渠道混凝土衬砌

1．概述

由我局先期承建的南水北调中线京石段应急供水工程滹沱河倒虹吸工程Ⅱ标段，工程位于河北省正定县内，为南水北调中线总干渠的一部分，是南水北调先期开工的大型建筑物之一。工程由倒虹吸管身段、出口闸室段、出口渐变段、明渠段及附属建筑物组成。本标段总长1409.16m，其中明渠段202.16m。本标段渠道工程属河滩地段渠道，渠道过水断面采用梯形断面，整个过水断面采用现浇混凝土衬砌。渠底宽度为21m，两侧渠坡衬砌长度为22～27m ,衬砌坡长为21.98m，坡度为1：3，渠道内过水深度约为5m，设计流量为150～170m3/s。

渠道断面结构为：渠坡和渠底顶部15cm厚的素混凝土衬砌板，衬砌板下铺二布一膜的复合土工膜防渗层，防渗层下面铺设有20～35cm厚砂砾料保温层，保温层底部为渠道开挖的建基面。

另由我局承建的南水调中线京石段应急供水工程渠道项目S6标段，与滹沱河倒虹吸出口渠道相连。该标段工程是以渠道工程为主，渠道全长6.6km，属一般渠道段。渠道断面与倒虹吸出口渠道相同，整个过水断面仍采用现浇混凝土衬砌。渠道断面结构为：渠坡渠底顶部分别为10cm和8cm厚的素混凝土衬砌板，衬砌板下铺二布一膜的复合土工膜防渗层，防渗层下面铺设有3～5cm厚聚笨乙烯泡沫保温板，保温板底部为渠道开挖的建基面。

针对总干渠渠道工程结构断面尺寸大、素混凝土薄壁结构、混凝土衬砌板抗裂减糙要求高、衬砌板底部直接与加强防渗层和保温层接触等特点。如何进行大面积渠坡、渠底混凝土布料及连续浇筑，如何确保大面积现浇混凝土衬砌板的施工质量，如何有效保护衬砌板底部的加强防渗层和保温层，如何在有效工期内又好又快的完成渠道混凝土衬砌施工等问题，成为困扰渠道施工的难题。结合招标文件要求机械化衬砌施工要求，我局围绕着上述施工难题，开始了振碾式渠道混凝土衬砌机的研制工作。

2.渠道混凝土衬砌机研制

2.1衬砌机组成

2.1.1衬砌机主体

鉴于渠道面断面尺寸较大，且渠坡、渠底混凝土衬砌施工时为大面积仓号连接施工，衬砌机主体采用一个大跨度的钢构桁架，利用桁架做布料平台和轨道，通过安装在桁架上的上下结构小车，分别完成渠道混凝土的布料、摊铺、振捣和整平。

2.1.2行走系统

行走系统采用四个电机同步控制，沿轨道行走。运用先进的变频调速技术，在0～10m/min 之间可随意调整传动电机的速度，使整机在行走过程中运行平稳，可避免因车辆晃动引起的结构变形。

2.1.3升降调坡系统

采用四个独立的蜗轮蜗杆减速升降机，进行升降调坡控制，精确调整衬砌机主桁架与作业面的相对位置，以适应各种作业面的坡比变化，满足衬砌施工的坡度及厚度要求。

2.1.4布料系统

布料系统由三部分组成，一条主输送带，一台布料小车和一条用于给主输送带供料的副输送带；布料小车设置在主梁的上端，利用钢丝绳牵引，可根据施工的需要向浇筑仓号的各个部位布料。

2.1.5衬砌系统

由螺旋分料器、附着式振捣器以及压光滚组成，可分别实现混凝土的摊铺、整平、振捣和碾压。摊铺小车设置在主梁的下部，利用钢丝绳牵引，螺旋分料器控制布料的厚度，振捣器进行振捣，压光滚进行整平碾压，可使成型后的混凝土表面密实平整。

2.1.6安全操作系统

为确保施工过程安全操作运行，全车共装置四套安全系统。○1误操作急停按钮；○2面板控制安全系统；○3上下小车行程控制安全系统；○4失控防撞安全系统。

2.2衬砌机施工原理

振碾式渠道混凝土衬砌机是以一个大跨度的钢构桁架为主体，桁架本身自带行走装置，通过安装在桁架上的上、下行走小车即布料小车和衬砌小车，分别进行渠道混凝土的布料、摊铺、振捣和整平。小车分别以桁架龙骨作为轨道，并自带行走装置。主梁上部小车即布料小车装有挡料刮板和下料斗，负责从混凝土传送皮带上分取混凝土料进行布料；主梁下部小车即衬砌小车，装有搅笼、振捣箱和压光碾，负责混凝土的摊铺、振捣和碾压整平。上、下小车可同时或单独作业，布料和振捣碾压互不影响。通过上述结构的有机组合，形成一套综合性很强的渠道混凝土衬砌设备，实现利用专用设备进行大规模渠道混凝土机械化施工。

2.3衬砌机的主要性能指标

振碾式渠道混凝土衬砌机具有结构新颖、综合适用性强、经济适用的特点，其主要技术性能指标如下：

适应坡度：tgθ=0～0.5；

布料与衬砌有效长度L=10～25m；

整机行走速度：V=3～10m/min；浇筑速度：V=7～21m3/h；

单层衬砌厚度：h≤20cm；单循环衬砌宽度：b≥50cm；

总重量：W=15t（L=20m）；总功率：P=29kW；

3.渠道混凝土施工及衬砌机的应用

3.1衬砌机安装调试

机械进场后，首先铺设两条10～20m长的轨道，调直整平待用。先进行主梁的拼装，现场按照加工编号进行组装。主梁拼装完成后，用两台吊车分别在渠底和渠坡同时起吊（25t和16t各一台），放置于预先调平的轨道上，接着安装主输送带和布料小车；输送带粘接完成后，开始安装下部螺旋摊铺小车及振捣、碾压系统，最后完成整车的控制系统，并做好各部位的安全防护设施和限位装置；整机拼装完后开始初步运行调整，调整结束后，进行整机联动试车。经整机联动试车确认无误后，进入施工作业面。

3.2渠道混凝土衬砌施工流程

3.3混凝土衬砌施工

3.3.1衬砌参数设定

结合衬砌混凝土的厚度通过生产性试验确定施工参数，当混凝土厚度小于20cm时，第一幅混凝土单趟振动碾压为3遍，之后的单趟振动碾压为2遍。每次挪位间距为振捣箱宽度的2/3，约为50cm。由于渠道衬砌采用的是二级配常态混凝土，经衬砌机施工过后的混凝土面只能达到整平压实的效果，还需用电动提浆抹光机压光2～3遍，以达到表面光滑的效果。

3.3.2混凝土布料

1）布料顺序从下到上沿浇筑机前进方向进行，安排专人负责指挥衬砌机进行混凝土布料。

2）整个布料过程由上布料小车完成，下料口高度不应大于1.0m，布料厚度按照设计要求控制，通常考虑一定的松铺系数，当坍落度为6～8cm时，松铺系数控制在1.1～1.15之间，有利于振捣密实；

3）混凝土罐车下料时，输送皮带上的料量分布需保持均匀，同时避免罐车出料口及皮带授料口堵料；

4）布料应与振动碾压速度相适应，既不能在振捣箱前堆积过多的混凝土料，同时也不能使振捣箱因缺料而出现空振。

3.4.3混凝土衬砌

1）混凝土衬砌由衬砌机下衬砌中车完成，衬砌小车保持匀速连续工作，行走速度控制在3～6m/min，结合现场布料进行调整，当布料厚度增大时应减缓衬砌小车的行走速度，确保振捣效果；

2）衬砌过程中应经常检查衬砌小车振捣装置的工作情况，如发现衬砌过后的混凝土面上出