杜增利

（中鐵十九局集團(tuán)礦業(yè)投資有限公司，北京 100071）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱的建筑業(yè)的發(fā)展成就顯著。在工程項(xiàng)目建設(shè)中，工程項(xiàng)目不斷趨向于大型化、復(fù)雜化，土方工程作為施工過(guò)程中的第一道工序，是整個(gè)建設(shè)工程中最基本的工程之一。在大型土方工程施工過(guò)程中，由于土方量巨大，需要使用大量施工機(jī)械，因此土方機(jī)械的合理組合配置尤為重要。目前，土方工程機(jī)械化施工在我國(guó)建設(shè)領(lǐng)域已基本實(shí)現(xiàn)，在土方工程的施工過(guò)程中，土方機(jī)械的組合設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，因此，研究土方工程施工機(jī)械優(yōu)化，可以提高施工作業(yè)的機(jī)械化水平，對(duì)保證施工質(zhì)量、進(jìn)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(guò)程的主要工序包括土方開(kāi)挖、運(yùn)輸、填筑與壓實(shí)，在施工過(guò)程中涉及到的土方機(jī)械主要有挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)等[1]。上述各類(lèi)土方機(jī)械適用范圍、技術(shù)性能都存在差異，選用機(jī)械時(shí)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(jī)械可供選擇時(shí)，則應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，選擇生產(chǎn)效率高、成本費(fèi)用低的機(jī)械進(jìn)行施工。本文將結(jié)合運(yùn)距及造價(jià)2個(gè)因素進(jìn)行分析，探討土方機(jī)械在施工過(guò)程中的最優(yōu)組合。

1 常用的土方機(jī)械

1.1 土方工程挖掘機(jī)械——挖掘機(jī)

挖掘機(jī)是土方施工過(guò)程中主要的挖掘機(jī)械，其工作機(jī)理是通過(guò)挖掘機(jī)鏟斗挖掘高于或低于基礎(chǔ)面的物料，并裝入運(yùn)輸機(jī)械或卸至堆料場(chǎng)的土方機(jī)械，在更換工作裝置后還可實(shí)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(kāi)挖工作；在建筑工程中主要承擔(dān)基礎(chǔ)開(kāi)挖工作；在水利工程可用于開(kāi)挖溝渠、運(yùn)河和疏浚河道；在采石場(chǎng)、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(jī)按鏟斗容積分為以下3類(lèi)：鏟斗容量介于0.25～0.35m3之間的輕型挖掘機(jī)；鏟斗容量介于0.35～1.5m3范圍內(nèi)的中型挖掘機(jī)；鏟斗容量大于1.5m3的重型挖掘機(jī)。

1.2 土方工程平整機(jī)械——推土機(jī)

在土方工程施工過(guò)程中，推土機(jī)可完場(chǎng)對(duì)物料進(jìn)行切削或搬運(yùn)的工作。在道路施工中，可用于開(kāi)挖路堤、橋基、填筑路基、回填土方等；在筑港和運(yùn)河工程中可填筑堤壩、圍堰、護(hù)岸以及開(kāi)挖河床等；在一般的市政工程中可用于清除施工場(chǎng)地、回填基坑等作業(yè)。推土機(jī)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(yùn)機(jī)共同完成鏟運(yùn)作業(yè)。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率大小將推土機(jī)分為：功率小于30kW的超小型推土機(jī)，用于極小作業(yè)場(chǎng)地；功率為30～75kW的小型推土機(jī)，常用于零星土方作業(yè)；功率介于75～225kW的中型推土機(jī)，用于一般土方作業(yè)；功率為225～745kW的大型推土機(jī)，生產(chǎn)率高，常用于堅(jiān)硬土質(zhì)或深度凍土作業(yè)；功率大于745kW的特大型推土機(jī)，適用于大型露天礦開(kāi)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(jī)，附著性能好，接地比壓小，通過(guò)性好，爬坡能力強(qiáng)，可適用于土壤松軟或潮濕軟泥，選擇推土機(jī)型號(hào)時(shí)，應(yīng)選擇機(jī)械成本最低的推土機(jī)。

1.3 土方工程裝運(yùn)機(jī)械——裝載機(jī)

裝載機(jī)為土方工程中用于鏟裝、搬運(yùn)、傾卸物料及清理路面、平整場(chǎng)地的土方機(jī)械。主要功能包括土壤、砂石料、煤炭等散裝物料的鏟裝及對(duì)巖石、硬土、凍土進(jìn)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(mén)。

1.4 土方工程鏟土運(yùn)輸機(jī)械——鏟運(yùn)機(jī)

鏟運(yùn)機(jī)是土方施工過(guò)程中用于大面積填挖土方的高效鏟土運(yùn)輸機(jī)械。鏟運(yùn)機(jī)主要通過(guò)鏟斗、破土刀完成土方鏟削、物料裝載、土方運(yùn)輸和鋪筑等工作，通常適用于較為開(kāi)闊的填方路段的施工。在筑路工程中可實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖路塹、填筑路堤、搬運(yùn)土方等作業(yè)；在水利工程中可完成開(kāi)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(yùn)距對(duì)機(jī)械組合設(shè)計(jì)的影響

影響土方施工過(guò)程中土方機(jī)械的組合設(shè)計(jì)的因素有多種，其中運(yùn)距對(duì)土方機(jī)械的選用起到主導(dǎo)作用，同時(shí)也決定土方機(jī)械相應(yīng)配套機(jī)械的數(shù)量。因此，運(yùn)距是土方工程機(jī)械化施工組合設(shè)計(jì)研究中的重要因素[2]。

在土方工程施工過(guò)程中，可以根據(jù)作業(yè)內(nèi)容的運(yùn)輸距離來(lái)合理選擇土方機(jī)械。例如，在公路工程土方施工過(guò)程中，推土機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、挖掘機(jī)都可完成土方挖運(yùn)作業(yè)，但每種土方機(jī)械的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距存在差異。兼顧工程造價(jià)和土方機(jī)械的實(shí)際情況，公路工程施工過(guò)程中，對(duì)短距離（10～200m段）的土方轉(zhuǎn)運(yùn)宜采用165kW型推土機(jī)，中、長(zhǎng)距離（大于200m段）的土方運(yùn)轉(zhuǎn)宜采用挖掘機(jī)配12t自卸車(chē)[3]。對(duì)任一土方機(jī)械而言，運(yùn)距過(guò)短，則會(huì)影響其機(jī)械效能的正常發(fā)揮；運(yùn)距過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)降低土方機(jī)械施工過(guò)程中的使用效率，增加施工過(guò)程的生產(chǎn)成本。因此，在進(jìn)行土方機(jī)械組合設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證每種機(jī)械在其合理運(yùn)距內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，常用土方機(jī)械的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距如表1所示。

3 造價(jià)對(duì)機(jī)械組合設(shè)計(jì)的影響

在土方施工過(guò)程中除了運(yùn)距的影響，造價(jià)也是確定土方機(jī)械型號(hào)的重要因素，根據(jù)全國(guó)統(tǒng)一施工機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用定額，從概預(yù)算的角度定量地對(duì)比各類(lèi)土方機(jī)械不同型號(hào)的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 常用土方機(jī)械的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距

表2 不同型號(hào)挖掘機(jī)臺(tái)班基價(jià)

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

在土方施工過(guò)程中同等條件下采用不同型號(hào)的履帶式推土機(jī)的臺(tái)班基價(jià)如表3所示。

在土方施工過(guò)程中，多采用輪胎式裝載機(jī)，其具有制造成本低、行走速度快、工效高、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。在同等條件下采用不同型號(hào)的輪胎式裝載機(jī)的臺(tái)班基價(jià)如表4所示。

在土方施工過(guò)程中同等條件下采用不同型號(hào)的鏟運(yùn)機(jī)的臺(tái)班基價(jià)如表5所示。

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

表3 不同型號(hào)推土機(jī)臺(tái)班基價(jià)

表4 不同型號(hào)裝載機(jī)臺(tái)班基價(jià)

表5 不同型號(hào)鏟運(yùn)機(jī)臺(tái)班基價(jià)

4 土方機(jī)械組合設(shè)計(jì)過(guò)程中常用模型

綜合運(yùn)距及造價(jià)因素后，土方施工過(guò)程中土方機(jī)械的組合設(shè)計(jì)還可通過(guò)建立相關(guān)的模型來(lái)科學(xué)的進(jìn)行組合。在土方挖運(yùn)過(guò)程中，常采用排隊(duì)論[4]模型建立挖填方區(qū)—挖掘機(jī)械—運(yùn)輸機(jī)械的多節(jié)點(diǎn)的閉合排隊(duì)系統(tǒng)，計(jì)算出最優(yōu)的土方機(jī)械運(yùn)輸路線及土方機(jī)械組合配置。在土方機(jī)械選型中，基于層次分析法建立AHP模型，將選型問(wèn)題系統(tǒng)化、數(shù)學(xué)化、模型化，通過(guò)分析影響土方機(jī)械的主要因素的權(quán)重排比得出土方機(jī)械選型的最優(yōu)組合。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在土方工程施工過(guò)程中應(yīng)綜合考慮運(yùn)距及造價(jià)對(duì)土方機(jī)械組合設(shè)計(jì)的影響，以工期和成本為控制目標(biāo)，建立科學(xué)、合理的組合模型，分析計(jì)算出最佳的土方機(jī)械施工組合方案。