湯維　張振亞

摘 要：介紹了隧道扒渣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)原理，分析了隧道扒渣機(jī)的主要用途。得出了針對(duì)不同隧道情況下扒渣機(jī)的類型選擇。通過西氣東輸三線東段隧道工程項(xiàng)目福建省龍巖市白石嶺隧道為例，詳述了小型隧道扒渣機(jī)的選型原則、多用途及其優(yōu)勢(shì)，其詳細(xì)數(shù)據(jù)記錄得出了施工過程的均開挖方量費(fèi)用。通過與裝載機(jī)的開挖數(shù)據(jù)對(duì)比，得出了扒渣機(jī)在小型隧道中的快速、高效挖掘提供了重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：扒渣機(jī)；小型隧道；高效；優(yōu)勢(shì)

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狹小面積（3.2m*4m左右）的隧道，主要包括：燃油管道、燃?xì)夤艿?、?dǎo)流洞、小型溝渠以及單行線的公路和鐵路隧道。在中大型的隧道工程一般采用挖掘機(jī)和裝載機(jī)進(jìn)行扒渣和出渣，具有相當(dāng)高的施工效率。而此類小型隧道工程規(guī)模較小，投資少，加上隧道的挖掘具有高危性，為了在施工過程中保證其安全和高效地施工，應(yīng)該找到一種能適應(yīng)小型隧道狹小作業(yè)空間的出渣設(shè)備，所以扒渣機(jī)的出現(xiàn)正好可以解決這些要求，出渣時(shí)無(wú)需像挖掘機(jī)和裝載機(jī)一樣進(jìn)行回轉(zhuǎn)上車，直接將渣土傳送到運(yùn)渣車上，極大地提高了隧道挖掘的效率，節(jié)約挖掘成本。

2 扒渣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

扒渣機(jī)是一種具有扒渣功能和運(yùn)輸功能特點(diǎn)的現(xiàn)代化設(shè)備，由于其安全環(huán)保、能耗小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為各類礦山和隧道挖掘工程中必不可少的設(shè)備工具。目前扒渣機(jī)的分類按照行走方式可以分為：輪胎式和履帶式（如圖1，圖2）；按照動(dòng)力源可以分為：電動(dòng)液壓控制和柴油動(dòng)力控制；如果是按照理論出渣率劃分，有50A、60A等依次類推的不同類型，也就是每小時(shí)機(jī)械能夠除的渣量；以及各類型分類方法。

扒渣機(jī)的主要部件是由：行走機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、傳送機(jī)構(gòu)和各控制機(jī)構(gòu)組成，采集和輸送功能合二為一。能夠?qū)崿F(xiàn)：自由行車、挖掘采集、輸送、裝車、清理五種功能。其中自由行走的原理是：通過輸液馬達(dá)（或柴油機(jī)），減速器，傳動(dòng)軸，再到加速機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的：前進(jìn)、后退和停車三種功能；挖掘采集原理是：由四支液壓泵的相互伸縮配合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的挖掘、伸臂、裝料、卸載功能，大臂可以上升、下降、左右回轉(zhuǎn)；輸送功能由一臺(tái)電動(dòng)滾筒和傳送帶構(gòu)成的機(jī)構(gòu)組成，將渣土從挖斗傳送至機(jī)車后面；裝車功能由兩支液壓油缸頂升輸送架達(dá)到裝車卸料高度，通過液壓鎖鎖定油缸作為支點(diǎn)進(jìn)行裝車和卸料作業(yè)，具有過程平穩(wěn)可靠的特點(diǎn)。

扒渣機(jī)在隧道開挖中的作業(yè)原理是，首先把炸藥放入炮眼將巖石炸松，然后把扒渣機(jī)前行進(jìn)至開挖工作面，運(yùn)渣車倒停在扒渣機(jī)后面，用挖斗將土壤和碎石挖至鏟斗中，然后通過傳送帶裝置將渣土輸送到運(yùn)渣車?yán)锩?，裝滿后另一輛運(yùn)渣車交替工作，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)連續(xù)作業(yè)，清空完挖掘面時(shí)可以直接后退，然后進(jìn)行混凝土的襯砌工作。整個(gè)操作過程中只需一人即可進(jìn)行熟練操作。

3 扒渣機(jī)的主要用途

扒渣機(jī)適用于隧洞挖掘裝運(yùn)，礦山工程，水利工程等工程的施工機(jī)械及中小斷面引水洞，礦山出渣（礦）機(jī)械，本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目西氣東輸三線東段隧道工程項(xiàng)目福建省龍巖市白石嶺隧道為例，討論其在小型隧道施工中的主要用途。

3.1 取渣

白石嶺隧道為西三線管道專用隧道，隧道水平長(zhǎng)度為1257.5m，實(shí)長(zhǎng)為1270.7m?？v向坡度采用“一”字坡設(shè)計(jì)，坡度為14.5%（約8.25?）。隧道洞身凈斷面尺寸為寬3.2m×高4.0m。計(jì)劃工期是7個(gè)月，日掘進(jìn)量必須達(dá)到6m/天。由于隧道作業(yè)面積較小，提供不了大型機(jī)械回轉(zhuǎn)空間，不適于挖掘機(jī)進(jìn)入作業(yè)，人工取渣效率太慢，每天掘進(jìn)速度為2m左右。采用扒渣機(jī)操作只需一人，可以將被炸藥松動(dòng)的土壤和巖石裝車或是對(duì)硬度不高的巖層進(jìn)行直接挖掘，然后通過傳送帶機(jī)構(gòu)直接輸送至運(yùn)渣車上面。根據(jù)其實(shí)用結(jié)構(gòu)可知，扒渣機(jī)的挖斗不用進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)送，提高效率，出渣量非常大，能滿足預(yù)定工期要求。

3.2 送料

小型隧道的挖掘和隧道襯砌幾乎是同時(shí)進(jìn)行交替進(jìn)行的。在搭建隧道混凝土模板時(shí)，扒渣機(jī)可以充當(dāng)挖掘機(jī)的角色，利用抓斗配合搭建模板。也可以在澆灌水泥時(shí)將混凝土送入隧道頂部的拱邊框內(nèi)。以及縱深較長(zhǎng)的小型隧道必須每隔一定的距離（如100m）修建回車道，供運(yùn)渣車倒車和各材料的存放。一般來(lái)說，扒渣機(jī)可以完全實(shí)現(xiàn)這一開挖功能。

4 小型隧道中扒渣機(jī)的選型

依據(jù)扒渣機(jī)的主要不同類型，在動(dòng)力源方面選擇上，考慮到在縱深較長(zhǎng)時(shí)隧道中的空氣流通問題，選型時(shí)應(yīng)該選用以電動(dòng)液壓控制為提供動(dòng)力的扒渣機(jī)，這樣可以避免空氣中出現(xiàn)因燃燒柴油時(shí)產(chǎn)生的硫化物尾氣，保持隧道里面空氣的新鮮，減少有毒氣體對(duì)施工操作人員的危害。當(dāng)隧道縱深較短或者有良好的通風(fēng)設(shè)備時(shí)則可采用柴油動(dòng)力型挖掘機(jī)，操作方便靈活，能夠更好地自由控制。

在行走方面的選擇上，可以依靠隧道的計(jì)劃坡度而相應(yīng)采取不同型號(hào)的扒渣機(jī)。輪胎式扒渣機(jī)具有操作容易，機(jī)車活動(dòng)便捷的特點(diǎn)，但是其防滑能力和固定能力不太強(qiáng)，并且在隨到了里面的作業(yè)環(huán)境往往比較潮濕或有明水流出，出于安全考慮故在隧道坡度小于等于10度的工作條件下適宜采用輪胎式挖掘機(jī)作業(yè)。履帶式扒渣機(jī)在迅速移動(dòng)能力方面比較弱，但是其履帶和地面的接觸面積大，質(zhì)量重以及履帶的鋸齒形狀使得它與地面的摩擦力非常大，抓地能力極強(qiáng)，故而在隧道坡度大于10度時(shí)應(yīng)該選用履帶式扒渣機(jī)。

根據(jù)隧道的截面大小，在選型時(shí)可以適當(dāng)?shù)剡x擇扒渣機(jī)的外型，考慮到一線作業(yè)人員的完全性，比較理想的是扒渣機(jī)的外型大小不超過隧道的四分之三，這樣盡可能地減小了在施工過程中因設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)而引起安全事故。

5 工程實(shí)例分析

小型隧道工程中其作業(yè)空間有限，不能提供像挖掘機(jī)一樣的大型或小型設(shè)備的回轉(zhuǎn)作業(yè)空間，所以在隧道挖掘中采用扒渣機(jī)作業(yè)工作效率非常高，正常情況下每小時(shí)可以出料30-50立方，代替人工30名左右的工作量，能極大地縮短工期，使項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)提前驗(yàn)收。如若扒渣機(jī)采用柴油機(jī)動(dòng)力裝置及工作裝置，獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)移動(dòng)作業(yè)能力，適應(yīng)能力強(qiáng)。一下數(shù)據(jù)為西三線三分部采用小型扒渣機(jī)設(shè)備開挖采集數(shù)據(jù)：

同樣，在施工過程中，采用了裝載機(jī)進(jìn)行開挖出料，并對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行記錄，起數(shù)據(jù)如表格（4-6）：

通過兩種數(shù)據(jù)對(duì)比得知，采用小型扒渣機(jī)開挖成本費(fèi)用相對(duì)于采用小型裝載機(jī)費(fèi)用低很多。相對(duì)于采用小型挖掘機(jī)和裝載機(jī)施工來(lái)說，扒渣機(jī)的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯，首先渣土的裝車是自動(dòng)傳送，實(shí)現(xiàn)連續(xù)出渣；其次挖斗不用進(jìn)行180度的大回轉(zhuǎn)，人性化施工，對(duì)操作人員的要求較低，也能使操作人員更加輕松地工作；再次扒渣機(jī)的多用途功能可以為各個(gè)項(xiàng)目節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用、一人多用的高效、節(jié)約、可靠的目的。

目前小型隧道中使用扒渣機(jī)作業(yè)已經(jīng)開始慢慢普及開來(lái)，在此基礎(chǔ)上扒渣機(jī)也逐步得到了改進(jìn)和優(yōu)化，型號(hào)也越來(lái)越多，能適應(yīng)不同施工環(huán)境和不同作業(yè)空間。也希望扒渣機(jī)的方便可靠能得到越來(lái)越大的認(rèn)同，使得各類小型施工項(xiàng)目節(jié)約成本，將經(jīng)濟(jì)效益最大化。

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作者簡(jiǎn)介：湯維（1988-），男，湖南益陽(yáng)人，本科，助理工程師，項(xiàng)目設(shè)備部長(zhǎng)，研究方向：工程設(shè)備管理。