運距內(nèi)進行作業(yè)。依據(jù)工程經(jīng)驗，常用土方機械的經(jīng)濟運距如表1所示。

3 造價對機械組合設(shè)計的影響

在土方施工過程中除了運距的影響，造價也是確定土方機械型號的重要因素，根據(jù)全國統(tǒng)一施工機械臺班費用定額，從概預(yù)算的角度定量地對比各類土方機械不同型號的經(jīng)濟效益。

表1 常用土方機械的經(jīng)濟運距

表2 不同型號挖掘機臺班基價

在土方施工過程中挖掘機大部分采用履帶式，其地面接觸面積大，能滿足在較松軟的地方作業(yè)；在不平整的地面行駛時，能夠抵抗地面凹凸不平的沖擊保持車體平穩(wěn)運行。在同等條件下采用不同型號的履帶式單斗挖掘機的臺班基價如表2所示。

在土方施工過程中同等條件下采用不同型號的履帶式推土機的臺班基價如表3所示。

在土方施工過程中，多采用輪胎式裝載機，其具有制造成本低、行走速度快、工效高、機動靈活等優(yōu)點。在同等條件下采用不同型號的輪胎式裝載機的臺班基價如表4所示。

在土方施工過程中同等條件下采用不同型號的鏟運機的臺班基價如表5所示。

在土方工程施工中，一般根據(jù)工程量來選擇土方機械型號，上述表1～表5列出了常用的施工機械在同等條件下不同型號的臺班基價，在實際工程中可綜合土方機械的投資、工程量及施工費用之間的關(guān)系使施工經(jīng)濟效益達到最佳。

表3 不同型號推土機臺班基價

表4 不同型號裝載機臺班基價

表5 不同型號鏟運機臺班基價

4 土方機械組合設(shè)計過程中常用模型

綜合運距及造價因素后，土方施工過程中土方機械的組合設(shè)計還可通過建立相關(guān)的模型來科學的進行組合。在土方挖運過程中，常采用排隊論[4]模型建立挖填方區(qū)—挖掘機械—運輸機械的多節(jié)點的閉合排隊系統(tǒng)，計算出最優(yōu)的土方機械運輸路線及土方機械組合配置。在土方機械選型中，基于層次分析法建立AHP模型，將選型問題系統(tǒng)化、數(shù)學化、模型化，通過分析影響土方機械的主要因素的權(quán)重排比得出土方機械選型的最優(yōu)組合。

5 結(jié)束語

綜上所述，在土方工程施工過程中應(yīng)綜合考慮運距及造價對土方機械組合設(shè)計的影響，以工期和成本為控制目標，建立科學、合理的組合模型，分析計算出最佳的土方機械施工組合方案。