浅谈土方工程中挖土机械的特性及机械选型

霍苏薄

土方开挖的开挖方式包括自上而下开挖、上下结合开挖、先岸坡后河槽开挖和分期分段开挖等。水利水电工程建设中，土方开挖的方法主要有机械开挖、人工开挖等。下面就机械开挖土方中的挖土机械特性及选型进行一下阐述

（一）挖土机械特性

机械开挖的主要挖土机械有挖掘机、装载机和铲运机等。

1、挖掘机用斗状工作装置挖取土壤或其他物料，剥离土层，是土石方工程开挖的主要施工机械设备。挖掘机分为正铲、反铲、索铲和抓斗，斗容量有0.5m3、0.6m3、1.0m3、1.6m3、2.5m3等多种。

（1）正铲挖掘机，具有强力推力装置，能挖各种坚实土和破碎后的岩石，适用于开挖停机面以上的土石方，挖掘停机面以下不深的土方。正铲与运输工具配合时，其开挖工作面的布置有侧向挖掘与正向挖掘两种方式。正向挖掘布置方式适用于挖方高度较大的情况，运输工具停在正铲后侧的同一平面高程上，运输工具要倒车进入指定的装车地点，从而使装车的转角增大，影响正铲挖掘机的效率。

（2）反铲挖掘机主要用于开挖停机面以下的沟槽，其基本作业方式有沟端挖掘、沟侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等；亦适用于水下开挖。反铲挖掘机每一作业循环包括挖掘、回转、卸料和返回等四个过程。

（3）拉铲挖掘机，主要用于开挖停机面以下的土料，适用于坑槽挖掘，也可水下掏掘土石料。拉铲挖掘机可根据挖方宽度的大小分为正向开行与侧向开行两种开挖方式。当挖方宽度较小时，挖掘机可沿挖方轴线移动进行挖掘，并将土卸在挖方体两侧，这种开挖方式称为正向开行。当挖方宽度较大，可采用侧向开行法进行挖掘，此时挖掘机分别沿挖方两侧开行，并将挖出的土直接卸在堆放的地方，不再转运。拉铲挖掘机每一个作业循环包括就位、抛铲、拉铲、回转、卸料。

（4）抓铲挖掘机，用钢绳牵拉，灵活性较差，工效不高，不能挖掘坚硬土；可以装在简易机械上工作，使用方便。可进行水下泥沙开挖。

抓斗挖掘机作业特点为：开挖直井或沉井土方；可装车或甩上；排水不良也能开挖；吊杆倾斜角度应在45°以上，距边坡应不小于2m。

2、装载机是应用较广泛的土石方施工机械，与挖掘机比较，它不仅能进行挖装作业，而且能进行集渣、装载、推运、平整、起重及牵引等工作，生产率较高，购置费用低。装载机不仅适用于停机面以下沟槽开挖，亦可进行停机面以上开挖。

3、推土机。推土机是工地上用得最多的一种机械。它能平整场地、边坡与道路，开挖基坑、骨料与浅沟渠，回填沟槽，以及推树拔根等。

推土机用于开挖与推运土料时，其运距以不超过60m为宜。

4、铲运机。铲运机是集开挖、运输和铺填三项工序于一身的设备，其施工简单、管理方便、费用低，适用于开挖有黏性的土壤。铲运机有拖式和自行式两类。它是一种铲土、运土、铺土和压实的综合机械，可用于铲除腐殖土，开采土料，修筑渠道与路基，以及软基的开挖等。

铲运机适用于挖方深度和填方高度均不大，开挖Ⅰ～Ⅱ级土（Ⅲ、IV级土需翻松），运距不远（600～1500m）的情况。

铲运机是一种循环作业机械，由铲土、运土、卸土、回驶四个过程组成。它的开行方式有环形和“8”字形两种。当挖填方靠近（如修渠道和路基等），且挖填方高差在1.5m以内时，常用环形开行，高差超过1.5m时，可采用“8”字形开行。

（二）

1、机械设备配套原则

选择挖土和运输机械时，应考虑工程量的大小，此外，在选择土方开挖运输机械时，应尽可能选用容量大、数量少、型号规格单一的机械，便于管理和修配。

2、机械配备方法

土方挖掘机械一般采用挖掘机，运输机械分为循环运输机械和连续运输机械，其中循环运输机械主要有有规机车和自卸汽车；连续运输机械主要有带式运输机。

另外还包括挖、装、运组合机械，主要有推土机、铲运机、装载机。

在水利水电工程施工中常用的土方施工机械组合为：挖掘机挖土、自卸汽车运输。下面以此为例简述土方机械配置方法：

第一步选择技术上适应的机械，根据需开挖土石方的分类选择适应的挖土机械。一般来说挖掘机适应土石方开挖及回填的使用。

第二步是按经验及技术方案选择运土机械，运土机械的选择原则为：运土机械满载重量等于挖土机械2-5斗的容量为宜。自卸汽车为是最为常见的长距离运输机械，一般运距在2公里以上选择自卸汽车为宜。（注：运输机械对运输道路亦有一定的要求）

例如：挖掘机斗容量分为：0.6m3、1.0m3、1.6m3、2.0m3、2.5m3、3.0m3等；自卸汽车按载重量分为：5.0t、8.0t、10t、15t、20t、25t等；将自卸汽車按照土石方分类的自然容重折算成斗容量（按壤土容重1.8t/m3计算）为：2.78m3、4.44m3、5.56m3、8.33m3、11.11m3、13.89m3等；按2-5斗容量进行技术搭配如下：0.6m3挖掘机搭配5.0t自卸汽车；1.0m3挖掘机搭配5t、8t自卸汽车；1.6m3挖掘机搭配8t、10t自卸汽车；2.0m3挖掘机搭配10t、15t自卸汽车；2.5m3挖掘机搭配20t自卸汽车；3m3挖掘机搭配25t自卸汽车；

第三步选择经济上适用的机械组合，计算机械的经济指标：上述每种机械均可以计算其生产率（m3/台时）和台时费（元/台时），机械经济指标=台时费/生产率=（元/m3）。机械经济指标实际上反映每挖掘或运输一立方的土所需的费用。

根据经济指标和技术方案的适宜性选择合适组合机械。

第四步按照工程量及工期计算工作强度，其公式为：工作强度=计算系数*（总工程量/总工期），计算系数一般按1.5计，可根据实际情况进行调整。

第五步根据第四步计算的工作强度及第三步确定的机械组合计算配备挖土机械和运输机械的数量。一般在开挖、运输施工工艺中以开挖机械为主导机械，采用工作强度除以机械生产率计算主导开挖机械的数量。确定主导机械的数量后，以主导机械的生产率与运输机械生产率比值乘以一个扩大系数（一般扩大系数为1.2）计算运输机械的数量。

说明：上述方法仅适用的开挖、运输施工工序；而开挖、运输、回填施工工艺应考虑碾压机械技术指标和经济指标，同时主导机械为碾压机械。