广东省环境地质勘查院 广州 510080
摘要：如何提高深基坑土方外运的效率一直是工程实践领域的一个课题。本文作者基于多年工程设备管理经验，提出了将挖掘机加长臂的改装方案，通过一系列防倾覆安全论证，证明加长臂挖掘机在作业中主要承担提升土方的功能，较大幅度提升了深基坑底层土方的外运效率，具有较高的安全性，经济效益显著。反斗吊杆臂中后部加装摄像头，进一步增强了挖掘机操作人员在幽暗基坑取土操控动作的准确性和安全性。
关键词：加长臂；挖掘机；深基坑；土方外运；加装摄像头
沿海城市某公司总部大厦项目包括2栋高层及商业裙楼等附属设施。其中1号高层办公楼35层，2号高层公寓30层，商业裙楼3～6层。高层及裙楼均采用钢筋混凝土结构，均设3层地下室；设计地坪标高均为4.300m。基坑的±0.00标高相当于绝对标高+4.3m，三层地下室基坑底相对相高-15.1m，开挖深度约11.0~15.0m，支护总长约555m，基坑面积约17000㎡，场地原始地貌单元属滨海滩涂，现已填石填土整平，现状地形为空地。基基坑土方开挖方案：基坑地下室区域主要设两道支撑梁，高层办公楼对应区域为三道支撑梁，东北角二层地下室区域设一道支撑梁。土方开挖按支撑梁的道数分层，第一层（-0.10m～-2.70m）、第二层（-2.70m～-5.70m）及第三层（-5.70m～-9.20m），支撑梁强度达到设计强度80%以上，随即进行下一层土方的开挖。一至三层土方采用放坡道路至基坑内直接装车外运；第四层土方（-9.20m～-15.10m）利用栈桥加长臂挖掘机吊土装车外运。
在完成一至三层放坡土方外运后，第四层土方的外运成为施工难题。问题是租用的PC-350型小松挖掘机最大勾取深度达不到15米。如果不进行改装，只能采取加装载物垂直提升机构的办法。而这一办法有三大缺陷，一是辅助加装时间长；二是由于基坑大体为狭长长方形，无论提升机构安装在何处，运输线路会越来越长，存在需要多次换位安装的问题；最不利的一点还在于第三点，由于堆放土方要运至垂直载物车内，无法实现装载的自动化，从堆土处到提升装车，只能由人工辅助装载完成，由于基坑主要在春季雨水多工况下进行，要在泥泞的基坑进行人工装土，效率之低可想而知。而业主方对工期又有较高要求。结合多年工程设备管理实践，作者等人向业主方提出了加长臂改装现有挖掘机的设想，取得了业主方的认同。
1.挖掘机改装
首先，经过测绘，我们决定将动臂加长2.2米左右，吊杆臂加长2.8米左右。二者合计在向下伸张长度增加了近4.7米，最大挖掘深度距地平面约16米，能够满足本次工程需要。我们采用与原臂杆同等厚度的钢板，分别在动臂和吊杆臂根部进行焊接加长改装。液压油输送管道只是按加装长度选择与管道同尺寸管材，联接安装即可。此外在吊杆中后部我们还加装摄像头、照明灯，图像通过电缆传输至加装在驾驶室的显示器上。这样整个改装就基本完成。
此外，本台挖掘机原来就进行了部分改装，履带轮从7对轮增加至8对轮，履带地面接触长度约5米，尾部配重6吨多，整个改装完成后由原来总重34.5吨，增至45吨，较好地提升了设备的稳定性。
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1.1平地空载试验
在焊缝外送无损探伤检验合格后，在业主方聘请的2名工程机械专家等专家组成的专家组的共同见证下，我们对改装反斗挖掘机进行了一系列安全实验测试：
空载实验既是改装效果综合检验必须的第一步，也是防倾覆安全论证的负荷最轻的实验检测。挖掘机操作人员在平地徐徐操控，动臂、斗杆、挖斗各液压缸、杆工作正常，如此反复4-5次，直至动臂、斗杆向上前方伸展至最大角度。设备运作良好，无任何抖动、倾覆迹象。随后再做4-5次90度旋转动作实验，也一切正常。
1.2下探空载实验
利用两条平行的第一道支撑梁板，在梁板上铺筑厚钢板，形成施工栈桥。加长臂挖掘机驶上栈桥，通过挖掘机姿势调整，让挖掘机履带和栈桥伸展方向垂直，即驾驶员正前下方为基坑底部堆土区。此次实验模拟整套挖土和提升，及90度旋转倒土动作，只是不实际挖土，反复实验4-5次，设备运作也一切正常。
1.3实际载荷实验
这一实验分三步进行，第一步：垂直挖土、提升负荷实验。预先准备2-3吨配重块，通过钢丝绳加挂在挖掘机尾部配重处，配重块置放于栈桥钢板之上，钢丝绳长度调整至刚刚绷紧的长度。挖取整斗土方，后提升，参与实验人员注意观察配重钢丝绳有无绷紧，特别注意观察动臂接近水平状态——即倾覆力矩最大时，挖掘机的机身稳定性。实验表明，钢丝绳并无绷紧受力，即并不需要额外配重。反复实验4-5次，设备运作良好。第二步：倒土防侧向倾覆实验。在不妨碍90度旋转动作情况下，尽量挖掘机操作人员向车身方向回收动臂和吊杆臂（为防止挖斗内土方散落，其实吊杆在提升过程与垂直方向始终保持内倾约15-20度）。在挖掘机尾部配重上方绑缚约1吨配重，挖掘机再进行90度转向倒土动作实验。随后移除额外增加配重，又反复实验4-5次，设备运作良好，无侧向倾覆隐患。
第一、二步实验表明，履带挖掘机自身稳定性良好，无需额外配重，无正向和侧向倾覆危险。随后进行第三步：负载整套动作安全实验，挖掘机挖土，提升，收臂，旋转90度倒土，反复实验4-5次，设备运作良好，发动机无异常抖动，液压缸工作正常，初步表明加长臂挖掘机可以胜任改装后工程任务。
1.4增加载荷实验
这一实验是对加长臂挖掘机承担深基坑底层土方外运这一特定工作任务，设备安全裕量的测试。实验同样分两步，一是预备配重块方案，二是完全不用配重块方案。具体步骤是，在勾取整斗土方后，参与实验人员将400公斤配重块加挂在勾斗处，观察挖掘机在增加这400公斤额外负荷能否同样完成整套动作。实验最终结果表明，在无需额外配重块下，改装后的挖掘机同样胜任。
由于在基坑底部，还配备1台ZL50装载机协助转装土，堆成土堆。即加长臂挖掘机并不承担挖掘坚实土层任务，主要职能就是勾取堆好的较松软土方，负责提升外运职能。额外增加负荷实验表明，有足够的安全裕量承担该项工作。
此外，在以防倾覆安全实验同时，我们对摄像头及摄像头灯光的具体安装角度进行了微调，实践表明在幽暗的基坑底部，驾驶员通过观察加装在驾驶室显示器，能够较好的进行姿态调控，动作更精确地靠近土堆，进行勾取土方动作。提高了工作效率和安全性。
随后，我们进行了工程实践操作，操作前我们对挖掘机操作人员上岗前进行了严格的操作规程培训，例如：整个作业过程的动臂、吊杆臂、抓斗的先后动作次序、动作速度、动作幅度等等规范，特别是禁止吊杆臂在下挖作业中大角度的外展。以及紧急情况的应急处理。
工程实践表明，加长臂反斗挖掘机在深基坑底部土方外运中的应用，具有较强的可行性，施工效率明显提高。这一方法适用于基坑辅助施工面积狭小（本工程四围均为市政道路或已有建筑），不适合放坡土方外运等场合。希望本文对一线施工人员有一定的启迪。
参考文献
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论文作者:江勇刚
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/3
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