土石坝的土石料挖运方案

一、综合机械化的基本原则：

在组织综合机械化施工中应遵循以下原则：
1、充分发挥主要机械的作用
主要机械是指对完成关键工序起主导作用的机械。充分发挥它的作用,有利于加快施工进度，降低工程成本。 
   例如在土石坝施工中用正向铲挖掘机采料，自卸汽车运输上坝，推土机平土,震动辗压实,刨毛机刨毛,洒水车洒水进行综合机械化作业,其中挖掘机是主要机械,一台挖掘机发生故障将导致其它机械停工待料。
2、挖运机械的配套应根据机械的工作特点加于选择

       连续式开挖机械一般应与连续式运输机械相配合，循环式开挖机械一般应与循环式运输机械相配合。
  3、合理布置工作面,充分发挥机械的工作效率,减少机械的转运时间
    要求创造良好的运输条件，避免运输的干扰和故障。保证运输线路有足够的通行能力,提高运输工具的运输能力。应力求避免一环受阻,环环窝工。

二、挖运机械

（一）挖掘机械
   按构造及工作特点分,挖掘机有循环单斗式和连续多斗式。单斗式挖掘机按其工作机构又分为：正向铲、反向铲、索铲、抓铲（见下图)。

1、正向铲挖掘机：
正向铲挖掘机有回转、行驶和挖掘三个装置。
    正向铲是土方开挖工程中最常用的挖掘机械。它具有强力的推力装置，能开挖各种坚硬土和破碎后的岩石，适用于挖掘停机地面以上的土石方,也可挖掘停机地面以下不深的地方。 

        正向铲通常与运输工具配合使用，常用的是自卸汽车。此时，它与运输工具有两种配合方式：
   1）侧向掌子：因在挖方宽度较大，运输工具停在正向铲一旁的同一平面上，或略高于正向铲的停机面上。这种方式可使运输工具来往方便,能较快停在装车位置,容易发挥正向铲的生产能力。 

    2）正向掌子：因在挖方高度较大,运输工具停在正向铲后侧的同一平面上。这种方式运输工具要倒车进入指定地点,且正向铲装车的转角较大,导致其生产率下降。 

2、反向铲挖掘机：
        适于开挖停机面以下土方（基坑、渠道、管沟），铲土力较正铲小，只能挖Ⅰ--Ⅲ类土。
挖土方式：端向开挖法（沟端开行）、
                    侧向开挖法（沟侧开行）

3、拉铲（索铲）挖掘机
       最适于开挖水下土方及含水量大的土方。挖掘半径、卸土半径、卸载高度较大，多用于渠道、基坑、水下砂卵石的开挖。
挖土方式：沟端开挖法（沟端开行）、
                    沟侧开挖法（沟侧开行）

4、抓铲挖掘机
       靠其合瓣式铲斗自由下落的冲力切入土中后抓取土料提升，回转后卸料。适于挖掘窄深基坑、深井中的水下淤泥及砂卵石等松软土方。

5、多斗式挖掘机（有多个铲土斗）
①斗轮式挖掘机
适于陆上使用，生产率高。

②采砂船
    将链斗式挖掘机的工作机构装在特制的船上进行工作。其构造较简单,生产率高,可以进行水下挖取砂砾石。
   工作大梁2上设有从动轮4,砂斗3固定在链条上,随主动轮5所带动的从动轮4而转动。砂斗不断挖砂,上升至接砂斗6 的顶部时卸料,再通过皮带机10向船的任何一侧卸料。 

(二) 挖运组合机械
    能同时担负开挖、运输、卸土、铺土任务，有推土机和铲运机。
1、推土机
    以拖拉机为原动机械,另加切土刀片的推土器,既可薄层切土又能短距离推运。有固定式和万能式,前者结构简单而牢固,应用普遍,多用液压操作。右图为国产移山-120 型推土机的外形。
    若长距离推土,土料从推土器两侧散失较多,有效推土量大为减少。推土机的经济运距为60-10Om。为了减少土料的散失,可在推土器两侧加挡板,或先推成槽,然后在槽中推土,或多台并列推土。 

2、铲运机
   按行驶方式,铲运机分为牵引式和自行式。前者用拖拉机牵引铲斗,后者自身有行驶动力装置。当今多用自行式,因其结构轻便,可带较大的铲斗,行驶速度高,多用低压轮胎,有较好的越野性能。图4-5是铲斗容量7m3的国产CL7型自行式铲运机。 

    铲运机的经济运距与铲斗容量有关,一般在几百米至几公里以内。大容量的扩运机要求牵引为大,运行的灵活性降低。 

(三) 运输机械
运输机械有循环式和连续式两种。
     1、循环式有:有轨机车和自卸汽车。自卸汽车的吨位一般在10-35t, 汽车吨位大小应根据需要并结合路涵条件来考虑。 

   2、连续式:最常用的连续运输机械是带式运输机。根据有无行驶装置,分为移动式和固定式两种。前者多用于短程运输和散体材料的装卸堆存。固定式常采用分段布置,每段一般在20Om 以内。
   优缺点：带式运输机不受地形限制,结构简单,运行方便灵活,生产率很高。使用时应防止和减轻带的磨损、老化、断裂。 

   3、装载机是一种短程装运结合的机械。常用的斗容量1-3m3, 运行灵活方便。

三、挖运设备的生产能力

   要确定挖运机械设备的数量, 应掌握土石坝施工高峰时段的施工强度,确定选用设备的生产能力（可根据有关产品手册确定,也可以结合实际施工条件,选定参数计算复核）。
1、挖掘机械
   ①挖掘机、装载机和铲运机的生产能力P（台班生产率）
可按下式确定：

    V——铲斗的几何容积 ,m3;
    T——台班工作时间；
    Kch——铲斗充盈系数,表示实际装料容积与土斗几何容
积的比值;与挖掘机械及土质有关；
   Kk——土的松散影响系数,系指挖后松土体积与挖前
实土体积的比值,一般取1.10～1.30;
    Kt——时间利用系数,表示挖掘机工作日时间利用程度,
挖掘机取0.7，装载机取0.7～0.8，铲运机取0.65～0.75;
    t——每次作业循环时间，min．
    要提高挖掘机械的实际生产率,必须提高循环式挖掘机的循环次数,即缩短每一循环的工作时间。此外,当挖掘松散土料时, 可更换较大的土斗以增大土斗容积;加强机械的现场维修,合理布置掌子面,协调并改善回车和错车场地,改善挖运设备的配合等,都将有利于提高挖掘机械的实际生产率。
②机械需要量N计算:

   Q——由工程总进度决定的月开挖强度， m3/月;
    M——单机月工作台班数;
    P——单机台班生产率， m3/台班．
2、运输机械
(1) 循环式运输机械数量 n 的确定 

QT ——运输强度(一昼夜或一班运载的总方量)；
q ——运输机械装载的有效方量；
T1—— 一昼夜或一班的时间,min;
T2——一昼夜或一班内运输工具的非工作时间,min;
t ——运输工具周转一次的循环时间,min。对于工地常用的汽
车、拖拉机,t值为：

t1——装车时间,min; t2——卸车时间,min;
L——运距,km;   V——平均行驶速度 ,km/h。
       则设昼夜或每班运输循环次数m=（T1--T2）/t，生产能力PT为：

(2) 连续带式运输机
   带式运输机的生产率,取决于带宽、带速及带上物料的装满程度。带的装满程度与带的形状、所装物料性质和运输机械布置的倾角有关。若以实方计,带式运输机的实际小时生产率PT(m3/h)可按下式计算 : 

K——带形系数;对于平面带,K=200;对于槽形带,K=400；
B ——带宽,m;
v——带的运行速度,m/s, 通常可取1-2m/s；
KB——时间利用系数,可取0.75-0.85；
KH——充盈系数,与装料特性和运载情况有关;砂土取0.85,
      粘土取0.77,岩石取0.70；
 Kd——土石粒径系数；
Ka——倾角影响系数。
K‘P——土的松散影响系数。

四、挖运强度和挖运机械数量的确定

1、挖运强度的确定
   土石坝施工的挖运强度取决于土石坝的上坝强度,
在施工组织设计中,一般根据施工进度计划各个阶段要求
完成的坝体方量来确定上坝和挖运强度。合理的施工组
织管理应有利于实现均衡生产,避免生产大起大落,使人
力、机械设备不能充分利用,造成不必要的浪费。
    上坝强度又取决于施工中的气象水文条件、施工导
流方式、施工分期、工作面的大小、劳动力、机械设
备、燃料动力供应情况等因素。对于大中型工程,平均日
上坝强度通常为1-3 万m3,高的达 10万m3左右。
（1）上坝强度QD( m3/d) 按下式计算 : 

V′—分期完成的坝体设计方量,以压实方计 ;
Ka—坝体沉陷影响系数,可取1.03-1.05;
K—施工不均衡系数,可取1.2-1.35;
K1—坝面作业土料损失系数,可取0.9-0.95;
T—施工分期时段的有效工作日数，为该时段的总日数
扣除法定节假日和因雨停工日数。 
(2) 运输强度QT计算: 

    Kc——压实影响系数,Kc=γ0/γT，γ0为坝体设计干容
重,t/m3,γT为土料运输的松散容重, t/m3。
    K2——运输损失系数,可取0.95-0.99, 因土料性质及运
输方式而异。
(3) 开挖强度 Qc的计算：

   KC′——压实系数,为坝体设计干容重γ0与料场土料天然
容重γc的比值;
   K3 ——土料开挖损失系数,随土料特性和开挖方式而异,一
般取几 =0.92~0.97 。
2、挖运机械数量的确定
1）装车斗数计算
    水利工程施工中,采用正向铲与自卸汽车配合是最普遍的挖运方案。挖掘机的斗容量与自卸汽车的载重量为满足工艺要求有个合理匹配关系,应通过计算,复核所选挖掘机的装车斗数m（一般3～5）。 

Q—自卸汽车的载重量,t；
q—选定挖掘机的斗容量,m3；
γC—料场土的天然容重，t/m3 ；
KH—挖掘机的土斗充盈系数;
KP′—土料的松散影响系数。
挖掘机装一车所需斗数要适当：
    ①若m过大,说明所选挖掘机的斗容量偏小,要求挖掘机的数量太多,汽车装车时间过长,影响汽车运输能力的发挥,相应也影响挖掘机作用的发挥,这时宜增大挖掘机的斗容量;
    ②若m过小,说明汽车的载重量偏小,需要汽车的数量过多,由于换车频繁,候车时间过长,既影响挖掘机也影响汽车运输能力的发挥,这时应适当增大汽车的载重量。 
2）挖掘机及汽车数量计算
    通常应使一台挖掘机所需的汽车数n所对应的生产能力略
大于此挖掘机的生产率,以充分发挥挖掘机的生产潜力。
               Pa≥ Pc/n
Pa—— 一辆汽车的生产率 ,m3/h；
Pc—— 一台挖掘机的生产率 ,m3/h 。
满足高峰施工期上坝强度的挖掘机的数量应为 : 
NC=QCmax/ Pc
满足高峰施工期上坝强度的汽车总数应为 :
Na=QTmax/ Pa
   Qcmax、 QTmax分别为高峰施工期开挖及运输土料的最大小时强度(m3/h)。