淺析全斷面振搗連續(xù)滑模襯砌機在水利工程施工中的研發(fā)及應(yīng)用

□王 磊

在小斷面渠道襯砌施工中，現(xiàn)有的中小型襯砌機施工方法存在進度緩慢、價格昂貴等不利因素，梯形渠道全斷面振搗連續(xù)滑模襯砌機的研發(fā),可通過對同一臺設(shè)備的調(diào)整和更換不同配置，來滿足多種斷面的施工，進而縮短工期、提高效率，實現(xiàn)社會效益和使用價值。

1.項目基本情況

1.1 研發(fā)背景

在水利建設(shè)施工中，小斷面渠道應(yīng)用廣泛。這種渠道襯砌特點是混凝土厚度薄，襯砌斷面邊緣變化多。如果采用傳統(tǒng)工藝，分渠坡、渠底分別跳倉襯砌，不僅費時費工，還不容易保證質(zhì)量。

1.2 工程概況

在海南省紅嶺罐區(qū)工程東干支渠Ⅲ標中，共有6 條支渠，總長65km。該標每條支渠都是小斷面渠道，各支渠雖然梯形斷面形狀相同，坡比一致，但底寬和高度存在多種規(guī)格，其中需襯砌的梯形渠道總計長度達65km,底寬特征值0.5m～1.2m、渠高1.053m～1.979m，要求現(xiàn)澆混凝土為C30。該標計劃工期720日歷天，地處海南省屬亞熱帶島嶼季風氣候區(qū)，降雨豐富且強度大、臺風暴雨多、每年5月—11月為雨季，若采用傳統(tǒng)工藝，分渠坡、渠底，跳倉襯砌，施工工序多，施工控制與質(zhì)量控制點多，工期長，費用高，施工壓力非常大。

1.3 對策措施與收益

為保證工程施工工期和施工質(zhì)量，節(jié)省施工費用，根據(jù)施工現(xiàn)場渠道特點和施工經(jīng)驗，對襯砌方案進行優(yōu)化，通過研發(fā)梯形渠道全斷面振搗連續(xù)滑模襯砌機，由分渠底、渠坡襯砌施工改為全斷面襯砌機一次成型的施工方案。此設(shè)備在海南省紅嶺罐區(qū)東干支渠Ⅲ標工程施工中創(chuàng)造產(chǎn)值889.76 萬元，節(jié)約造價49.51 萬元，取得了較好的經(jīng)濟效益。

2.全斷面振搗連續(xù)滑模襯砌機的工作原理、設(shè)計及組成

此次研發(fā)的全斷面振搗連續(xù)滑模襯砌機，可以實現(xiàn)連續(xù)澆筑，襯砌過程為滑模收面、壓頂,使渠道表面光滑密實、美觀，防滲效果好,斷面標準，一次成渠，功效高，解決了現(xiàn)有滑模襯砌存在的平整度差、施工接縫多、漏振、麻面缺陷等問題，施工質(zhì)量、施工速度均有極大提高。

2.1 工作原理

采用擠壓成型工藝,全斷面一次成型;同時，將混凝土施工中的布料、振搗、抹平等工序集成在較短的縱向空間內(nèi)依次有序完成，實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。

2.2 相關(guān)設(shè)計參數(shù)確定

依據(jù)《水工建筑物滑動模板施工技術(shù)規(guī)范》《機械設(shè)計手冊》及相關(guān)軟件，并使混凝土按設(shè)計的尺寸成型要求，分別進行了新澆混凝土對模板側(cè)壓力、激振力產(chǎn)生的側(cè)壓力計算，面板強度驗算、撓度驗算及面板靜應(yīng)力分析，桁架梁（主橫梁）靜應(yīng)力分析，牽引機構(gòu)計算，通過計算分析確定了設(shè)備參數(shù)，見表1。

表1 設(shè)備參數(shù)表

2.3 設(shè)備組成

襯砌機主要分為：行走、混凝土入倉、振搗、成型系統(tǒng)。

行走系統(tǒng)由發(fā)電機帶動直連臥式擺線針輪減速機、牙嵌式電磁離合器、鏈輪鏈條、卷筒、鋼絲繩、地錨、滾輪、兩側(cè)軌道從而實現(xiàn)牽引襯砌機在兩側(cè)軌道上連續(xù)行進。

混凝土入倉系統(tǒng)由分料斗和導(dǎo)向模塊組成，料斗中間隔板將料分離，導(dǎo)向模沿挖好的梯形槽行走，且導(dǎo)向模與成型模的尺寸差為混凝土厚度。

振搗系統(tǒng)由YZS 系列振動電機和成型模組成，振動電機的激振力為8KN，振動頻率為1500r/min。當漿料達到一定倉位后，啟動振搗系統(tǒng)，整機運行能確?；覞{的密實度、混凝土混合料的均勻性和提漿效果，進行混凝土襯砌工作。

成型系統(tǒng)是由成型模和其上部的牽引機構(gòu)組成，成型模和振搗系統(tǒng)的連接采用柔性連接。此成型系統(tǒng)整體襯砌成型好，混凝土表面光滑平整，無錯臺。通過更換、調(diào)整收邊器上不同的配置適應(yīng)不同坡長的需要。

全斷面振搗連續(xù)滑模襯砌機設(shè)備組成圖，見圖1。

圖1 全斷面振搗連續(xù)滑模襯砌機設(shè)備組成圖

3.施工工藝流程

施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

基面開挖、驗收。渠道襯砌前，基面用專用成型挖斗進行開挖、并驗收合格；襯砌機就位。將襯砌機放置渠道中心，調(diào)整襯砌機，使襯砌機導(dǎo)向模、振動模、成型模和渠道中心在同一直線上，然后再調(diào)整收邊器的高度，使收邊器底面與渠道設(shè)計深度相等。在襯砌機前方固定定滑輪牽引點，通過鋼絲繩與襯砌機牽引系統(tǒng)連接；混凝土入倉。入倉的混凝土要保證質(zhì)量，應(yīng)嚴格控制混凝土的配合比，檢查混凝土拌和的均勻性、坍落度；襯砌。襯砌時，填料到料倉2/3 處后，先開啟振動，再開啟卷揚機行走，邊行走邊填料保證倉位，配合人工收面；養(yǎng)護。襯砌后，要按規(guī)范要求進行養(yǎng)護。

4.效益分析

4.1 工程施工效益分析

從表2 中可以看出，襯砌機節(jié)約人工成本約60%，同時大大節(jié)約了模板安裝、拆除等費用，施工效率明顯提高。

表2 常規(guī)襯砌方案與襯砌機襯砌方案人工消耗對比分析表

4.2 社會效益分析

全斷面振搗連續(xù)滑模襯砌機的研發(fā)成功，不僅有利于企業(yè)成長、進步和競爭力的提高，也可以廣泛用于農(nóng)田水利、土地整改、公路溝渠排水、鐵路溝渠排水、城市溝渠排水等各種梯形渠道混凝土的襯砌，為社會效益創(chuàng)造更大價值。

5.推廣及應(yīng)用前景

全斷面振搗連續(xù)滑模襯砌機研發(fā)成功后，即時應(yīng)用到海南省紅嶺罐區(qū)工程東干支渠渠道襯砌中，高功效，高質(zhì)量完成施工任務(wù)，受到業(yè)主及監(jiān)理一致好評，同時預(yù)售3 臺，社會效益明顯?？梢娦∏廊珨嗝嬲駬v連續(xù)滑模襯砌機的應(yīng)用,對于提升水利工程的建造效益和施工效率具有非常關(guān)鍵的作用,有著巨大的使用前景。