渠道襯砌機在南水北調(diào)中線京石段工程中的應(yīng)用

任喜龍

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

渠道襯砌機在南水北調(diào)中線京石段工程中的應(yīng)用

任喜龍

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

渠道襯砌機在南水北調(diào)京石段工程施工中的使用，大大提高了渠道混凝土襯砌效率，取得了寶貴的施工經(jīng)驗。在介紹渠道襯砌設(shè)備施工工藝的基礎(chǔ)上，分析了PMCQ650型振動碾壓式襯砌機、SCFM系列振動滑模襯砌機、PHB型渠坡布料機及PHZ型渠坡振搗成型機的施工原理，及其在使用過程中的優(yōu)缺點。

南水北調(diào)；渠道；襯砌設(shè)備；施工

1 工程概況

南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程起點為河北省石家莊古運河樞紐，終點北京團城湖，全長306km。其中河北省境內(nèi)渠段總長227.4km，其中渠道長201.1km，建筑物長26.3km。全挖方渠道86.2km，全填方渠道9km，半挖半填渠道105.8km。渠道最大挖深40m，最大填高15m，渠道設(shè)計水深3.8～6m，土渠段縱坡為1/25 000，石渠段為1/20 000。

2 渠道襯砌結(jié)構(gòu)及襯砌施工工藝

2.1 襯砌結(jié)構(gòu)型式

京石段應(yīng)急供水工程渠道采用全斷面現(xiàn)澆混凝土襯砌，填方渠道襯砌至堤頂，挖方渠道襯砌至一級馬道。渠段襯砌板厚度為邊坡10cm、渠底8cm，河灘地段邊坡和渠底均為15cm。襯砌板下面采用復(fù)合土工膜加強防滲。為防止渠道凍脹對混凝土襯砌板的破壞，渠基采用鋪設(shè)聚苯乙烯保溫板或換填砂礫料的防凍脹措施。

混凝土襯砌板設(shè)縱橫向分縫，以滿足沉降變形和溫脹要求。土渠段現(xiàn)澆混凝土縱、橫縫間距為4m，石渠段縱、橫縫間距為6m。分縫類型分為半縫和通縫，半縫切割深度為混凝土板厚的0.7～0.75倍,縫寬1cm；通縫貫穿混凝土襯砌板，縫寬2cm，如采用切割的方法，切割深度宜為混凝土板厚的0.9倍。襯砌分縫填料上部2cm厚采用聚硫密封膠，下部選用聚乙烯閉孔泡沫板填充。

2.2 襯砌施工工藝

目前我國的渠道襯砌機械化施工剛剛起步，通過京石段應(yīng)急供水工程渠道襯砌機械化施工，已經(jīng)探索出一套較成熟的施工經(jīng)驗。結(jié)合南水北調(diào)渠道的結(jié)構(gòu)特點，主要工藝流程如圖1所示。

3 渠道襯砌設(shè)備的分類和特性

渠道襯砌機主要可以分為兩大類[2]：滾筒式渠道襯砌機和滑膜式渠道襯砌機。

滾筒式渠道襯砌機由旋轉(zhuǎn)滾筒式修坡機、皮帶輸送布料機、震動滾筒碾壓式混凝土襯砌成型機、混凝土分縫和養(yǎng)護臺車組成?；な角酪r砌機由回轉(zhuǎn)鏈斗式修坡機、內(nèi)置式插入振搗滑膜混凝土襯砌成型機、混凝土分縫和養(yǎng)護臺車組成。

圖1 渠道襯砌混凝土施工流程

渠道襯砌機有履帶式、軌道式2種行走方式。履帶式渠道襯砌機行走通過性好，能自由轉(zhuǎn)動調(diào)整機器行走方向，若空間許可，可自行穿過較大的建筑物。主要采用輔設(shè)導(dǎo)向線，由傳感器通過電腦程序控制液壓閥，控制整個液壓系統(tǒng)，導(dǎo)向定位，實現(xiàn)整機協(xié)調(diào)工作。軌道式襯砌機道軌可循環(huán)使用，機械自重較小，比履帶式襯砌機靈活。主要靠道軌來控制方向、定位，履帶式主要是采用輔設(shè)導(dǎo)向線，由傳感器通過電腦程序控制液壓閥，控制整個液壓系統(tǒng)，導(dǎo)向定位，實現(xiàn)整機協(xié)調(diào)工作。

4 渠道襯砌機的應(yīng)用

機械化襯砌具有混凝土均勻、密實性好、質(zhì)量好，而且施工速度快、工程壽命長、經(jīng)濟效益好等特點，國外渠道機械化襯砌成型設(shè)備已有幾十年的發(fā)展歷史，其中以美國高馬克（Gomaco）、意大利瑪森薩（Massenza）及德國維特根等公司的產(chǎn)品最具有代表性。國內(nèi)，南水北調(diào)東線濟平干渠的施工中使用了渠道襯砌設(shè)備，積累了寶貴的施工經(jīng)驗，并且在引進、試驗、改進和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的渠道混凝土機械化襯砌成型設(shè)備[3]。

在南水北調(diào)中線京石段施工中，所有渠道標段都使用了渠道混凝土襯砌機，使用比較多的主要是洛陽麗銘機器設(shè)備公司制造的PMCQ650型振動碾壓式襯砌機，山東水總機械工程有限公司制造的SCFM系列振動滑模襯砌機和山東蒙陰市政建安處制造的PHB型渠坡布料機及PHZ型渠坡振搗成型機。

4.1 PMCQ650型振動碾壓式襯砌機

PMCQ650型多功能渠道坡面襯砌機是由中國水電十一局參考國內(nèi)外同類機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能特點，結(jié)合南水北調(diào)工程京石段施工的實踐經(jīng)驗，自行研發(fā)的一種渠道坡面混凝土施工專用設(shè)備。

PMCQ650型渠道襯砌機將混凝土布料、振搗、軋實布置在同一臺機架上，實現(xiàn)了功能一體化。機身框架采用優(yōu)質(zhì)矩形鋼管焊接而成，強度高，重量輕，按所需長度拼接，便于運輸和拆裝，機架高度采用電動調(diào)節(jié)，更換機架鉸接處的聯(lián)結(jié)螺栓位置可以調(diào)整坡比，適用于大面積襯砌作業(yè)。布料車和振搗攤鋪車采用鋼絲繩或鏈條牽引傳動，運行平穩(wěn)，電機采用變頻制動專用電機，運行速度可隨意調(diào)整[4]。

振搗作業(yè)需沿機架上的軌道在整個襯砌寬度作往復(fù)運動，借助由平板振搗器和插入式振搗器構(gòu)成的組合振搗器對混凝土料實施振搗整平作業(yè)。壓光輥整平碾壓，可使成型后的混凝土表面密實平整。

優(yōu)點：功能集中，機身輕，便于安裝、拆卸和搬運，價格便宜。

缺點：①因PMCQ型襯砌機機身輕、絎架剛度小，振搗時機架易發(fā)生共振，振搗效果較差。雖然施工單位采取了一些改造措施，但仍需人工用平板振搗輔助才能達到密實度要求。②混凝土布料、攤鋪需人工輔助，抹面壓光機械化程度低，需使用大量的勞動力。施工人員的頻繁踩踏走動，影響土工膜和保溫板的穩(wěn)定，對渠道基面也有一定破壞。

4.2 SCFM系列振動滑模襯砌機

SCFM系列振動滑模襯砌機在南水北調(diào)東線濟平干渠的渠道施工中使用，取得了很好效果，在京石段的施工中也贏得了各參建單位的好評。SCFM系列振動滑模襯砌機主要由行走系統(tǒng)、升降調(diào)整系統(tǒng)、皮帶機布料系統(tǒng)、框架料倉結(jié)構(gòu)、自動控制系統(tǒng)等部分組成。襯砌機側(cè)面設(shè)有分倉料斗，布料采用皮帶機輸送，自行式滑動刮刀分料到各倉。每個分倉料斗內(nèi)，設(shè)有低壓高頻自振式振搗棒，順坡方向布置，高度可調(diào)節(jié)，可保證混凝土振搗密實。料倉后面的檔板兼作滑模板，靠設(shè)備自重擠壓成型。

優(yōu)點：SCFM系列振動滑模襯砌機襯砌效果好，對于襯砌厚度厚的渠道尤為明顯，施工速度快。

缺點：襯砌機設(shè)備較重，對坡長適應(yīng)能力較差，不能現(xiàn)場改裝，機械化程度不高，需要人工輔助抹面；設(shè)備價格比較貴。

4.3 PHB型渠坡布料機及PHZ型渠坡振搗成型機

本襯砌機系統(tǒng)是由PHB型渠道坡面混凝土布料機和PHZ型渠道坡面混凝土振搗成型機兩臺機器組成，每臺機器都有獨立的機架，自成系統(tǒng)。拌和好的混凝土通過上料皮帶機運送到PHB型布料機的進料斗，而后由布料機的螺旋布料器將混凝土從上向下運輸?shù)絺}面，刮板機構(gòu)的刮刀控制混凝土的攤鋪厚度，并將混凝土均勻的攤鋪在渠坡表面。PHZ型渠坡振搗成型機上裝有螺旋輸送均料器和振搗器，對渠道坡面已經(jīng)攤鋪好的混凝土進行自動振搗成型。

優(yōu)點：采用雙螺旋布料系統(tǒng)，布料均勻；與布料系統(tǒng)分離的振搗系統(tǒng)，桁架整體重量及剛度較大，克服了PMCQ650型襯砌機振搗時易共振的缺點，振搗振搗效果較好；價格適中。

缺點：機身體積、自重大，功能分散，搬運、拆卸不方便。

5 結(jié)語

南水北調(diào)工程的建設(shè)時間緊、工程量大、要求質(zhì)量高，采用渠道混凝土機械化襯砌成型設(shè)備是保證施工質(zhì)量、提高施工速度、降低工程運行成本的必然選擇。渠道襯砌機在南水北調(diào)京石段工程施工的廣泛使用，大大提高了渠道混凝土襯砌效率，取得了寶貴的施工經(jīng)驗。

在渠道混凝土襯砌施工中也存在著一些問題，值得進一步研究和解決：①目前南水北調(diào)工程中使用的渠道襯砌設(shè)備種類很多，部分為施工單位自行研制生產(chǎn)，渠道混凝土的襯砌質(zhì)量也參差不齊，有待建立一個統(tǒng)一的標準來規(guī)范襯砌設(shè)備的生產(chǎn)和使用。②當前渠道機械化襯砌的自動化水平普遍不高，施工中需要大量的人工輔助生產(chǎn)；與渠道襯砌機配套的一些機械設(shè)備需要進一步開發(fā)，如渠道削坡機、抹光機等，人工削坡、鋪膜等工序不能同步完成，一定程度上限制了襯砌機的施工速度。

［1］韓其華，祝鳳山.南水北調(diào)工程渠道機械化襯砌技術(shù)研制概況［J］.水利水電科技進展，2006（1）.

［2］瞿瀟.渠道混凝土機械化襯砌技術(shù)研究［D］.南京：河海大學，2006.

［3］高海成，余良碧，張智宏.振碾式渠道混凝土襯砌機施工技術(shù)應(yīng)用［J］.南水北調(diào)與水利科技,2007（5）.

［4］余良碧.振碾式渠道混凝土襯砌機在南水北調(diào)渠道混凝土襯砌施工中的應(yīng)用［J］.河北水利,2008（5）.

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1672-9900（2011）03-0086-02

2011-03-09

任喜龍（1980—），男（漢族），河北懷安人，工程師，主要從事水利水電工程規(guī)劃設(shè)計工作，（Tel）022-26154916。