铲运机施工

铲运机简介

铲运机 (scraper) 是一种铲土运输机械，它不仅能独立完成土方的铲装、运输、铺填、碾压等项作业， 而且具有相当的机动性，斗容量也较大，还可以用它来进行铲除表土、移运孤石以及平整场地等作业， 在1980年代，它是我国铁路路基土方工程中使用的主型机械之一。

中国目前的工程建设体制和施工单位所处的环境已使得铲运机生存空间狭窄。 不过在国外，特别是美国，铲运机仍有大量使用，CAT 仍在研发这一类产品， 当然，这也与用户的习惯有一定的关系。

泰安铲运机

CAT轮式铲运机

铲运机用于路堤填筑和路堑开挖。铲运机按作业方式可分为拖式铲运机和自行式铲运机两种。 前者适于 500m 运距范围内作业；后者适于 2000m 运距范围内作业。

还有链耙式和螺旋式。 链耙式有一个支架，两根链条可以环绕支架循环转动，链条上安装有多个刮土板。 当铲土时，由液压马达驱动链条转动，带动刮土板将表土带到铲斗中，卸土时反转即可。

链耙式铲运机

螺旋式则采用一个接近垂直的螺旋钻，由液压马达驱动，将表土提升至铲斗中，卸土时则反转。

螺旋式铲运机

以上可由自身提供动力而行走的，属于自行式铲运车。 还有一种称为拖式铲运机： 工作时常由履带式拖拉机牵引， 具有接地比压小、附着能力大和爬坡能力强等优点， 在短运距离和松软潮湿地带工程中普遍使用。

拖式铲运机

铲运机适用范围

铲运机的适用范围主要取决于土质和运距。

铲运机适于在 I～II 级土中施工，对 II、III 级土往往需要用松土机预松。 最适于在含水量较少的砂粘土中工作，而在干燥的粉土、砂夹卵石和含水量过多的湿粘土中工作时，则效率很低。 近年来由于拖拉机马力的增大和松土装置的改进，从软石直到某种程度的中硬岩都可以用大型松土机进行翻松， 翻松后的岩石也可用铲运机装运。 不过铲运机在松碎的岩石中工作时，走行部分和刀片摩损很大，要特别注意操作和保养。

运距在 700m 内时，一般使用履带式拖拉机牵引的拖式铲运机， 运距在 500m 以上而运土道路条件有利时，则宜采用自行式铲运机。 铲运机横向运土时，一般可以修筑填挖高 6m 以下的路基； 如果路堤的底层或路堑的挖方面层先用推土机施工，则效率较高。 纵向运土时，填挖高度一般没有限制。

作业循环和铲土方法

铲运机的作业循环是：铲装-运送-卸铺-回程，每完成一个作业循环，就完成一次土方的铲运。 它的运行路线是环形的，这是最简单而常用的一种运行方式。 铲运机的运距是它完成一个作业循环所运行距离的一半。

铲运机作业循环

铲土装土是铲运作业循环里很重要的一环，铲运机的生产效率在很大程度上取决于是否能铲得快、装得满。 为此，首先在操作上要善于根据土质是否易于铲切和是否易于进斗， 充分利用发动机的能力，适当调节铲斗的升降和斗门开启的大小。

铲运机铲土时，铲斗的升降情况一般如下：铲土用第 I 挡速度， 开始铲土时打开斗门同时放下铲斗， 前进 2～3m 后达到最大切土深度 (约 30cm)。 随着土进入铲斗，机械可能要超负荷时 (根据发动机运转声音判断)， 及时提升铲斗，逐渐减小切土深度，使机械维持全负荷行驶直到装满铲斗。 装满后即提升铲斗、关闭斗门完成铲装作业。 下图是地面经过一次铲切后的纵断面示意图。 铲土的长度随切土阻力、铲斗容量及牵引能力而定， 6～8m3 斗容量的铲运机在平地上铲装 I～II 级土常在 20～30m 之间即可装满。

铲运机铲土示意图

对于 II、III 级土，如果不经过预松，可以采用起伏式铲土法 (又称波浪形铲土法)，其铲土纵断面如下图所示。 一般起伏 3～4次即可装满铲斗。

铲运机起伏式铲土示意图

铲运机铲装一般粘性土时，土进斗后大体上是按下图的 I、II、II的顺序逐步装成满斗的。 按照这样的规律，在铲土开始阶段，相应于装进I的那部分土时，斗门应开得大些， 使切下的土顺利地向后逐层堆到后斗壁。在中间阶段（相应于II）斗门应适当关小些， 使土层便于向斗门方向挤进，到最后阶段（相应于III）再稍稍提起斗门， 使进土缝隙增大、阻力减小，以便土层向上挤进，堆满铲斗。

对于干砂土，常采用啄铲法，开始时和一般铲土法一样，由于砂土松散不易进斗， 在铲斗前逐渐积成较大的土堆，这时迅速提升铲斗使高过土堆，并立即对准土堆下斗， 同时开大斗门，利用铲斗自重和斗内土重下落时的冲力，使土堆挤进铲斗， 这样重复2～3次，即可装完一车。用啄铲法比一般铲土法可提高生产率15～20%。

填挖路基的次序和施工方法

在前面讲到，路基施工的质量，除了应该采用适当的土壤以外，还应保证符合设计断面的尺寸和压实到规定的密度。 铲运机开挖路堑时，如果先铲靠近边坡的两边部分，后铲其余的中间部分 (如下图 a 所示)， 就比较容易掌握断面的尺寸，既可以避免超挖，又可以减少路基面边角的留土量。 路堤必须分层填筑，分层压实，才能保证压实的质量。填筑的次序，也要先两边、后中间 (如下图 b 所示)， 这样机械在边上行驶时是向线路中心线倾侧，比较安全而且易于保持准确的边坡， 减少整修的工作量，靠近边坡的土也能得到压实。 不过遇到多雨时，则应使路堑的中间部分略低，路堤的中间部分略高，防止雨水冲刷路堑的边坡和路堤表面积水。

铲运机开挖与填筑路基的次序

为压实填土，重车应在先前铺好的土层上通过。压填时要特别注意路堤边缘部分的压实质量，必要时在两侧超填 20cm 左右。

组织铲运机施工的主要问题是根据工点的具体条件确定铲运机的运走路线和施工顺序。

横向运土时，铲运机一般采用的路线为走环行圈（现场又称跑小圈或跑大圈）和8字形圈（下图a、b）。 后者可省去两个急转弯，重车上坡的坡道可较缓，而且机械是向左、右交替转向， 可以减少机械的不均匀磨损；不过机械台数多时容易互相干扰。 遇到连续的低填方，可采用锯齿形（又称之字形）走行路线如下图c 所示。

铲运机走行路线

采用环形的路线时，一般路堤高度在1～3m 时，采用分段跑小圈， 如下图所示，分段长度为50～60m ； 高度大于 3m 时，填掉缺口跑大圈，如虚线部分所示，分段长度在 100m 以上。

铲运机横向运行

纵向运土时，也可以根据工点情况采用各种走行路线。 下图为几种不同的走行路线示例。有时，铲运机走行一个闭合圈可以作两次甚至多次取、卸土，这样更为经济。

铲运机纵向运行

纵向运土时，地面往往有较大的纵坡，这时铺填的顺序可结合地形采用水平层与斜层相结合的逐渐延伸法，如图a。 横向运土时，在地面有较大纵坡的地段，也可以分段采用逐渐延伸法从取土坑取土填筑路堤。

铲运机生产率

对于铲运机，作业循环时间 $T$ 为

$$T=\frac{L_1}{V_1} +\frac{L_2}{V_2}+ \frac{L_3}{V_3}+ \frac{L_4}{V_4} + t_g + 2t_t$$

式中，

$L_1$ 、 $L_2$ 、 $L_3$ 、 $L_4$ 分别为铲土、运土、卸土和回程的距离, m；

$V_1$ 、 $V_2$ 、 $V_3$ 、 $V_4$ 分别为铲土、运土、卸土和回程的速度，m/min；

$t_g$ 为换挡及中途转弯的时间，min；

$t_t$ 为卸土后及铲土前两次转弯的时间，min。

在特定的机型和土质的情况下，台班生产率计算式中的 $q$ 和 $K_t$ ，都是定值。 因此，为了提高生产率，除了要提高时间利用系数 $K_t$ 外，必须尽可能的提高装满系数 $K_f$ 。 (一般在砂土中为0.75，其他土为0.85～1.00) 和缩短循环时间 $T$ 。