内挖式港口石方开挖设备性能与管理

乐业清

（中国港湾工程有限责任公司，北京 100027）

0 引言

内挖式港口因其独特的地质条件和施工工艺，在港口建造史上并不多见，参阅最近20 a国内文献资料[1-4]，1992年竣工的京唐港位于渤海湾北侧，介于秦皇岛港与天津港之间，是新中国第一个内挖式万吨级港口，分东西2个港区，占地面积20 km2，具有投资省，船舶作业条件好，施工方便且施工期短，挖填基本平稳及挡沙堤建设灵活等优点。相比填筑式港口，内挖式港口节省投资、港内泊稳条件好、节省陆运土方并且建设的灵活性好。

内挖式干施工方法即土石方围堰形成干施工环境后，在基坑内进行土方开挖，岩石爆破，运出土石方，当开挖达到设计高程后，在基坑内进行码头结构的干施工，形成靠泊码头和港池。

在大型内挖式港口石方开挖施工中，爆破方案经常受到各方面条件制约而不能正常进行，利用机械设备进行开挖施工成为必备方案。现代化机械施工设备规模大，样式新，有效掌握设备性能，提高综合管理水平成为内挖式港口施工的重要课题。

1 工程概述

多哈新港项目位于卡塔尔半岛东南部，沃克拉镇以南约22 km，占地面积约23 km2，主要工程内容包括7 845 m码头岸线，2.76 km的防波堤以及大规模的港池开挖施工。其中港池部分约7 000万m3的土石方开挖，港池面积400 m2，最大挖深为-19.7 m，港池底标高为-17 m，降水后进行干施工，主要采用机械开挖和岩石爆破2种方式进行。

场区岩层为中始新世晚期达曼地层（Simsima）的白云岩和石灰岩组成，地勘资料显示，现场岩层分布极不均匀，部分区域岩石硬度较硬，最硬可达80 MPa，部分区域岩石又相对较软，-6 m以下较软区域岩石硬度只有15 MPa，同时，在-11~-13 m之间，由于长期地质板结，预压等各类原因，存在一个岩石硬壳层，硬壳岩石硬度约50 MPa，厚度在1 m左右。

多哈新港在石方开挖施工中，分表层土方开挖和深层石方开挖，表层土方开挖主要采用挖掘机进行开挖作业，-6 m以下区域为深层石方开挖，开挖设备采用目前世界上最先进的挖岩机（ Tesmec、Vermeer）和露天采矿机（Wirtgen）。根据实际工作情况，结合现有管理方法实践研究，对这类石方作业设备的性能和管理方法进行了分析和总结。

2 性能分析

2.1 Tesmec“噬齿式”挖岩机

“噬齿式”硬岩破碎开沟机拓展了可应用连续破碎工艺采集的岩石范围，使原本必须使用爆破的矿岩也可通过破碎机进行开采，甚至可以挖掘最难开采的整块硬岩。在较低磨损度和层状岩石的情况下，应用“噬齿式”硬岩破碎工艺的每m3或每t矿料的生产成本要低于使用钻机—爆破—初级破碎工艺的成本。

Tesmec“噬齿式”（Rock Hawg）采矿机[6]通过1套静液压系统进行动力传输，并通过终端的飞轮变速器驱动破碎机构执行作业动作。多哈新港采购2种型号的Tesmec“噬齿式”机型TRS1475型和TRS1150型用于现场石方开挖。

2.2 Wirtgen露天采矿机

多哈新港采用的露天采矿机Wirtgen 2500SM[7]能够精确进行挖岩作业，在一次作业中完成采掘、破碎和装运工作，省去了初级破碎环节；切削滚筒是采矿机的核心部件，配有特殊磨耗保护的刀具，进一步提高部件使用寿命。更换刀具的时间消耗是另一个重要的成本考虑因素，新型刀具紧固系统和特殊取刀工具，使刀具更换的时间减少超过50%。

2.3 Vermeer平地机

Vermeer T1655平地机性能优异，1台机器可以从事场地平整，矿物材料挖掘，受污染土壤的稳固，道路清除，岩石粉碎及混凝土粉碎等多项工作，是露天采矿，覆盖层清除，道路施工和改建以及土壤改良等艰苦工作任务的新型高产解决方案。

2.4 性能比较

在多哈新港现场使用的3种机型各有特点，如表1所示。

表1 3种设备的主要特点简介Table 1 The main characteristicsof thethree kindsof equipment

从表1中可看出，Tesmec偏重于对沟槽的挖掘，Wirtgen和Vermeer偏重于高强度的平地作业，结合现场施工的相关数据信息，重要的性能数据汇总如下，见表2。

表2 设备性能一览表Table2 Equipment performancelist

各设备的开挖宽度和深度在很大程度上决定了设备的产能，从官方数据可以看出，Vermeer的开挖宽度将近Wirtgen的2倍，Wirtgen的最大的开挖硬度可以达到80 MPa。

3 管理模式

3.1 统一管理和分包管理

现场的管理模式属于多重交叉管理，挖岩机由公司一进行管理，维修和保养的任务由TESMEC公司进行；Wirtgen由公司二进行管理和维修，厂家进行相关的培训指导；Vermeer由厂家进行全权的管理和维护。结合现场的测试数据，具体工效情况见表3。

从数据上来看，各设备平均效率相差并不大，但实际上，分包管理与自营管理各有特点，对项目的成本、采购、仓储等各方面均有不同影响，见表4。

表3 设备管理和维护情况Table 3 Management and maintenance status of the equipment

表4 设备管理方案对比Table 4 Comparison of equipment management plan

3.2 交叉管理

Tesmec设备在运行管理过程中，从公司一分包开始，可以分为几个阶段，第1个阶段是公司一进行操作手的管理和设备维修；第2个阶段是公司一进行操作手的管理，Tesmec维修团队进行设备维修；从公司一自身的管理来讲，又可以分为2个阶段，第1个阶段表现为公司一对操作手管理没采取激励机制，第2个阶段对操作手管理有激励机制，对这两种情况分别进行分析和研究。

3.2.1 运行、维修统一管理和分开管理的模式对比

选取总时间1个月，统计数据进行对比，如表5所示。

表5 操作手、维修一体管理与分开管理的对比Table 5 Comparison of theintegrated management and separate management for operator and repair

从表5的各项数据来看，操作手和维修统一管理与分开管理之间生产情况差距并不明显，各项数据也很相近。但现场反馈的实际信息是，由Tesmec团队单独维修设备，提高了设备的完好率和整体的运行时间。

3.2.2 采取激励措施前后各项数据的对比

推行奖励制度后，为了评估奖励制度的效果，对其前后一段时间的生产情况进行了统计，如表6所示。

表6 激励措施前后的各项数据Table 6 All the data before and after incentives

从表6来看，采取激励措施后效果比较明显。激励措施后，设备平均产能提高，但一味追求产能造成设备故障率加大，因此应对评价标准进行适当调整。

4 结语

机械设备的综合管理主要是对设备使用、操作人员、维修人员综合协调管理，结合各开挖设备性能及现场应用实践，进行不断改进。

4.1 加强对机械运行状况的综合管理

1）加强组织架构，有效协调各方关系。由于现场设备众多，各种设备的管理维修，现场的清土，设备的加油，石方的测量等各方面涉及到多方的利益和关系，因而尽早建立一个完整的组织架构，指定相关的负责人，建立起完善的组织关系，协调各方的利益和冲突，降低各种冲突对现场设备管理带来的弊端，使设备正常化运转。

2）场地的合理选择。场地标高越小，机械设备开挖的效率越高，同一标高，不同设备开挖的效率不同，场地的平整度对设备开挖影响也很大。因而在安排设备进场或者离场时，应综合考虑3个因素：场地大小、场地标高和场地平整度。3种设备对场地要求如表7所示。

表7 3种设备对场地的需求Table 7 Three kinds of equipment demand for site

3）调动设备管理、操作、维修人员的积极性。设备现场管理人员、操作人员与设备的产量有着十分密切的联系，需要进行相关的奖惩措施，加强对操作手和维修人员的管理。

4）设备之间的配合作业。在同一区域可能会出现有的位置土质比较疏松，有的位置却异常坚硬，需综合考虑挖岩机和炮锤之间的协调作业，在坚硬岩石时，挖岩机可以直接跳过该区域，由炮锤来完成作业。这样有3方面好处，一是能够加快挖岩机的行走速度，提高产量；二是能够减少挖岩机牙齿、挖链、发动机等各种易损件的磨损；三是炮锤可以参照挖岩机的开挖深度，来炮击石块，从而使场地的平整度提高。

4.2 加强对操作手、维修人员的管理

4.2.1 操作手的管理

对操作手整个团队的管理，应按照生产计划要求，给予明确的工作指标，并将指标量化。

在机械设备使用中贯彻定人、定机、定岗位责任的“三定”制度，把机械设备使用、维护、保养等各环节的要求落实到具体责任人身上。三定制度的主要内容包括坚持人机固定的原则、实行机长负责制和贯彻岗位责任制，落实相应的奖惩制度。

4.2.2 维修人员的管理

对于维修团队的管理，同样应该量化，以设备的故障率作为最重要的评价指标；设备的有效工作时间作为另一项重要标准，是对设备故障率的检验；与此同时，兼顾设备日常的保养和维护情况，日常养护是每天的必备项目，必须予以重视。将维修人员与操作手之间的配合作为另外一项侧面的评价指标，促进两个团队之间的相互配合。

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