小型隧道施工中扒渣机的选型及优势分析

汤维　张振亚

摘 要：介绍了隧道扒渣机的基本结构原理，分析了隧道扒渣机的主要用途。得出了针对不同隧道情况下扒渣机的类型选择。通过西气东输三线东段隧道工程项目福建省龙岩市白石岭隧道为例，详述了小型隧道扒渣机的选型原则、多用途及其优势，其详细数据记录得出了施工过程的均开挖方量费用。通过与装载机的开挖数据对比，得出了扒渣机在小型隧道中的快速、高效挖掘提供了重要的参考价值。

关键词：扒渣机；小型隧道；高效；优势

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.096

1 引言

本文所述的小型隧道主要是指其狭小面积（3.2m*4m左右）的隧道，主要包括：燃油管道、燃气管道、导流洞、小型沟渠以及单行线的公路和铁路隧道。在中大型的隧道工程一般采用挖掘机和装载机进行扒渣和出渣，具有相当高的施工效率。而此类小型隧道工程规模较小，投资少，加上隧道的挖掘具有高危性，为了在施工过程中保证其安全和高效地施工，应该找到一种能适应小型隧道狭小作业空间的出渣设备，所以扒渣机的出现正好可以解决这些要求，出渣时无需像挖掘机和装载机一样进行回转上车，直接将渣土传送到运渣车上，极大地提高了隧道挖掘的效率，节约挖掘成本。

2 扒渣机的基本结构和工作原理

扒渣机是一种具有扒渣功能和运输功能特点的现代化设备，由于其安全环保、能耗小、可靠性高的优点，逐渐成为各类矿山和隧道挖掘工程中必不可少的设备工具。目前扒渣机的分类按照行走方式可以分为：轮胎式和履带式（如图1，图2）；按照动力源可以分为：电动液压控制和柴油动力控制；如果是按照理论出渣率划分，有50A、60A等依次类推的不同类型，也就是每小时机械能够除的渣量；以及各类型分类方法。

扒渣机的主要部件是由：行走机构、机械手、传送机构和各控制机构组成，采集和输送功能合二为一。能够实现：自由行车、挖掘采集、输送、装车、清理五种功能。其中自由行走的原理是：通过输液马达（或柴油机），减速器，传动轴，再到加速机驱动车轮，可以实现设备的：前进、后退和停车三种功能；挖掘采集原理是：由四支液压泵的相互伸缩配合，实现机械手的挖掘、伸臂、装料、卸载功能，大臂可以上升、下降、左右回转；输送功能由一台电动滚筒和传送带构成的机构组成，将渣土从挖斗传送至机车后面；装车功能由两支液压油缸顶升输送架达到装车卸料高度，通过液压锁锁定油缸作为支点进行装车和卸料作业，具有过程平稳可靠的特点。

扒渣机在隧道开挖中的作业原理是，首先把炸药放入炮眼将岩石炸松，然后把扒渣机前行进至开挖工作面，运渣车倒停在扒渣机后面，用挖斗将土壤和碎石挖至铲斗中，然后通过传送带装置将渣土输送到运渣车里面，装满后另一辆运渣车交替工作，可以实现持续连续作业，清空完挖掘面时可以直接后退，然后进行混凝土的衬砌工作。整个操作过程中只需一人即可进行熟练操作。

3 扒渣机的主要用途

扒渣机适用于隧洞挖掘装运，矿山工程，水利工程等工程的施工机械及中小断面引水洞，矿山出渣（矿）机械，本文结合实际项目西气东输三线东段隧道工程项目福建省龙岩市白石岭隧道为例，讨论其在小型隧道施工中的主要用途。

3.1 取渣

白石岭隧道为西三线管道专用隧道，隧道水平长度为1257.5m，实长为1270.7m。纵向坡度采用“一”字坡设计，坡度为14.5%（约8.25?）。隧道洞身净断面尺寸为宽3.2m×高4.0m。计划工期是7个月，日掘进量必须达到6m/天。由于隧道作业面积较小，提供不了大型机械回转空间，不适于挖掘机进入作业，人工取渣效率太慢，每天掘进速度为2m左右。采用扒渣机操作只需一人，可以将被炸药松动的土壤和岩石装车或是对硬度不高的岩层进行直接挖掘，然后通过传送带机构直接输送至运渣车上面。根据其实用结构可知，扒渣机的挖斗不用进行回转运送，提高效率，出渣量非常大，能满足预定工期要求。

3.2 送料

小型隧道的挖掘和隧道衬砌几乎是同时进行交替进行的。在搭建隧道混凝土模板时，扒渣机可以充当挖掘机的角色，利用抓斗配合搭建模板。也可以在浇灌水泥时将混凝土送入隧道顶部的拱边框内。以及纵深较长的小型隧道必须每隔一定的距离（如100m）修建回车道，供运渣车倒车和各材料的存放。一般来说，扒渣机可以完全实现这一开挖功能。

4 小型隧道中扒渣机的选型

依据扒渣机的主要不同类型，在动力源方面选择上，考虑到在纵深较长时隧道中的空气流通问题，选型时应该选用以电动液压控制为提供动力的扒渣机，这样可以避免空气中出现因燃烧柴油时产生的硫化物尾气，保持隧道里面空气的新鲜，减少有毒气体对施工操作人员的危害。当隧道纵深较短或者有良好的通风设备时则可采用柴油动力型挖掘机，操作方便灵活，能够更好地自由控制。

在行走方面的选择上，可以依靠隧道的计划坡度而相应采取不同型号的扒渣机。轮胎式扒渣机具有操作容易，机车活动便捷的特点，但是其防滑能力和固定能力不太强，并且在随到了里面的作业环境往往比较潮湿或有明水流出，出于安全考虑故在隧道坡度小于等于10度的工作条件下适宜采用轮胎式挖掘机作业。履带式扒渣机在迅速移动能力方面比较弱，但是其履带和地面的接触面积大，质量重以及履带的锯齿形状使得它与地面的摩擦力非常大，抓地能力极强，故而在隧道坡度大于10度时应该选用履带式扒渣机。

根据隧道的截面大小，在选型时可以适当地选择扒渣机的外型，考虑到一线作业人员的完全性，比较理想的是扒渣机的外型大小不超过隧道的四分之三，这样尽可能地减小了在施工过程中因设备的运转而引起安全事故。

5 工程实例分析

小型隧道工程中其作业空间有限，不能提供像挖掘机一样的大型或小型设备的回转作业空间，所以在隧道挖掘中采用扒渣机作业工作效率非常高，正常情况下每小时可以出料30-50立方，代替人工30名左右的工作量，能极大地缩短工期，使项目实现提前验收。如若扒渣机采用柴油机动力装置及工作装置，独立运转带来移动作业能力，适应能力强。一下数据为西三线三分部采用小型扒渣机设备开挖采集数据：

同样，在施工过程中，采用了装载机进行开挖出料，并对其各项指标进行记录，起数据如表格（4-6）：

通过两种数据对比得知，采用小型扒渣机开挖成本费用相对于采用小型装载机费用低很多。相对于采用小型挖掘机和装载机施工来说，扒渣机的优势相当明显，首先渣土的装车是自动传送，实现连续出渣；其次挖斗不用进行180度的大回转，人性化施工，对操作人员的要求较低，也能使操作人员更加轻松地工作；再次扒渣机的多用途功能可以为各个项目节约成本，实现了一机多用、一人多用的高效、节约、可靠的目的。

目前小型隧道中使用扒渣机作业已经开始慢慢普及开来，在此基础上扒渣机也逐步得到了改进和优化，型号也越来越多，能适应不同施工环境和不同作业空间。也希望扒渣机的方便可靠能得到越来越大的认同，使得各类小型施工项目节约成本，将经济效益最大化。

参考文献：

[1]刘雪林.全液压折臂式铁水扒渣机[J].重型机械，1988.

[2]邓建顺.浅议扒渣机在小型水利工程施工中的应用[J].广西水利水电，2008.

[3]芮执元.扒渣机械手的机构创新及其运动仿真分析[J].兰州理工大学学报，2006.

作者简介：汤维（1988-），男，湖南益阳人，本科，助理工程师，项目设备部长，研究方向：工程设备管理。