機械化襯砌設(shè)備在渠道工程中的應(yīng)用

趙永成

中國水電建設(shè)集團十五工程局有限公司，中國·陜西 西安 710000

1 國際渠道機械化襯砌設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀研究

1.1 國際渠道機械化襯砌設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀

相對于中國而言，其他國家利用機械化襯砌技術(shù)的時間比較長，已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史了，這是因為發(fā)達國家重視工業(yè)化發(fā)展的時期比較早，而且在技術(shù)的影響下開展了大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用，為機械化襯砌設(shè)備的功能完善和技術(shù)創(chuàng)新提供了背景。從最初簡單的、半人工半機械化的襯砌工具轉(zhuǎn)變成為現(xiàn)如今可以在電腦操控下，實現(xiàn)自動化工作模式的機械化襯砌設(shè)備。在國際大多數(shù)的機械化襯砌設(shè)備都來自于五家公司，分別是美國的高馬克(Gomaco)公司、意大利的瑪森薩(Massenza)公司、美國的G&Z 公司、美國的拉克·漢斯（Racho.Hasson)公司以及德國的維特根(Wirtgen)公司。在這五個公司所加工生產(chǎn)出來的機械化襯砌設(shè)備都需要借助燃油機來提供基礎(chǔ)的功能進行轉(zhuǎn)化和工作，也已經(jīng)在長期的發(fā)展過程中不斷改進和完善，將機械、液壓以及自動化集合在一起，成為功能完善、性能穩(wěn)定的機械化襯砌設(shè)備代表。

1.2 中國渠道機械化襯砌設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀

在受到了社會基礎(chǔ)建設(shè)需求以及城市區(qū)域聯(lián)動發(fā)展的影響下，中國在1952年開始構(gòu)想建設(shè)南水北調(diào)工程，解決北部地區(qū)用水難的問題，在2012年南水北調(diào)工程中線開始建設(shè)，最終形成了“四橫三縱”的水網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了中國水資源的平衡性和穩(wěn)定性。在建設(shè)南水北調(diào)工程的時候，機械化襯砌設(shè)備的使用和研究還處于初級階段，受到環(huán)境和技術(shù)的影響并沒有發(fā)揮出較大的作用，而在南水北調(diào)中線干線建設(shè)的過程中，京石段渠道工程開始借助大規(guī)模的機械化襯砌設(shè)備進行工作，使相應(yīng)的機械化襯砌技術(shù)應(yīng)用開始步入正軌。于是，中國開始進行渠道工程中機械化襯砌技術(shù)的應(yīng)用立項研究，旨在通過自身的努力來獲取相應(yīng)的技術(shù)，最終在2005年建設(shè)完成了機械化襯砌設(shè)備樣機的調(diào)試工作，采取皮帶輸送式和振動滾筒式的工作模式，幫助渠道機械化襯砌設(shè)備的應(yīng)用性提升。但是在面對特殊地形和情況的時候，該種類型的機械化襯砌設(shè)備還存在一定的不足，這就需要借助國際較為先進的渠道工程建設(shè)經(jīng)驗，來完善機械化襯砌設(shè)備的功能，實現(xiàn)小破、噴乳化瀝青、混凝土澆筑、美縫等工序的一條龍實施。這主要是在意大利瑪森薩（MASSENZA）公司和美國GOMACO、G&Z、RACHO·HASSION 公司的機械化襯砌設(shè)備幫助下實現(xiàn)的，并及時完善了中國山東境內(nèi)GOMACO-C450 渠道工程的建設(shè)。在2004年年底的時候，中國水利部正式批準并成立了渠道工程機械化襯砌設(shè)備的建設(shè)項目立項，并研制開發(fā)出了適合中國基本國情的、能夠順應(yīng)中國復(fù)雜地勢條件的CCFM 系列振動碾壓襯砌設(shè)備、SCFM 系列振動滑模成套設(shè)備、CCFM05—I、SCFM05—I 系列成型機、CCFM05—Ⅱ、SCFM05—Ⅱ系列成型機等。自此以后，中國展開了機械化襯砌設(shè)備的自主創(chuàng)新和使用，并重點對渠道工程中的機械化襯砌設(shè)備進行研究分析，使相應(yīng)的技術(shù)和功能變得越來越完善，解決了渠道工程建設(shè)慢、建設(shè)難的問題[1]。

2 渠道工程中機械化襯砌設(shè)備的基礎(chǔ)構(gòu)成

在渠道工程的建設(shè)過程中進行襯砌工作的安置和落實是必然的步驟，但是由于渠道工程在不同區(qū)域、不同需求的影響下，其橫截面寬度會有所差異，尤其是橫截面寬的渠道工程，必須要借助機械化襯砌設(shè)備才能夠滿足相應(yīng)的施工要求。這是因為機械化襯砌設(shè)備的穩(wěn)定性和組合型比較顯著，在長期的工作過程中能夠隨著環(huán)境的變化而進行自身調(diào)整，以適應(yīng)長距離、大斷面的渠道工程建設(shè)。它的存在和應(yīng)用使渠道工程在攤鋪布料的過程中保持勻速和平面穩(wěn)定，而且還對渠道平面和側(cè)壁做出了密實、壓光、平整和切縫處理，使渠道工程從結(jié)構(gòu)到質(zhì)量，再到美觀，每一個工程需求都得到了極大的滿足，產(chǎn)生的工程效果也十分穩(wěn)定。而且對于機械化襯砌設(shè)備來說，其本身所具備的優(yōu)點很顯著，在實際應(yīng)用到渠道工程中的時候，能夠滿足多種功能的需求，而且很智能化、機械化和自動化，對于人力資源的消耗來說起到了節(jié)約化的作用，最終成為一個現(xiàn)代化的施工機械，還幫助渠道工程的施工單位加快了工作效率、提升了工作質(zhì)量、節(jié)省了工作消耗。一般來說，渠道工程中所使用的機械化襯砌設(shè)備是由四部分組成的，這一點中國和國際并無明顯差異，在采購的時候也會直接采購一套四個組成部分，便于后期工程的推進。機械化襯砌設(shè)備主要包括混凝土布料機、混凝土襯砌機、工作橋以及混凝土養(yǎng)護車四個部分，這是由于混凝土的穩(wěn)定性強，而且易成型，采取該種材料作為渠道工程的基礎(chǔ)構(gòu)造對于后續(xù)的使用是一種關(guān)鍵的保障。

對于渠道工程中所使用機械化襯砌設(shè)備的行進模式來說，分為軌道式、輪胎式、履帶式三種。在當下的渠道工程建設(shè)過程中，這三種模式或單一、或結(jié)合都被有效地應(yīng)用，雖然各有利弊，但是最終都將促進整個渠道工程的建設(shè)完善。對于混凝土攤鋪機來說之前是利用軌道模式行進的，但是在一些地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域來搭建工程軌道會消耗大量的人力、物力和財力，因此現(xiàn)在主要采取了履帶式的行走模式，減少了軌道建設(shè)的資源損耗。對渠道工程的斜坡進行襯砌的時候，則使用軌道式比較多，這是因為軌道在渠道工程中建設(shè)完成以后，整個渠道工程的斜坡襯砌都能夠使用這一模子，則起到了降低成本的作用。但無論是機械化襯砌設(shè)備采取何種行走的方式，都需要在液壓馬達驅(qū)動的作用下來完成相應(yīng)的工作[2]。

3 渠道工程機械化襯砌設(shè)備的施工工序

一般來說在進行渠道工程新建的過程中，需要在挖掘機、推土機、壓路機等多種設(shè)備的作用下使渠道的橫斷面及時成型，以達到襯砌對土方基礎(chǔ)的要求，然后進行機械化襯砌工作處理。

渠道工程機械化襯砌設(shè)備的施工工序包括：第一步要將按照比例混合好的混凝土運輸?shù)叫枰r砌的渠道工程上；第二步需要機械化襯砌設(shè)備將已經(jīng)抵達的混凝土攤開鋪平，便于振動密實設(shè)備來完成混凝土砌筑和提漿工作；第三步是需要對渠道襯砌面做好壓光處理，要求機械化襯砌設(shè)備采取滾筒式的壓光裝置，還可以在襯砌面上借助圓盤成型刀做好切縫處理；第四步要求使用工作橋進行問題的修補和缺陷的解決，一般是會采取人工的模式，減少渠道工程的投入和浪費；第五點則是要重視混凝土的保養(yǎng)，防止外部壓力或者環(huán)境問題使混凝土襯砌出現(xiàn)裂縫和塌陷，影響整個工程的質(zhì)量[3]。

4 機械化襯砌設(shè)備在渠道工程中的應(yīng)用

北疆某大型渠道技改項目，總干渠排水改造變更后斷面如圖1所示：總長240km；渠道總高7.5m；邊坡坡度1：1.5；上開口33.6m。改造位置為渠底段，由六棱板改為澆筑10cmC30F300W6 砼，改造后渠底為弧形，半徑8.472m，圓心角53 度，弧長7.83m，改造向兩側(cè)邊坡各延伸90cm，整個改造斷面長度9.63m。項目計劃工期三年，每年的有效工期為3月20 ～5月1日，10月10日～11月30日，（5月1日～10月1日為通水期）。為確保技改項目質(zhì)量、進度、安全，項目組和建設(shè)方在總結(jié)中國、其他國家引水渠道項目采用機械化襯砌設(shè)備經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，聯(lián)合開發(fā)、研制了渠道技改襯砌設(shè)備組，有效的解決改造工程效率和工程質(zhì)量穩(wěn)定性的問題。整個技改項目劃分為三個段落實施，每個施工段落配置4 套渠底仝襯砌設(shè)備，共配置設(shè)備12 套，設(shè)備費用3000 萬元。施工工期由人工襯砌的7年縮短為3年，效率提升57%。襯砌設(shè)備的應(yīng)用提質(zhì)增效明顯，項目的社會和經(jīng)濟效益顯著[4]。項目通水后將有效改善沿線農(nóng)業(yè)、工業(yè)、市政、居民用水難問題。技改項目改造斷面和襯砌設(shè)備組如圖2所示。

圖1 總干渠排水改造變更后斷面圖

圖2 技改項目施工程現(xiàn)場

5 結(jié)語

綜上所述，由于中國水資源調(diào)配還處于一個動態(tài)變化的可持續(xù)發(fā)展過程中，雖然當前建設(shè)已經(jīng)取得了一定的成就，但是還有大量的水利設(shè)施建設(shè)工作需要完成。對于水利工程的建設(shè)而言，加強渠道工程中機械化襯砌設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用能夠幫助整個工程提質(zhì)增效，促進其穩(wěn)定性得到保障，這對干渠運行管理及維護來說具有關(guān)鍵的意義。為了促進渠道工程機械化襯砌技術(shù)的應(yīng)用，就需要根據(jù)相應(yīng)工程的特點，結(jié)合機械化襯砌設(shè)備的優(yōu)勢做好工序設(shè)計和應(yīng)用經(jīng)驗總結(jié)，為后續(xù)渠道工程施工的全自動化和智能化提供技術(shù)及經(jīng)驗支持。