摘要：通過對大型土石方開挖工程中挖裝運設(shè)備配置的優(yōu)化研究、實踐和應(yīng)用，總結(jié)了小灣孔雀溝砂石采場毛料開采、溪洛渡壩基及邊坡開挖等工程中，挖裝運設(shè)備的配置及在實踐中不斷優(yōu)化的經(jīng)驗，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；挖裝運設(shè)備；配置；優(yōu)化 

　　機械配置是施工組織設(shè)計的一項重要內(nèi)容，特別是對大型工程項目的施工尤為重要，合理的機械設(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良好的經(jīng)濟效益。所以對施工設(shè)備配置方案進行優(yōu)化研究，不僅具有良好的理論意義，而且有一定的實際意義。 

　　1設(shè)備配置的一般原則 

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

　　工程量和施工進度是合理選擇機械的重要依據(jù)。為了保證施工進度，提高經(jīng)濟效益，工程量大時采用大型機械，而工程量小時則采用中小型機械。但影響機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施工機械與工程項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，選用的施工機械類型應(yīng)適應(yīng)具體工程項目的地形、地質(zhì)情況、氣候、施工場地大小、運輸距離、施工斷面形狀尺寸、工程質(zhì)量等要求；另一方面，機械的容量要與工程進度及工程量任務(wù)符合，盡量避免因機械工作能力不足或剩余，造成工期延緩或機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)容的機種和機型。 

　　1.2選用的機型應(yīng)有較好的經(jīng)濟性 

　　施工機械經(jīng)濟性選擇的基礎(chǔ)是施工單價，主要的機械固定資產(chǎn)消耗及運行費用等因素有關(guān)。采用大型機械進行施工，雖然一次性投資大，但它可以分攤到較大的工程量當(dāng)中，對工程成本影響較小。因此在選擇機械時，必須權(quán)衡工程量與機械費用的關(guān)系，同時要考慮機械的先進性和可靠性，這是影響經(jīng)濟效益的重要因素。施工機械經(jīng)濟運距與開挖運輸機械的選擇見表1。 

　　1.3應(yīng)能保證工程質(zhì)量要求和施工安全 

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

　　1.4機械的合理組合 

　　合理地進行機械組合是發(fā)揮機械設(shè)備效率、形成機械化施工方案的重要因素，也是機械化施工的一個基本要求，它包括技術(shù)性能、機械類型及數(shù)量兩個方面的配置。 

　　施工機械類型及數(shù)量宜少不宜多，根據(jù)土石方施工項目的作業(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。一般來說，組合的施工機械臺數(shù)適當(dāng)減少有利于提高協(xié)同作業(yè)的效率。施工機械品種規(guī)格單一時，便于施工過程中的調(diào)度、管理和維護。 

　　2施工機械的配置方法 

　　2.1通過分析施工過程，合理選配施工機械。合理選配施工機械的主要依據(jù)是建設(shè)項目的工程量和施工進度。一般情況下，為了保證工程的施工質(zhì)量、施工進度，提高技術(shù)經(jīng)濟效益，施工項目工程量大時應(yīng)采用大型機械和先進設(shè)備，而工程量小時則應(yīng)采用中小型施工機械，但這不是絕對的。 

　　2.2擬訂合理施工方案，正確選配施工機械。土石方工程施工，一般有多種施工方案可供選擇。制定先進、合理施工方案的依據(jù)首先是工程性質(zhì)、工程量、工程進度、施工條件，同時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，以免一次性機械設(shè)備費用投入做大（購買新的施工機械或租賃施工機械）。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、工程進度和工作面的參數(shù)選擇主要機械，然后根據(jù)主要機械的生產(chǎn)能力和性能選用配套機械。選擇施工機械時.可參考類似工程的施工經(jīng)驗和有關(guān)機械手冊。 

　　3施工機械配置過程 

　　在進行機械配置時，應(yīng)根據(jù)施工環(huán)境及要求，結(jié)合工程量、工期等求出輔助機械及臺數(shù)，如產(chǎn)生多種方案，應(yīng)對其進行經(jīng)濟評價，求出最佳方案。其基本過程為：開始-施工條件-可選機型-經(jīng)濟性評價-確定機型-確定主導(dǎo)機械及數(shù)量-確定輔助機械數(shù)量-多方案經(jīng)濟評價-確定最優(yōu)配置方案-結(jié)束。 

　　4施工機械的配置算法 

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

　　N=Q/（WPK） 

　　式中：O――計劃時段內(nèi)的工程量； 

　　W-――計劃時段內(nèi)的制度臺班數(shù)； 

　　P――每臺施工機械的臺班生產(chǎn)率； 

　　K-――機械的臺班利用率 

　　實際應(yīng)用中，各作業(yè)面施工設(shè)備的數(shù)量是通過傳遞的作業(yè)量求得。一般是后續(xù)機械的生產(chǎn)能力略大于主導(dǎo)機械的生產(chǎn)能力，這樣可以充分發(fā)揮主導(dǎo)機械（即臺班費高的機械）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)驗系數(shù)，由主導(dǎo)施工機械的生產(chǎn)能力，進而得出工作面上所有施工機械的數(shù)量和其他基礎(chǔ)參數(shù)。下面以挖掘機、運輸汽車為例說明施工機械的合理選擇與配置。 　　4.1挖掘機的合理選擇 

　　挖掘機是土石方工程的一種主要施工機械。其特點是挖土石效率高、產(chǎn)量大，但它的機動性較差。挖掘機作業(yè)必須與自卸汽車配套使用，因此挖掘機適用于施工工期比較長、工程量比較大的公路工程。挖掘機性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)類型的選擇直接影響施工進度、成本和效益。挖掘機的基本選擇原則：挖掘機的斗容和數(shù)量與工程量和工程進度相適應(yīng)；整機應(yīng)有較高的可靠性、舒適性及性價比。挖掘機斗容的選擇首先取決于工程量大小和工程進度要求。對于不同的工程量，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 

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

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

　　自卸汽車的數(shù)量取決于運距和平均速度，確定的基本原則為：既能保持挖掘機工作的生產(chǎn)率要求，又不會經(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――自卸汽車平均運輸周期 

　　Tz――平均裝載時間。 

　　在實際作業(yè)中，平均運輸周期和平均裝載時間均為隨機變量，需確定其概率分布才能加以精確描述。平均運輸周期主要取決于平均行駛速度和運距，其中道路交通條件是關(guān)鍵因素。此外，運輸周期還受裝載和卸載工作面及工作場地的影響。為使挖掘機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、卸土點之間具有最佳路線。對于大型工程，道路上的車輛密度應(yīng)有所控制，以提高平均運輸速度。 

　　本文依據(jù)機械設(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)場條件，選取合適的機械設(shè)備類型和數(shù)量，使之配套，從而達到機械設(shè)備的合理、優(yōu)化配置的目的。 

　　對土石方工程機械進行合理選配，并進行嚴(yán)格和細致的管理，使其發(fā)揮最大效能是土石方工程采用機械化施工時的一個關(guān)鍵技術(shù)問題。施工機械的合理選配，不僅能大大降低施工成本，而且能加快施工進度，保證工程施工質(zhì)量，具有十分顯著的經(jīng)濟和社會效益。