范文勝

摘要：通過(guò)對(duì)大型土石方開挖工程中挖裝運(yùn)設(shè)備配置的優(yōu)化研究、實(shí)踐和應(yīng)用，總結(jié)了小灣孔雀溝砂石采場(chǎng)毛料開采、溪洛渡壩基及邊坡開挖等工程中，挖裝運(yùn)設(shè)備的配置及在實(shí)踐中不斷優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)，以期為今后大型土石方開挖設(shè)備的培植提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土石方開挖；挖裝運(yùn)設(shè)備；配置；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：F28 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000-8772（2013）12-0203-02

機(jī)械配置是施工組織設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，特別是對(duì)大型工程項(xiàng)目的施工尤為重要，合理的機(jī)械設(shè)備配置方案能保證工程按期完成，并且節(jié)約施工成本，從而給施工單位帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。所以對(duì)施工設(shè)備配置方案進(jìn)行優(yōu)化研究，不僅具有良好的理論意義，而且有一定的實(shí)際意義。

1設(shè)備配置的一般原則

工程施工機(jī)械種類、規(guī)格繁多，各種機(jī)械又有著自身獨(dú)特的技術(shù)性能和作業(yè)范圍。一種機(jī)械可能有多種用途，而某一施工內(nèi)容往往可以采用不同的機(jī)械去完成，或者需要若干機(jī)種聯(lián)合工作。為了獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，根據(jù)具體的施工條件，對(duì)施工機(jī)械進(jìn)行合理的選擇和組合，使其發(fā)揮盡可能大的效能，是機(jī)械化施工中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

工程量和施工進(jìn)度是合理選擇機(jī)械的重要依據(jù)。為了保證施工進(jìn)度，提高經(jīng)濟(jì)效益，工程量大時(shí)采用大型機(jī)械，而工程量小時(shí)則采用中小型機(jī)械。但影響機(jī)械施工的因素是多方面的，一般情況下可以遵循以下原則。

1.1施工機(jī)械與工程項(xiàng)目的具體情況相適應(yīng)

由于土石方工程施工面廣，施工條件復(fù)雜多變，一方面，選用的施工機(jī)械類型應(yīng)適應(yīng)具體工程項(xiàng)目的地形、地質(zhì)情況、氣候、施工場(chǎng)地大小、運(yùn)輸距離、施工斷面形狀尺寸、工程質(zhì)量等要求；另一方面，機(jī)械的容量要與工程進(jìn)度及工程量任務(wù)符合，盡量避免因機(jī)械工作能力不足或剩余，造成工期延緩或機(jī)械利用效率太低的現(xiàn)象，在條件允許的情況下，盡量選擇最能滿足施工內(nèi)容的機(jī)種和機(jī)型。

1.2選用的機(jī)型應(yīng)有較好的經(jīng)濟(jì)性

施工機(jī)械經(jīng)濟(jì)性選擇的基礎(chǔ)是施工單價(jià)，主要的機(jī)械固定資產(chǎn)消耗及運(yùn)行費(fèi)用等因素有關(guān)。采用大型機(jī)械進(jìn)行施工，雖然一次性投資大，但它可以分?jǐn)偟捷^大的工程量當(dāng)中，對(duì)工程成本影響較小。因此在選擇機(jī)械時(shí)，必須權(quán)衡工程量與機(jī)械費(fèi)用的關(guān)系，同時(shí)要考慮機(jī)械的先進(jìn)性和可靠性，這是影響經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。施工機(jī)械經(jīng)濟(jì)運(yùn)距與開挖運(yùn)輸機(jī)械的選擇見表1。

1.3應(yīng)能保證工程質(zhì)量要求和施工安全

根據(jù)工程項(xiàng)目的技術(shù)要求，選擇合適的施工機(jī)械是保證工程質(zhì)量的重要因素之一。對(duì)于技術(shù)要求高的項(xiàng)目，應(yīng)考慮采用性能優(yōu)良的機(jī)械和專用機(jī)械，以保證工程質(zhì)量和較高的生產(chǎn)率。但應(yīng)注意不可片面追求高性能專用機(jī)械，應(yīng)在滿足工程質(zhì)量要求的前提下，與機(jī)械的通用性相結(jié)合。同時(shí)，機(jī)械應(yīng)具有可靠的安全性能，如行駛穩(wěn)定，有翻車或落體保護(hù)裝置，危險(xiǎn)施工項(xiàng)目可遙控作業(yè)等。此外，在保證施工人員、設(shè)備安全的同時(shí)，應(yīng)注意保護(hù)自然環(huán)境。施工現(xiàn)場(chǎng)及其附近已有的其他建筑設(shè)施，不應(yīng)因采用的機(jī)械不當(dāng)而受到破壞和質(zhì)量降低。

1.4機(jī)械的合理組合

合理地進(jìn)行機(jī)械組合是發(fā)揮機(jī)械設(shè)備效率、形成機(jī)械化施工方案的重要因素，也是機(jī)械化施工的一個(gè)基本要求，它包括技術(shù)性能、機(jī)械類型及數(shù)量?jī)蓚€(gè)方面的配置。

施工機(jī)械類型及數(shù)量宜少不宜多，根據(jù)土石方施工項(xiàng)目的作業(yè)內(nèi)容，盡可能選用大工作容量、高作業(yè)效率的相同類型的施工設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，組合的施工機(jī)械臺(tái)數(shù)適當(dāng)減少有利于提高協(xié)同作業(yè)的效率。施工機(jī)械品種規(guī)格單一時(shí)，便于施工過(guò)程中的調(diào)度、管理和維護(hù)。

2施工機(jī)械的配置方法

2.1通過(guò)分析施工過(guò)程，合理選配施工機(jī)械。合理選配施工機(jī)械的主要依據(jù)是建設(shè)項(xiàng)目的工程量和施工進(jìn)度。一般情況下，為了保證工程的施工質(zhì)量、施工進(jìn)度，提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，施工項(xiàng)目工程量大時(shí)應(yīng)采用大型機(jī)械和先進(jìn)設(shè)備，而工程量小時(shí)則應(yīng)采用中小型施工機(jī)械，但這不是絕對(duì)的。

2.2擬訂合理施工方案，正確選配施工機(jī)械。土石方工程施工，一般有多種施工方案可供選擇。制定先進(jìn)、合理施工方案的依據(jù)首先是工程性質(zhì)、工程量、工程進(jìn)度、施工條件，同時(shí)還要考慮盡可能多地使用現(xiàn)有設(shè)備，挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力，以免一次性機(jī)械設(shè)備費(fèi)用投入做大（購(gòu)買新的施工機(jī)械或租賃施工機(jī)械）。施工方案一旦確定，應(yīng)首先選用基本工作的主要設(shè)備，即按照施工條件、工程進(jìn)度和工作面的參數(shù)選擇主要機(jī)械，然后根據(jù)主要機(jī)械的生產(chǎn)能力和性能選用配套機(jī)械。選擇施工機(jī)械時(shí).可參考類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)機(jī)械手冊(cè)。

3施工機(jī)械配置過(guò)程

在進(jìn)行機(jī)械配置時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工環(huán)境及要求，結(jié)合工程量、工期等求出輔助機(jī)械及臺(tái)數(shù)，如產(chǎn)生多種方案，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，求出最佳方案。其基本過(guò)程為：開始-施工條件-可選機(jī)型-經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)-確定機(jī)型-確定主導(dǎo)機(jī)械及數(shù)量-確定輔助機(jī)械數(shù)量-多方案經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)-確定最優(yōu)配置方案-結(jié)束。

4施工機(jī)械的配置算法

各作業(yè)面上施工機(jī)械型號(hào)的確定主要取決于具體工程的要求，所用施工機(jī)械的數(shù)量基本受兩個(gè)因素的制約：一是工期或臺(tái)班內(nèi)每臺(tái)施工機(jī)械的作業(yè)量。故工作面的計(jì)劃時(shí)段內(nèi)所有機(jī)械的數(shù)量N為

N=Q/（WPK）

式中：O——計(jì)劃時(shí)段內(nèi)的工程量；

W-——計(jì)劃時(shí)段內(nèi)的制度臺(tái)班數(shù)；

P——每臺(tái)施工機(jī)械的臺(tái)班生產(chǎn)率；

K-——機(jī)械的臺(tái)班利用率

實(shí)際應(yīng)用中，各作業(yè)面施工設(shè)備的數(shù)量是通過(guò)傳遞的作業(yè)量求得。一般是后續(xù)機(jī)械的生產(chǎn)能力略大于主導(dǎo)機(jī)械的生產(chǎn)能力，這樣可以充分發(fā)揮主導(dǎo)機(jī)械（即臺(tái)班費(fèi)高的機(jī)械）的生產(chǎn)潛力。依據(jù)設(shè)備配置的基本原則、基本公式和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由主導(dǎo)施工機(jī)械的生產(chǎn)能力，進(jìn)而得出工作面上所有施工機(jī)械的數(shù)量和其他基礎(chǔ)參數(shù)。下面以挖掘機(jī)、運(yùn)輸汽車為例說(shuō)明施工機(jī)械的合理選擇與配置。

4.1挖掘機(jī)的合理選擇

挖掘機(jī)是土石方工程的一種主要施工機(jī)械。其特點(diǎn)是挖土石效率高、產(chǎn)量大，但它的機(jī)動(dòng)性較差。挖掘機(jī)作業(yè)必須與自卸汽車配套使用，因此挖掘機(jī)適用于施工工期比較長(zhǎng)、工程量比較大的公路工程。挖掘機(jī)性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)類型的選擇直接影響施工進(jìn)度、成本和效益。挖掘機(jī)的基本選擇原則：挖掘機(jī)的斗容和數(shù)量與工程量和工程進(jìn)度相適應(yīng)；整機(jī)應(yīng)有較高的可靠性、舒適性及性價(jià)比。挖掘機(jī)斗容的選擇首先取決于工程量大小和工程進(jìn)度要求。對(duì)于不同的工程量，選擇合理的斗容量可大大降低施工成本。

4.2自卸汽車在質(zhì)量與數(shù)量上的確定

自卸汽車與挖掘機(jī)配置的合理性是決定其生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的基本因素。自卸汽車的載質(zhì)量和數(shù)量應(yīng)符合挖掘機(jī)生產(chǎn)率和工程運(yùn)距的要求。

載質(zhì)量的大小不僅影響運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)率。而且影響施工成本。斗容量一定時(shí)。一個(gè)最佳在質(zhì)量值，與其對(duì)應(yīng)的單位作業(yè)成本最低。斗容量越大，單位成本最小值對(duì)應(yīng)的載質(zhì)量隨之增加。運(yùn)距和斗容越大，單位成本最小值對(duì)應(yīng)的載質(zhì)量隨之增加。當(dāng)運(yùn)距和斗容量確定時(shí)，自卸汽車的載質(zhì)量可參考表3選取。有關(guān)試驗(yàn)研究表明，挖掘機(jī)斗容量與載質(zhì)量合理配置的基本要求是：斗容量1.00-1.25M3的挖掘機(jī)配置15-25T的自卸汽車。

自卸汽車的數(shù)量取決于運(yùn)距和平均速度，確定的基本原則為：既能保持挖掘機(jī)工作的生產(chǎn)率要求，又不會(huì)經(jīng)常產(chǎn)生裝車等待現(xiàn)象。自卸汽車數(shù)量nz為

Nz=Tq/Tz+1

式中：Tq——自卸汽車平均運(yùn)輸周期

Tz——平均裝載時(shí)間。

在實(shí)際作業(yè)中，平均運(yùn)輸周期和平均裝載時(shí)間均為隨機(jī)變量，需確定其概率分布才能加以精確描述。平均運(yùn)輸周期主要取決于平均行駛速度和運(yùn)距，其中道路交通條件是關(guān)鍵因素。此外，運(yùn)輸周期還受裝載和卸載工作面及工作場(chǎng)地的影響。為使挖掘機(jī)和自卸汽車具有較高的生產(chǎn)效率，除了合理確定其基本參數(shù)外，還應(yīng)保證自卸汽車與挖掘機(jī)、卸土點(diǎn)之間具有最佳路線。對(duì)于大型工程，道路上的車輛密度應(yīng)有所控制，以提高平均運(yùn)輸速度。

本文依據(jù)機(jī)械設(shè)備基本配置原則，根據(jù)施工任務(wù)的具體要求、施工工藝及現(xiàn)場(chǎng)條件，選取合適的機(jī)械設(shè)備類型和數(shù)量，使之配套，從而達(dá)到機(jī)械設(shè)備的合理、優(yōu)化配置的目的。

對(duì)土石方工程機(jī)械進(jìn)行合理選配，并進(jìn)行嚴(yán)格和細(xì)致的管理，使其發(fā)揮最大效能是土石方工程采用機(jī)械化施工時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。施工機(jī)械的合理選配，不僅能大大降低施工成本，而且能加快施工進(jìn)度，保證工程施工質(zhì)量，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。