單元石方工程機(jī)械施工

《公路工程施工機(jī)電基礎(chǔ)》

（多學(xué)時(shí)）

單元三石方工程機(jī)械施工單元三石方工程機(jī)械施工單元學(xué)習(xí)目標(biāo)1．認(rèn)識(shí)空氣壓縮機(jī)、破碎機(jī)械和隧道掘進(jìn)機(jī)的類型、組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；2．簡(jiǎn)述空氣壓縮機(jī)、破碎機(jī)械和隧道掘進(jìn)機(jī)工作裝置的基本工作原理；3．了解空氣壓縮機(jī)、破碎機(jī)械和隧道掘進(jìn)機(jī)的選用與使用；4．了解此類機(jī)械施工作業(yè)方法和生產(chǎn)率計(jì)算；5．能根據(jù)使用技術(shù)和選用原則組織此類機(jī)械進(jìn)行機(jī)械化施工。3.1空氣壓縮機(jī)施工一空氣壓縮機(jī)的類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1空氣壓縮機(jī)的類型空氣壓縮機(jī)簡(jiǎn)稱空壓機(jī)，是一種以發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，將自由空氣壓縮成高壓空氣的機(jī)械。壓縮空氣是驅(qū)動(dòng)各種風(fēng)動(dòng)工具的動(dòng)力源?？諌簷C(jī)按工作原理分為往復(fù)式和旋轉(zhuǎn)式。3.1空氣壓縮機(jī)施工

2空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）活塞式空壓機(jī)按吸氣、壓縮、排氣的工作循環(huán)工作。（2）雙螺桿式空壓機(jī)雙螺桿式空氣壓縮機(jī)屬容積式壓縮機(jī)，螺旋式轉(zhuǎn)子中一個(gè)為凸齒的陽(yáng)轉(zhuǎn)子，另一個(gè)為凹齒的陰轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮與排氣三個(gè)工作過程。（3）空壓機(jī)氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置為使儲(chǔ)氣筒內(nèi)壓力保持在一定的范圍內(nèi)，空壓機(jī)都裝有氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和安全閥等。3.1空氣壓縮機(jī)施工雙螺桿式空壓機(jī)的工作原理圖3.1空氣壓縮機(jī)施工二空壓機(jī)的選用空氣壓縮機(jī)的選擇主要依據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力和流量。氣源的工作壓力應(yīng)比氣動(dòng)系統(tǒng)中的最高工作壓力高20%左右。當(dāng)生產(chǎn)過程中用氣量變化比較大時(shí)，應(yīng)該采用多臺(tái)壓縮機(jī)聯(lián)控供氣。裝備盡可能使用大的儲(chǔ)氣罐，輸氣管盡可能短。3.2破碎機(jī)械施工一破碎機(jī)的類型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1．破碎機(jī)的類型塊石的破碎方式a)擠壓b)劈裂c)折斷d)磨碎e)沖擊3.2破碎機(jī)械施工根據(jù)破碎機(jī)械的工作原理、工藝特性和機(jī)器的結(jié)構(gòu)特征，常用的破碎機(jī)有鄂式破碎機(jī)、圓錐式破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)及聯(lián)合碎石設(shè)備等類型。a)b)c)d)鄂式破碎機(jī)旋回破碎機(jī)和輥式破碎機(jī)錘式破碎機(jī)圓錐破碎機(jī)3.2破碎機(jī)械施工破碎機(jī)械特點(diǎn)及適用范圍機(jī)械名稱特點(diǎn)適用范圍鄂式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維修方便粗、中碎硬質(zhì)及中硬質(zhì)巖石圓錐式破碎機(jī)破碎比大、效率高、粒度均勻、結(jié)構(gòu)復(fù)雜中、細(xì)碎中等硬度巖石輥式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠、生產(chǎn)率低中、細(xì)碎硬、軟質(zhì)石料錘式破碎機(jī)破碎比大、生產(chǎn)能力高、粒度均勻、簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程、消耗低中、細(xì)碎中等硬度脆性物料反擊式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、破碎比大、粒度均勻粗、中、細(xì)碎中硬脆性物料聯(lián)合碎石設(shè)備機(jī)動(dòng)性好、簡(jiǎn)化工藝、出料規(guī)格多碎石用料集中的大型工程3.2破碎機(jī)械施工二破碎機(jī)的生產(chǎn)率以復(fù)擺式鄂式破碎機(jī)為例進(jìn)行生產(chǎn)率計(jì)算，復(fù)擺式鄂式破碎機(jī)的動(dòng)鄂板每擺動(dòng)一次，就卸料一次，其生產(chǎn)率Q按下式計(jì)算b——卸料隙口寬度，ml——卸料隙口長(zhǎng)度，mn——偏心軸轉(zhuǎn)速，r/minβ——供料強(qiáng)度γ——石料容重3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工隧道掘進(jìn)有三種方法：鉆爆法、掘進(jìn)機(jī)法和盾構(gòu)法。鉆爆法鉆爆法掘進(jìn)具有靈活性和適應(yīng)性較強(qiáng)、機(jī)械設(shè)備成本低等優(yōu)勢(shì)。用鉆爆法開挖時(shí)，裝藥和爆破仍以人工操作為主。掘進(jìn)機(jī)法掘進(jìn)機(jī)是靠旋轉(zhuǎn)并推進(jìn)刀盤，通過盤形滾刀破碎巖石而使隧道全斷面一次成形的機(jī)器。盾構(gòu)法盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是一種集開挖、支護(hù)、襯砌等多種作業(yè)于一體的大型隧道施工機(jī)械。使用這種機(jī)械施工的方法叫盾構(gòu)法。3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工一鑿巖機(jī)

(1)鑿巖機(jī)的工作原理鉆爆法掘進(jìn)巷道時(shí)，首先在工作面巖壁上鉆鑿出許多直徑34～42mm、深度1.5～2.5m的炮眼，然后在炮眼內(nèi)裝入炸藥進(jìn)行爆破。鑿巖機(jī)就是一種在巖壁上鉆鑿炮眼用的鉆眼機(jī)械，或稱鉆眼機(jī)具。鑿巖機(jī)按沖擊破碎巖石原理進(jìn)行工作。1-鑿巖機(jī)；2-釬子；3-活塞（沖擊錘）；4-缸體；5-釬桿；6-釬頭3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工

(2)釬子釬子由釬頭2、釬桿1兩部分組成。釬頭按刃口形狀不同，可分一字形、十字形和X形等，其中最常用的是一字形釬頭。

(3)鑿巖機(jī)的種類按所用動(dòng)力可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、內(nèi)燃和液壓四類。按支承和推進(jìn)方式可分為手持式、氣腿式、伸縮式和導(dǎo)軌式。3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工(4)氣動(dòng)鑿巖機(jī)

氣動(dòng)鑿巖機(jī)廣泛用于隧道掘進(jìn)。它主要由釬子1、鑿巖機(jī)2、注油器3、水管4、風(fēng)管5和氣腿6所組成。

釬子尾端裝入鑿巖機(jī)機(jī)頭釬套內(nèi)，注油器連接在風(fēng)管上，使壓氣中混有油霧，對(duì)鑿巖機(jī)內(nèi)零件進(jìn)行潤(rùn)滑，水管供給清除巖粉用的水，氣腿支撐著鑿巖機(jī)并給以工作所需的推進(jìn)力。3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工(5)液壓鑿巖機(jī)液壓鑿巖機(jī)與氣動(dòng)鑿巖機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力消耗少，能量利用率高，高壓油工作壓力是氣動(dòng)鑿巖機(jī)氣壓的20倍以上，能量利用率可達(dá)30％~40％，而氣動(dòng)鑿巖機(jī)只有10％左右；鑿巖速度高，液壓鑿巖機(jī)沖擊功、扭矩和推進(jìn)力大，釬子轉(zhuǎn)速高，鉆孔速度約為氣動(dòng)鑿巖機(jī)的2.5~3倍；作業(yè)條件好，沒有排氣噪聲和無油霧造成的大氣污染；液壓鑿巖機(jī)的運(yùn)動(dòng)件都在油液中工作，潤(rùn)滑條件好；操作方便，適應(yīng)性強(qiáng)，液壓鑿巖機(jī)調(diào)速換向方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，對(duì)不同的巖石都具有良好的性能。3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工

二鑿巖臺(tái)車鑿巖臺(tái)車將一臺(tái)或數(shù)臺(tái)高效能的鑿巖機(jī)連同推進(jìn)裝置一起安裝在鉆臂導(dǎo)軌上，并配以行走機(jī)構(gòu)，使鑿巖作業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。和鑿巖機(jī)相比，鑿巖臺(tái)車工效可以提高2~4倍，而且可以改善勞動(dòng)條件，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。鑿巖臺(tái)車按鉆臂多少，分為雙臂、三臂和多臂式；按行走機(jī)構(gòu)分為軌輪式、輪胎式和履帶式。鑿巖臺(tái)車的控制有液壓控制、壓氣控制和液壓與壓氣聯(lián)合控制等三種。3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工速度快、成本低。安全性好。不需打眼放炮，圍巖不易被破壞，有利于隧道支護(hù)，減少冒頂?shù)韧话l(fā)危險(xiǎn)。工程量小。利用鉆爆法，隧道的超挖量可達(dá)20%，利用掘進(jìn)機(jī)法，隧道超挖量可小到5。勞動(dòng)條件好。三掘進(jìn)機(jī)

采用掘進(jìn)機(jī)法，使破落巖石、裝載運(yùn)輸、噴霧滅塵等工序同時(shí)進(jìn)行，是提高掘進(jìn)速度的一項(xiàng)有效措施。與鉆爆法相比，掘進(jìn)機(jī)法掘進(jìn)隧道具有的優(yōu)點(diǎn)：3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工按工作機(jī)構(gòu)切割工作面的方式，掘進(jìn)機(jī)分為部分?jǐn)嗝嫠淼谰蜻M(jìn)機(jī)和全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)兩大類。

1部分?jǐn)嗝嫠淼谰蜻M(jìn)機(jī)

由于部分?jǐn)嗝嫠淼谰蜻M(jìn)機(jī)具有掘進(jìn)速度快、生產(chǎn)效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，目前在隧道掘進(jìn)工作中得到廣泛的應(yīng)用。能掘出任意形狀的隧道斷面。截割頭的左右上下擺動(dòng)是形成連續(xù)破碎的必不可少的重要條件。截割頭破碎下來的巖塊，由蟹爪裝載機(jī)的兩個(gè)蟹爪扒入刮板輸送機(jī)，再經(jīng)連在后部的皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)10卸入礦車或其他運(yùn)輸設(shè)備中。3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工ELMB型隧道掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖和隧道斷面截割方式截割方式示意圖ELMB型隧道掘進(jìn)機(jī)1-截割頭;2-懸臂;3-裝運(yùn)機(jī)構(gòu);4-行走機(jī)構(gòu);5-液壓泵站;6-電氣箱;7-伸縮液壓缸;8-支承液壓缸;9-駕駛室;10-皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工2全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)是一種全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)械。(1)全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的工作原理巖石掘進(jìn)機(jī)采用盤形滾刀破巖。在驅(qū)動(dòng)刀盤運(yùn)動(dòng)時(shí)，安裝在刀盤心軸上的盤形滾刀沿巖壁表面滾動(dòng)，液壓缸將刀盤壓向巖壁，使?jié)L刀刃面將巖石壓碎而切入巖體中。刀盤上的滾刀在巖壁表面擠壓出同心凹槽，凹槽達(dá)到一定深度時(shí)，相鄰兩凹槽間的巖石被滾刀剪切成片狀碎片剝落下來。3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)TBM32型全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)l-刀盤；2-機(jī)頭架；3-傳動(dòng)裝置；4-推進(jìn)液壓缸；5-水平支撐機(jī)構(gòu)；6-液壓傳動(dòng)裝置；7-電氣設(shè)備；8-駕駛室；9-皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)；10-除塵風(fēng)機(jī)；11-大梁3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工

四盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)機(jī)是一種集開挖、支護(hù)、襯砌等多種作業(yè)于一體的大型隧道施工機(jī)械，即用鋼板做成圓筒形的結(jié)構(gòu)，在開挖隧道時(shí)，作臨時(shí)支護(hù)，在筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝開挖、運(yùn)渣、拼裝隧道襯砌的機(jī)械及動(dòng)力站等裝置。使用盾構(gòu)機(jī)械來建筑隧道的方法稱為盾構(gòu)施工法。3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工采用盾構(gòu)施工時(shí)主要考慮的因素：地質(zhì)條件。覆蓋土層要深。覆蓋土層要有1~1.5倍盾構(gòu)直徑深。斷面要大。斷面直徑多在4m以上。電源問題。電驅(qū)動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)都需大量的電能。遠(yuǎn)離主要建筑物。避免灌漿不良可能發(fā)生的地表沉陷。水源。泥水加壓式盾構(gòu)需要在一定的水壓下掘進(jìn)。施工段要長(zhǎng)。一般施工隧道在1~2km以上經(jīng)濟(jì)性才好。3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工

（1）幾種盾構(gòu)施工法的適用范圍切削輪式盾構(gòu)用主軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)切削輪挖土，隨切削輪旋轉(zhuǎn)的周邊鏟斗將挖下的土屑傾落于皮帶輸送機(jī)上，運(yùn)輸機(jī)將土運(yùn)到盾構(gòu)后部的運(yùn)土斗車?yán)铮儆蔂恳囘\(yùn)往洞外。氣壓式盾構(gòu)為了防止掌子面坍塌，將工作面密封在一定氣壓下，阻止地下水外流，以利于挖土。泥水加壓式盾構(gòu)在盾構(gòu)前部設(shè)置一個(gè)密封區(qū)，注入一定壓力的泥漿水，以平衡地下水壓力，阻止地下水流出，防止塌方。土壓平衡式盾構(gòu)在螺旋輸送機(jī)和切削輪架內(nèi)充滿土砂，利用螺旋的回轉(zhuǎn)力壓縮土壤，形成具有一定壓力的連續(xù)防水壁，抵抗地下水壓力，阻止流水和塌方。3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工泥水加壓式盾構(gòu)l-網(wǎng)格；2-切削輪；3-攪拌器；4-泥水腔：5-盾殼；6-盾構(gòu)千斤頂；7-拼裝器；8-管片臺(tái)車；9-后工作平臺(tái)3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工土壓平衡式盾構(gòu)1-切削輪；2-切削輪機(jī)架；3-驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；4-螺旋輸送機(jī)；5-盾尾密封；6-襯砌管片；7-輸送機(jī)馬達(dá)；8-土屑出口；9-拼裝器3.3隧道掘進(jìn)機(jī)械施工

(2)機(jī)械化盾構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)及功能按切削機(jī)構(gòu)劃分有切削輪式、挖掘式、銑削臂式等按切削方式區(qū)分有旋轉(zhuǎn)切削式和網(wǎng)格切削式等組成部分：切削機(jī)構(gòu)、盾殼、動(dòng)力裝置、拼裝機(jī)、推進(jìn)裝置、出料裝置和控制設(shè)備等單元小結(jié)1.空氣壓縮機(jī)、破碎機(jī)械和隧道掘進(jìn)機(jī)的主要類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2.空氣壓縮機(jī)、破碎機(jī)械和隧道掘進(jìn)機(jī)工作裝置的基本工作原理。3.石方工程機(jī)械的施工作業(yè)方式。4.石方工程機(jī)械的主要生產(chǎn)率計(jì)算。5.空氣壓縮機(jī)、破碎機(jī)械和隧道掘進(jìn)機(jī)的選用與使用。自我檢測(cè)一一、填空題1.空氣壓縮機(jī)簡(jiǎn)稱空壓機(jī)，是一種以

或

作為動(dòng)力，將自由空氣壓縮成高壓空氣的機(jī)械。2.空壓機(jī)氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置一般由

、

和調(diào)速器三部分組成。3.常用的破碎機(jī)有

式破碎機(jī)、

式破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)及聯(lián)合碎石設(shè)備等類型。4.顎式破碎機(jī)主要可分為

擺動(dòng)式和

擺動(dòng)式兩種形式。5.隧道掘進(jìn)有

法、

法和

法三種方法。6.盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是一種集

、

、襯砌等多種作業(yè)于一體的大型隧道施工機(jī)械。使用這種機(jī)械施工的方法叫

。7.鑿巖機(jī)本身由

機(jī)構(gòu)、

機(jī)構(gòu)、

機(jī)構(gòu)等組成。8.鑿巖臺(tái)車按鉆臂多少，可分為

臂、

臂和

臂式。自我檢測(cè)二二、選擇題1.壓縮空氣是驅(qū)動(dòng)各種風(fēng)動(dòng)工具的動(dòng)力源，作為風(fēng)動(dòng)工具、鑿巖機(jī)、風(fēng)鎬、氣動(dòng)扳手、氣動(dòng)噴砂等工具或設(shè)備的空氣動(dòng)力。因此，有時(shí)又將空氣壓縮機(jī)稱為

。A.動(dòng)力裝置；B.控制裝置；C.運(yùn)動(dòng)裝置；D.工作裝置2.柴油機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力通過

傳給空壓機(jī)，空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣送入儲(chǔ)氣筒內(nèi)儲(chǔ)存?zhèn)溆?。A.液力變矩器；B.離合器；C.變速箱；D.液壓油缸3.雙螺桿式空壓機(jī)具有強(qiáng)制輸氣，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和效率高等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是

很大。A.工作重量；B.能量消耗；C.工作噪聲；D.振動(dòng)4.空氣壓縮機(jī)的選擇主要依據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)的

和

。A.溫度和壓力；B.溫度和流量；C.通徑和長(zhǎng)度；D.工作壓力和流量自我檢測(cè)二5.破碎機(jī)按給料的粒度大小在

之間時(shí)，歸為中碎破碎機(jī)。A.100~40mm破碎至30~10mm；B.350~100mm破碎至100~40mm；C.1500~500mm破碎至350~100mm6.當(dāng)隧道長(zhǎng)度與隧道斷面直徑之比超過

時(shí)，采用掘進(jìn)機(jī)開鑿經(jīng)濟(jì)性好。A.100；B.300；C.600；D.10007.鑿巖機(jī)設(shè)有除粉機(jī)構(gòu)，一般靠

經(jīng)釬子中心孔進(jìn)入孔底，將巖粉從巖孔排出，這樣既能清除巖粉，又能冷卻釬頭。A.壓縮空氣；B.壓力水；C.液壓油自我檢測(cè)三三、判斷題1.由于活塞式空壓機(jī)技術(shù)使用的年代已久，所以活塞式空壓機(jī)將有被其他壓縮機(jī)所取代的趨勢(shì)。()2.反擊式碎石機(jī)用于粗、中、細(xì)碎中等硬度以下堅(jiān)硬性材料。()3.復(fù)擺式鄂式破碎機(jī)的