引江济淮工程提高土方开挖效率的实践应用

王勋 傅兆藩 余朝伟 阳芳

摘 要：引江济淮工程是国务院确定的全国172项节水供水重大水利工程之标志性工程，沟通长江、淮河两大水系，是跨流域、跨省重大战略性水资源配置和综合利用工程，全线输水线路总长723km，其中新开河渠88.7km、利用现有河湖311.6km、疏浚扩挖215.6km、压力管道107.1km。引江济淮工程新开河渠土石方开挖量巨大，因而科学合理地进行土石方开挖对全线施工建设进度有着重要意义，本文以江淮沟通段施工J007-2标为实践对象，分析影响土方开挖的主要影响因素，以提高土方开挖效率为目的，制定相应的实施对策。

关键词：引江济淮;土方开挖;提高效率

中图分类号：TV522           文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）10-0136-03

1工程简介

引江济淮工程江淮沟通段施工J007-2标位于江淮分水岭（见图1），总长2.40km，为岗地新开挖渠道，河道底宽60m，坡口最大宽357m，土石方开挖合同总量1792万m?，最大开挖深度达46.4m，开挖深度为全线最深。坡面每高6m设一级平台，最大开挖处有7级平台、8级边坡。设计输水流量290m?/s，最高通航水位23.86m，设计百年一遇防洪水位25.53m。

2施工现场情况调查

根据施工J007-2标工程进度计划目标，土方日开挖量需达到10万m?/d方可满足要求，而现有施工效率平均为6万m?/d。通过对现场开挖区域集中调查：现有挖掘机25辆，装车平均效率约为5.1min/车，现场每日工作20h（含夜间施工），预计土方最大开挖效率可达到11.76万m?/d[25×20（h）×60（min/h）÷5.1（min/车）×20（m?/车）=11.76（万m?/d）]。

3 影响开挖效率要因分析

通过施工现场情况调查，理论上土方日开挖量可达到11.76万m?/d。为找出影响土方开挖效率各方因素，成立调查小组，深入现场、查阅资料、召开专题会议，运用头脑风暴法，从人员、机械、环境、方法、材料、测量共六大方面，系統分析影响土方开挖效率的各类原因，并绘制出相应的“鱼刺图”（见图2）。

通过鱼刺图分析共找出10个末端原因，针对这10个末端原因进行逐条确认、识别，最终确定了影响土方开挖效率的3个主要原因（见表1）。

3.1 机械原因

通过对现场25台挖掘机与自卸车数量搭配统计，发现6台挖掘机与自卸车搭配合理，始终维持每台挖掘机有3或4辆自卸车等待装土;19台挖掘机与自卸车搭配不合理，其中11台挖掘机有4辆以上自卸车排队等待装土，造成自卸车运输效率降低，8台挖掘机前面部分时间存在无自卸车现象，造成挖掘机开挖效率降低。大部分挖掘机与自卸车搭配不合理，极大影响了土方开挖效率。

3.2 环境原因

本工程区域地质条件复杂，且该标段土方为膨胀土。膨胀土是一种浸水后体积剧烈膨胀，失水后体积显著收缩的黏性土。雨后施工现场湿泥平均厚度达22cm，导致施工道路泥泞、湿滑（见图3），机械设备无法正常通行及作业，严重制约土方开挖效率。

3.3 方法原因

通过试验实测，挖掘机正向开挖施工平均每车装车用时约4.77min，然而根据现场实际施工统计发现，少量挖掘机开挖未按施工组织实施，开挖深度过大，造成挖掘机需位于开挖工作面以下、背对开挖工作面装车，开挖装车回转180度左右，大大降低了挖掘机有效工作时间，平均装车用时需7～8min，严重影响了挖掘机装车效率（见图4）。

4提高开挖效率对策方案

针对影响土方开挖效率的要因，依据现有的施工条件，提出了三大要因的相应对策实施方案，并从可行性、有效性、经济性、可靠性、时间性各方面进行对比分析，最终确定了相应的对策方案（见表2）。

4.1 合理搭配挖掘机与自卸车数量

（1）挖掘机满负荷运行、自卸车无长时间等待则效率最高。假定正常工况下，每台挖掘机的装车用时相等，则每台挖掘机应搭配的自卸车数量应与自卸车所需运输时间成正比，而自卸车运输时间则与运距成正比。现场开挖区域至弃渣点运距分别为3km、4km，通过现场实测，50辆自卸车往返3km、4km平均用时分别为28.6min和33.7min;挖掘机平均装车用时4.77min，由理论计算可得，运距3km时挖掘机理论配置6辆自卸车最优，运距4km时挖掘机理论配置7辆自卸车最优。

（2）为进一步确定挖掘机与自卸车搭配数量，依据上述理论配置数量，同时考虑自卸车等待时间，采用水平对比进行现场测试，运距3km时搭配6辆、7辆、8辆自卸车时平均日总运输为101、128、107车次;运距4km时搭配7辆、8辆、9辆自卸车时平均日总运输为97车次、129车次、113车次，通过现场实测，运距3km时挖掘机实际配置7辆自卸车最优，运距4km时挖掘机实际配置8辆自卸车最优。

4.2 做好施工便道防雨措施

（1）为尽可能减少降雨对施工进度造成的影响，主要从雨前预防和雨后修复两方面进行处理。雨前组织人员对施工道路采取塑料薄膜覆盖措施，减少降雨对路面造成的泥泞破坏;同时为防止降雨或其它途径来水进入渠道基坑和构筑物基坑内，在渠道两侧坡顶位置及沿渠道走向的开挖面两侧各设置一条排水沟，同时在渠道中间设置集水井，用来汇集地下水和边坡层间滞水（见图5），在集水井内配污水泵，及时将积水抽排到基坑顶部的排水沟。

（2）雨后为尽快具备施工条件，抓紧道路修复工作，对施工便道路面采取洒石灰（见图6）或铺煤渣、覆盖防水薄膜（见图7）的方式，以降低路面土壤含水率，对于局部泥泞部位，则采取铺设钢板的方法，保证施工便道尽快恢复通行。

（3）通过采取“雨前预防、雨后修复”措施，雨后道路的湿泥平均厚度由22cm降低到了5cm以内，雨前雨后施工便道湿泥厚度对比折线图（见图8），极大地减少了降雨对施工进度造成的影响，路面水分经蒸发后，最快可于雨后6h内复工。

4.3 采取有效开挖方式

为实现挖掘机高效率工作，避免摆臂回旋角度过大，渠道开挖采用顺渠道方向分层、分段同步后退开挖的方式进行，每层开挖深度控制在3.0m左右，开挖边坡1：3，并逐层向下开挖。挖掘机位于平台上方，后退方向挖土，自卸车停在挖掘机的正向或侧向装土，铲臂卸土回转角度小于90度（见图9）。通过组织实施，开挖装车平均时间为4.6min，大大提高了工作效率（见图10）。

5结论

基于引江济淮工程的特殊性，工期紧、任务重，土方开挖为大部分标段的关键任务之一。本文所提出的提高土方开挖效率的分析路径及对策是根据江淮沟通段施工J007-2标实践成果得出，依据各标段不同特点，需结合各自施工进度计划，进一步细化施工组织，重点可从机械配置、开挖方式等方面加强科学管理，做好施工便道降雨前后通行保障工作，提前开挖排水沟、集水井将渠道内积水引排出去，从而有力提高工作效率，保障施工工期。

参考文献：

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