中国水利水电第七工程局有限公司 四川 成都 610000
【摘 要】对于大型渠道土方开挖和筑堤工程，施工机械的正确选择十分关键。通过吸取同类和相似工程的施工经验，以及对铲运机设备认真分析和研究的基础上，确定了以大型铲运机为主导设备的投标施工方案。在国际工程的投标中，提升了施工方案的先进性，降低了投标报价，大大增强了竞争力。
【关键词】大型渠道 土方开挖 筑堤 铲运机 运用研究
1工程概况
苏丹共和国罗塞雷斯大坝的右岸渠道工程招标，土石方工程的主要项目为Conveyor Canal （总长约132.265km），Main Canals（总长约180km），Drains（总长约1002.3km），大型结构物Desilting Basins（总长约8km）以及Roads。
开挖项目中工程量90%以上为土方，开挖最大深度约25m，主渠底宽度6～75m，土方坡比1：3。弃料和暂存料都是渠道沿线布置，运距范围在500～1000m。填土取料场是渠道沿线布置，大部分工程量的运距范围在500～1000m。填筑渠道顶部宽度为6.5m，坡比有1：3和1：2.4两种。高度大于5m的堤坝设有宽度为6.5或10m的台阶马道。
右岸渠道km013+000至约km052+000段位于典型的kerrib地形，该地形的特征为多变的地面海拔和陡峭的自然坡度。km052+000至约km142+000段地形地貌是由起伏较小，几乎水平的平原组成。
根据招标文件相关资料，从地表往下依次为：黑棉土（粘土、沙土、细沙）、棕棉土（粘土、沙土、细沙）、脏土（粘土、沙土、细到中细沙）、净土（中到粗沙）。右岸渠道km013+000到接近km052+000段位于棉土或是被侵蚀出的凹处，土壤类别繁多，主要有沙、细泥沙和淤泥（尼罗河沉积物）。黑色粘土土柱上形成了2～4 m厚的外壳, 过渡区为1～2 m厚的褐色粘土，最基层由新鲜的细颗粒尼罗河沉积物组成。
现场试验资料，土体的最大抗剪切强度为100KPa以下，天然含水率10-20%，最佳含水量为25.9%。
2铲运机介绍及选型
铲运机的功能是连续完成铲土、装土、运土、铺卸和整平五个工序。铲运机的经济作业距离一般在100～2500m，最大运距可以达到几公里。自行式铲运机的工作速度可以达到40km/h以上，充分显示铲运机在中长距离作业中具有很高的生产效率和良好的经济效益的优越性。铲运机可以用来直接完成Ⅱ级以下软土体的铲挖，对Ⅲ级以上较硬的土应对其进行预先疏松后的铲挖。铲运机还可以对土进行铺卸和平整作业，将土逐层填铺到填方的地点，并对土进行一定的平整与压实。
铲运机选型：主要取决于运距、物料特性、道路状况等来选取，其中经济适用运距及作业的阻力是选用铲运机的主要依据。
投标设备铲运机拟选用美国卡特双发动机自行式，型号为627H，平装方量为13m3，堆装方量为18.4m3，最大切土深度315mm，最大切土宽度3136mm，最大摊铺厚度540mm，铲斗液压穿透力为225KN，双机总功率为520KW，开挖过程中不需要推土机助铲作业。
3铲运机的高效率
铲运机与反铲、自卸车的组合相比较，主要体现在挖装和卸料时间短。
3.1理论计算
月产量参考中国电力出版社《水利水电工程施工手册》第2卷计算如下（第575页）：
铲运机技术生产率: Pj=60qkch/Tks
T=2L/v+2
式中 Pj——铲运机的生产率，m3/h；
q——铲土斗容量，m3；
kch——铲装土壤充盈系数，砂子取0.75，其他土壤取0.85～1.0，最高可达1.3；
T——铲运机一个工作循环延续所用的时间，min；
L——运距，m；
v——速度，m/min；
ks——土壤松散系数，见表10-2-12。
单程500m运距产量计算如下：
T=2×500/500+2=4min(平均速度30Km/h)
同时，参考中国水利水电出版社《水利水电工程施工组织设计手册》第2卷铲运机算例（第994页），单程610m运距的工作循环时间为5分钟。
Pj=60×18.4×1/4/1.3=212.3m3 (斗容量取18.4m3。如果采用双车推拉组合效率更高，厂家在国内试验平均产量可达250-350m3。)
如果按每天2班工作共20小时，每月工作25天和利用系数0.8考虑，实用月产量为：212.3×20×25×0.8=84920m3（自然方）。
3.2国内工程经验
由表1中可见，美国卡特铲运机在来回1km的运距内，每小时的产量都在200m3（自然方）以上。国产的宇通铲运机在来回1km的运距内，每小时产量都在150m3（自然方）以上。
3.3铲运机的机械台班定额
根据2004年水利水电预算定额，自行式铲运机（斗容11m3），单程500m运距，小时产量为50m3，小时油耗为22L，价格43万。
卡特铲运机627H（斗容18m3），按方量进行定额换算小时产量为（1.5倍）75m3，再按627H小时油耗（70-90L）进行定额换算小时产量为（3倍）225m3。
根据文章《南水北调中线总干渠采用铲运机施工的初步研究》（1997年发表），原文如下“采用经验数据计算的结果，与按《定额》计算的生产率计算值相比在3-4倍之间。由于《定额》颁布以来施工管理水平的提高，以及其它一些因素的影响，按经验数据的生产率是现实的。”
国外铲运机的效率是经验数据生产率的2倍以上。
根据以上内容，627H铲运机的实用效率为200方/小时是可行。
4铲运机的运用体现专业性
我公司曾经投标苏丹麦罗维大坝的渠道工程，由于投标施工方案没有采用铲运机，而是国内的传统施工方法：反铲+自卸车+推土机组合，因此外国的评标人员认为我公司的投标施工技术不够专业和先进，缺少优势。
5铲运机在当地工程的施工经验
该招标工程项目紧临罗塞雷斯大坝，查阅相关施工资料和记录，发现该项目的土石坝工程最早是在20世纪60年代，由世界著名的意大利英波吉诺公司采用铲运机施工填筑。
6铲运机的施工成本降低
6.1直接工程费减少
通过单价分析表对比和实际施工数据分析，铲运机挖运土的施工费用比反铲+自卸车的组合节约0.5-1元/m3。
6.2投入施工设备成本和人数减少
1台卡特627H铲运机（单台月产量8.49万m3）相当于1.4台斗容1.8 m3的反铲（单台月产量6万m3），6.5台20T的自卸车（单台月产量1.3万m3）和2台推土机（单台月产4万m3）组合体的作业生产能力。
6.3管理费用减少
由于施工人员和设备减少，临建费用相应减少，人员进出场费减少，人员和设备的管理费用也有所降低。
6.4施工道路费用减少
由于铲运机最大坡度可达35%，不容易陷车，铰接式结构便于转弯，通过能力强，所以对施工道路要求不高，不需要泥结石路面和施工道路经常性的维护工作。
6.5设备再利用
根据厂家资料和定额，挖装运铺设备的寿命台时都是15000，铲运机也在15000以上。渠道项目是线性工程，施工强度比较均衡。开挖填筑设备工期大部分为3年，按一天16小时工作计算，使用台时为14400，接近寿命台时数。
所以，投入到这个渠道工程的土方工程设备基本上都没有再利用到新项目的可能性。
7铲运机在国内外运用情况
7.1国内使用情况
目前主要是铁路和大型露天煤矿使用，比如秦皇岛到大同的秦大铁路和北京到九龙的京九铁路施工，内蒙古自治区霍林河露天煤矿。铲运机在国内没有大范围运用，问题的关键似乎不在于设备本身，而在于我国的工程分包制度。铲运机的专业化程度要高于装载机或者挖掘机以及自卸车的设备组合，对于中小型分包商而言一般采用数量众多、费用更低的社会租赁设备。
7.2国外使用情况
参见中国水利水电出版社《水利水电工程施工组织设计手册》国外土石坝工程资料（20世纪60-70年代），大部分工程的土料采用铲运机施工。
代表性工程有阿根廷水库、美国丹佛机场、法国高速铁路、菲律宾火山爆发后清理，以及美国和加拿大的露天矿。
根据统计，在美国铲运机完成了土方量占土方工程总量的40%。
8结语
通过以上分析和技术论证，最终确定了以美国卡特铲运机627H为主导施工设备，反铲+自卸车组合为辅助施工设备的投标施工方案，在技术上体现了先进性和专业性优势。在商务报价上，即使算上铲运机设备摊销，也有很大的降价空间。因此，从总体上讲，对铲运机的正确运用，极大提升了公司的竞标优势。
收稿日期：2016.5.20
作者简介：蒋丞（1980—），男，工程师、经济师，二级建造师，水电七局国际工程公司马其顿共和国KO高速公路项目部计划工程师，从事施工技术和项目管理。
论文作者:蒋丞
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第16期
论文发表时间:2016/11/15
标签：铲运机论文; 工程论文; 土方论文; 设备论文; 组合论文; 渠道论文; 卡特论文; 《低碳地产》2016年8月第16期论文;