南水北调中线工程渠道衬砌施工技术浅析

南水北调中线工程渠道衬砌施工技术浅析□范耀民□马军锋□祖金光（河南水利建筑工程有限公司）

摘要：以南水北调中线工程辉县七标渠道衬砌施工的实例，根据渠道衬砌结构特点、工作原理，结合渠道断面结构尺寸，对技术、工艺进行了试验并成功地用于实际工程中。实践证明：该渠道衬砌施工工艺能够加快衬砌速度、节约人力资源、降低劳动强度、促进工程建设、提高工程质量。

关键词：混凝土；衬砌；施工工艺。

南水北调是国内大型的调水工程，采用明渠过水，渠道衬砌是施工中的关键技术。衬砌混凝土具有厚度薄、面积大的特点，在混凝土成型、养护方面具有独特的特点，因此选择合适的施工工艺是保证衬砌质量、提高衬砌速度的关键。

１．工程概况

本标段为辉县段第七施工标段，设计桩号为Ⅳ１０８＋０００～Ⅳ１１５＋９００，标段长度７．９０ｋｍ，该标段工程土方换填的施工范围除了河渠交叉建筑物小蒲河倒虹吸，桩号为Ⅳ１１３＋２３１．４～Ⅳ１１３＋５０２．４０；孟坟河倒虹吸，桩号为Ⅳ１１５＋５０９．６～Ⅳ１１５＋８０５．６；渠道非换填处理段，桩号为Ⅳ１１５＋８０５．６～Ⅳ１１５＋９００不需要换填，其余均需要换填，换填长度为７．２４ｋｍ。新增加土方开挖约６０万ｍ３，土方换填量约６０万ｍ３。

本标段渠道长７３３３ｍ，渠道为梯形断面，Ⅳ１０８＋０００～Ⅳ１０９＋７１２．５段渠底宽度为１５．５ｍ，Ⅳ１０９＋７１２．５～Ⅳ１０９＋７２７．５段为过渡段，渠底宽度由１５．５ｍ过渡到２０．０ｍ，Ⅳ１０９＋７２７．５～Ⅳ１１３＋２３１．４段、Ⅳ１１３＋５０２．４～Ⅳ１１５＋５０９．６段、Ⅳ１１５＋８０５．６～Ⅳ１１５＋９００段渠底宽度为２０ｍ。渠底高程９２．４９～９１．９４ｍ，渠道内一级边坡为１：２，二、三级边坡为１：１．５，一级马道（堤顶）宽５．０ｍ，外坡１：１．５，渠道纵比降为１／２８０００～１／２００００。

渠道为全断面衬砌，本标段混凝土衬砌厚度均采用为渠坡１０ｃｍ，渠底为８ｃｍ。衬砌混凝土强度等级为Ｃ２０，抗冻标号Ｆ１５０，抗渗标号Ｗ６。衬砌底部两端坡脚设宽０．３～０．５ｍ、高０．３～０．８ｍ的齿墙，顶部设０．３ｍ宽的封顶板。全渠段采用复合土工膜防渗。在渠底及渠坡防渗复合土工膜下均铺设保温板防冻层。

２．衬砌施工工艺流程

渠道衬砌采用机械化施工，本标段渠道衬砌机械化施工设备选用具有多项专利技术的大跨度振动滑模式渠道坡面衬砌机，现该设备已进场，现场组装已基本完成。该套设备具有简单实用，技术可靠，造价低，维修方便的特点。可以联合作业，也可以单机使用。在正常情况下，最大工作能力１５ｍ３／ｈ，现浇混凝土质量满足设计要求。具体施工流程如图１所示：

图１

混凝土衬砌机械化施工工艺流程图

南水北调《河南水利与南水北调》2012年第17期

３．主要施工环节和施工方法

渠道衬砌施工不仅仅指衬砌混凝土的施工，还包括相关的辅助工序，如基面清理、保温板、土工膜铺设、伸缩缝施工等。３．１基础面平整清理

削坡采用削坡机粗平，人工精平。在挖掘机前面安装刮料板，削坡将近达到标准时，在横向边坡上隔每４ｍ从上到下立钢筋桩，拉控制线，人工用铁锨冲出约２５ｃｍ宽的标准控制带，再沿纵向拉线控制进行削坡，削坡工具用窄长平面铁锨。渠道口（底）边线的允许误差：直线段±２０ｍｍ；曲线段±５０ｍｍ，平面位置用ＧＰＳ定位，高程用水准器控制。削坡面平整度允许偏差：２０ｍｍ／２ｍ，用２ｍ直尺检查。

３．２聚苯乙烯保温板铺设保温板铺设

铺设前对保温板进行检查，挑除缺角、断裂、尺寸不够、板厚偏差＞１ｍｍ局部凹陷的材料，可将缺角、断裂的材料用于顶部变截面的拼接。为减少因板的变形导致的铺设后板缝宽度误差及有利于板面的固定，采取错缝梅花型铺设方案，从渠底向渠坡敷设，铺放整齐，板与板之间紧密结合。保温板铺设后保持板面完整、洁净，两板连接处的高差不得＞２ｍｍ；不得踩踏、放置重物。当不可避免地要在保温板上作业时，先在其上铺设３ｃｍ厚的防护木板（每４０ｃｍ横向平行钉防滑木条），然后再进行相关作业，或者穿平底软鞋在上面行走，同时在一级马道处拉设安全防护绳索。

３．３土工膜铺设

①土工膜材料：渠道防渗采用６００ｇ／ｍ２（１５０ｇ／ｍ２￣０．３ｍｍ￣１５０ｇ／ｍ２）两布一膜复合土工膜作为防渗材料，布为宽幅聚酯长丝针刺土工布。

②土工膜铺设：复合土工膜的铺设采用垂直于主干渠轴线，将成卷的土工膜穿入钢管，在钢管两头系上绳子，人工牵引绳子，将土工膜从一级马道反滚到渠底。铺设时注意张弛适度，采用波浪形松弛方式，富余度约为１．５％。随之拉平后再铺另一幅，左右幅拼接完成后，要求土工膜与保温板面贴实，平整无突起褶皱，并避免人为和施工机械的损伤。在铺设时，从下游往上游铺，要做到上游幅压下游幅，搭接长度为１０ｃｍ。

③土工膜铺设施工要点：一是复合土工膜采用专车运输。装卸、搬运不得拖拉、硬拽，不得使用任何可能对复合土工膜造成损伤的机具，避免尖锐物刺伤；二是复合土工膜铺设人员穿软底鞋，严禁穿硬底鞋或带钉鞋作业；三是堤顶预留的土工膜混凝土浇筑完成后及时进行路缘石安装封压，坡脚部位土工膜在混凝土浇筑前采用包裹进行保护，防止损坏和老化。

４．混凝土衬砌

渠道衬砌混凝土分底板、边坡两部分。底板厚度８ｃｍ，向下依次为复合土工膜、５ｃｍ厚粗砂。护坡坡比为１：２，混凝土衬砌厚度１０ｃｍ，齿墙３０ｃｍ×４０ｃｍ，混凝土护坡下依次为复合土工膜、２ｃｍ厚聚苯乙烯板、５ｃｍ粗砂。本工程渠道混凝土浇筑工作量较大，为保证混凝土浇筑工期，同时提高混凝土浇筑质量，采用渠道衬砌机（ＳＣＦＭ０５－ＩＩ型）进行坡面混凝土浇筑，底板采用梁式整平机整平，抹面机抹面，采用混凝土割缝机（ＧＣＦＭ０５－Ｉ型）按设计要求每４ｍ切半缝或通缝。４．１混凝土的布料

布料机入口处宜为５０～７０ｍｍ。这样既能保证正常布料，又能保证混凝土能稳定在坡面上，不出现滑移现象。混凝土运输车辆卸料时，混凝土的自由下落高度≤１．５ｍ。采用皮带输送布料，料量分布应均匀。应控制布料厚度，松铺系数应根据坍落度的大小由试验确定，当坍落度为４～６ｃｍ时松铺系数宜在１．１５～１．２５之间。

４．２混凝土摊铺、振捣

衬砌机宜匀速连续工作，振动碾压小车上下行走速度宜为３～６ｍ／ｍｉｎ。应控制振动碾压时间，使混凝土不过振，漏振或欠振，达到表面出浆，不出现露石、蜂窝、麻面。衬砌后的板面上出现局部露石、蜂窝等现象，应立即人工填补原浆混凝土，重新振动碾压。进入弯道施工时，应保证衬砌机始终与渠道上口线保持垂直工作状态。

４．３混凝土抹面压光

衬砌成型后的混凝土在混凝土初凝前进行抹面，由人工操作混凝土抹面机进行抹面。坡面混凝土抹面机桁架悬挂电动抹光机，沿衬砌坡面往返抹面，抹面压光在渠道衬砌混凝土浇筑宽度约有３～４ｍ时开始。初凝前及时进行压光处理，清除表面气泡，使混凝土表面平整、光滑、无抹痕。

４．４混凝土切缝施工

采用定制的合金锯片切缝，斜坡宜由低向高处进行。边坡上先在横向伸缩缝上设固定点后，铺设切缝机轨道，再切割水平缝，切缝位置、深度由轨道控制，并在切缝位置用墨斗打线，明显标注伸缩缝位置，以便于控制。

坡面纵缝采用简易支撑架支撑切割机进行切割，由坡脚开始向坡肩依次切割。简易支撑架由在已经切割完成的分缝内插入的固定钢钎，钢钎上横放的８ｃｍ的槽钢或方管（１），（１）上纵放的８ｃｍ槽钢或方管（２）和（２）上横放的１０ｃｍ方管组成。根据待切缝处的位置设立支撑（１）的长度，操作人员推动切割机在１０ｃｍ方管上行走完成切割工作。详见图１。

图１切割机支撑示意图

４．５混凝土养护

混凝土底板采用分格洒水养护，坡面采用薄膜养护。混凝土坡面采用喷混凝土养护液养护，在混凝土表面喷一层养护剂，

形

南水北调

《河南水利与南水北调》2012年第17期