單元石方工程機械施工

《公路工程施工機電基礎(chǔ)》

（多學(xué)時）

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

2空壓機的結(jié)構(gòu)特點（1）活塞式空壓機按吸氣、壓縮、排氣的工作循環(huán)工作。（2）雙螺桿式空壓機雙螺桿式空氣壓縮機屬容積式壓縮機，螺旋式轉(zhuǎn)子中一個為凸齒的陽轉(zhuǎn)子，另一個為凹齒的陰轉(zhuǎn)子，實現(xiàn)吸氣、壓縮與排氣三個工作過程。（3）空壓機氣壓自動調(diào)節(jié)裝置為使儲氣筒內(nèi)壓力保持在一定的范圍內(nèi)，空壓機都裝有氣壓自動調(diào)節(jié)裝置和安全閥等。3.1空氣壓縮機施工雙螺桿式空壓機的工作原理圖3.1空氣壓縮機施工二空壓機的選用空氣壓縮機的選擇主要依據(jù)氣動系統(tǒng)的工作壓力和流量。氣源的工作壓力應(yīng)比氣動系統(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，應(yīng)該采用多臺壓縮機聯(lián)控供氣。裝備盡可能使用大的儲氣罐，輸氣管盡可能短。3.2破碎機械施工一破碎機的類型及結(jié)構(gòu)特點1．破碎機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破碎機械施工根據(jù)破碎機械的工作原理、工藝特性和機器的結(jié)構(gòu)特征，常用的破碎機有鄂式破碎機、圓錐式破碎機、輥式破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機及聯(lián)合碎石設(shè)備等類型。a)b)c)d)鄂式破碎機旋回破碎機和輥式破碎機錘式破碎機圓錐破碎機3.2破碎機械施工破碎機械特點及適用范圍機械名稱特點適用范圍鄂式破碎機結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維修方便粗、中碎硬質(zhì)及中硬質(zhì)巖石圓錐式破碎機破碎比大、效率高、粒度均勻、結(jié)構(gòu)復(fù)雜中、細碎中等硬度巖石輥式破碎機結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工作可靠、生產(chǎn)率低中、細碎硬、軟質(zhì)石料錘式破碎機破碎比大、生產(chǎn)能力高、粒度均勻、簡化生產(chǎn)流程、消耗低中、細碎中等硬度脆性物料反擊式破碎機結(jié)構(gòu)簡單、破碎比大、粒度均勻粗、中、細碎中硬脆性物料聯(lián)合碎石設(shè)備機動性好、簡化工藝、出料規(guī)格多碎石用料集中的大型工程3.2破碎機械施工二破碎機的生產(chǎn)率以復(fù)擺式鄂式破碎機為例進行生產(chǎn)率計算，復(fù)擺式鄂式破碎機的動鄂板每擺動一次，就卸料一次，其生產(chǎn)率Q按下式計算b——卸料隙口寬度，ml——卸料隙口長度，mn——偏心軸轉(zhuǎn)速，r/minβ——供料強度γ——石料容重3.3隧道掘進機械施工隧道掘進有三種方法：鉆爆法、掘進機法和盾構(gòu)法。鉆爆法鉆爆法掘進具有靈活性和適應(yīng)性較強、機械設(shè)備成本低等優(yōu)勢。用鉆爆法開挖時，裝藥和爆破仍以人工操作為主。掘進機法掘進機是靠旋轉(zhuǎn)并推進刀盤，通過盤形滾刀破碎巖石而使隧道全斷面一次成形的機器。盾構(gòu)法盾構(gòu)掘進機是一種集開挖、支護、襯砌等多種作業(yè)于一體的大型隧道施工機械。使用這種機械施工的方法叫盾構(gòu)法。3.3隧道掘進機械施工一鑿巖機

(1)鑿巖機的工作原理鉆爆法掘進巷道時，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)裝入炸藥進行爆破。鑿巖機就是一種在巖壁上鉆鑿炮眼用的鉆眼機械，或稱鉆眼機具。鑿巖機按沖擊破碎巖石原理進行工作。1-鑿巖機；2-釬子；3-活塞（沖擊錘）；4-缸體；5-釬桿；6-釬頭3.3隧道掘進機械施工

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

氣動鑿巖機廣泛用于隧道掘進。它主要由釬子1、鑿巖機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機頭釬套內(nèi)，注油器連接在風(fēng)管上，使壓氣中混有油霧，對鑿巖機內(nèi)零件進行潤滑，水管供給清除巖粉用的水，氣腿支撐著鑿巖機并給以工作所需的推進力。3.3隧道掘進機械施工(5)液壓鑿巖機液壓鑿巖機與氣動鑿巖機相比，具有以下優(yōu)點：動力消耗少，能量利用率高，高壓油工作壓力是氣動鑿巖機氣壓的20倍以上，能量利用率可達30％~40％，而氣動鑿巖機只有10％左右；鑿巖速度高，液壓鑿巖機沖擊功、扭矩和推進力大，釬子轉(zhuǎn)速高，鉆孔速度約為氣動鑿巖機的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；液壓鑿巖機的運動件都在油液中工作，潤滑條件好；操作方便，適應(yīng)性強，液壓鑿巖機調(diào)速換向方便，易于實現(xiàn)自動化，對不同的巖石都具有良好的性能。3.3隧道掘進機械施工

二鑿巖臺車鑿巖臺車將一臺或數(shù)臺高效能的鑿巖機連同推進裝置一起安裝在鉆臂導(dǎo)軌上，并配以行走機構(gòu)，使鑿巖作業(yè)實現(xiàn)機械化。和鑿巖機相比，鑿巖臺車工效可以提高2~4倍，而且可以改善勞動條件，減輕工人的勞動強度。鑿巖臺車按鉆臂多少，分為雙臂、三臂和多臂式；按行走機構(gòu)分為軌輪式、輪胎式和履帶式。鑿巖臺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隧道掘進機械施工速度快、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，減少冒頂?shù)韧话l(fā)危險。工程量小。利用鉆爆法，隧道的超挖量可達20%，利用掘進機法，隧道超挖量可小到5。勞動條件好。三掘進機

采用掘進機法，使破落巖石、裝載運輸、噴霧滅塵等工序同時進行，是提高掘進速度的一項有效措施。與鉆爆法相比，掘進機法掘進隧道具有的優(yōu)點：3.3隧道掘進機械施工按工作機構(gòu)切割工作面的方式，掘進機分為部分斷面隧道掘進機和全斷面隧道掘進機兩大類。

1部分斷面隧道掘進機

由于部分斷面隧道掘進機具有掘進速度快、生產(chǎn)效率高、適應(yīng)性強、操作方便等優(yōu)點，目前在隧道掘進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，由蟹爪裝載機的兩個蟹爪扒入刮板輸送機，再經(jīng)連在后部的皮帶轉(zhuǎn)載機10卸入礦車或其他運輸設(shè)備中。3.3隧道掘進機械施工ELMB型隧道掘進機的結(jié)構(gòu)如圖和隧道斷面截割方式截割方式示意圖ELMB型隧道掘進機1-截割頭;2-懸臂;3-裝運機構(gòu);4-行走機構(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3.3隧道掘進機械施工2全斷面隧道掘進機全斷面隧道掘進機是一種全斷面巖石掘進機械。(1)全斷面隧道掘進機的工作原理巖石掘進機采用盤形滾刀破巖。在驅(qū)動刀盤運動時，安裝在刀盤心軸上的盤形滾刀沿巖壁表面滾動，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，凹槽達到一定深度時，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隧道掘進機械施工全斷面隧道掘進機的結(jié)構(gòu)TBM32型全斷面隧道掘進機的總體結(jié)構(gòu)l-刀盤；2-機頭架；3-傳動裝置；4-推進液壓缸；5-水平支撐機構(gòu)；6-液壓傳動裝置；7-電氣設(shè)備；8-駕駛室；9-皮帶轉(zhuǎn)載機；10-除塵風(fēng)機；11-大梁3.3隧道掘進機械施工

四盾構(gòu)機盾構(gòu)機是一種集開挖、支護、襯砌等多種作業(yè)于一體的大型隧道施工機械，即用鋼板做成圓筒形的結(jié)構(gòu)，在開挖隧道時，作臨時支護，在筒形結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝開挖、運渣、拼裝隧道襯砌的機械及動力站等裝置。使用盾構(gòu)機械來建筑隧道的方法稱為盾構(gòu)施工法。3.3隧道掘進機械施工采用盾構(gòu)施工時主要考慮的因素：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)動或液壓驅(qū)動都需大量的電能。遠離主要建筑物。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。施工段要長。一般施工隧道在1~2km以上經(jīng)濟性才好。3.3隧道掘進機械施工

（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上，運輸機將土運到盾構(gòu)后部的運土斗車里，再由牽引車運往洞外。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隧道掘進機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-管片臺車；9-后工作平臺3.3隧道掘進機械施工土壓平衡式盾構(gòu)1-切削輪；2-切削輪機架；3-驅(qū)動馬達；4-螺旋輸送機；5-盾尾密封；6-襯砌管片；7-輸送機馬達；8-土屑出口；9-拼裝器3.3隧道掘進機械施工

(2)機械化盾構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)及功能按切削機構(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：切削機構(gòu)、盾殼、動力裝置、拼裝機、推進裝置、出料裝置和控制設(shè)備等單元小結(jié)1.空氣壓縮機、破碎機械和隧道掘進機的主要類型和結(jié)構(gòu)特點。2.空氣壓縮機、破碎機械和隧道掘進機工作裝置的基本工作原理。3.石方工程機械的施工作業(yè)方式。4.石方工程機械的主要生產(chǎn)率計算。5.空氣壓縮機、破碎機械和隧道掘進機的選用與使用。自我檢測一一、填空題1.空氣壓縮機簡稱空壓機，是一種以

或

作為動力，將自由空氣壓縮成高壓空氣的機械。2.空壓機氣壓自動調(diào)節(jié)裝置一般由

、

和調(diào)速器三部分組成。3.常用的破碎機有

式破碎機、

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

擺動式和

擺動式兩種形式。5.隧道掘進有

法、

法和

法三種方法。6.盾構(gòu)掘進機是一種集

、

、襯砌等多種作業(yè)于一體的大型隧道施工機械。使用這種機械施工的方法叫

。7.鑿巖機本身由

機構(gòu)、

機構(gòu)、

機構(gòu)等組成。8.鑿巖臺車按鉆臂多少，可分為

臂、

臂和

臂式。自我檢測二二、選擇題1.壓縮空氣是驅(qū)動各種風(fēng)動工具的動力源，作為風(fēng)動工具、鑿巖機、風(fēng)鎬、氣動扳手、氣動噴砂等工具或設(shè)備的空氣動力。因此，有時又將空氣壓縮機稱為

。A.動力裝置；B.控制裝置；C.運動裝置；D.工作裝置2.柴油機產(chǎn)生的動力通過

傳給空壓機，空壓機產(chǎn)生的壓縮空氣送入儲氣筒內(nèi)儲存?zhèn)溆谩.液力變矩器；B.離合器；C.變速箱；D.液壓油缸3.雙螺桿式空壓機具有強制輸氣，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和效率高等優(yōu)點。它的缺點是

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

和

。A.溫度和壓力；B.溫度和流量；C.通徑和長度；D.工作壓力和流量自我檢測二5.破碎機按給料的粒度大小在

之間時，歸為中碎破碎機。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)隧道長度與隧道斷面直徑之比超過

時，采用掘進機開鑿經(jīng)濟性好。A.100；B.300；C.600；D.10007.鑿巖機設(shè)有除粉機構(gòu)，一般靠

經(jīng)釬子中心孔進入孔底，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.液壓油自我檢測三三、判斷題1.由于活塞式空壓機技術(shù)使用的年代已久，所以活塞式空壓機將有被其他壓縮機所取代的趨勢。()2.反擊式碎石機用于粗、中、細碎中等硬度以下堅硬性材料。()3.復(fù)擺式鄂式破碎機的