渠道襯砌施工

1、渠道襯砌施工由我局先期承建的南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程滹沱河倒虹吸工程標(biāo)段，工程位于河北省正定縣內(nèi)，為南水北調(diào)中線總干渠的一部分，是南水北調(diào)先期開(kāi)工的大型建筑物之一。工程由倒虹吸管身段、出口閘室段、出口漸變段、明渠段及附屬建筑物組成。 本標(biāo)段總長(zhǎng) 1409.16m，其中明渠段 202.16m。本標(biāo)段渠道工程屬河灘地段渠道， 渠道過(guò)水?dāng)嗝娌捎锰菪螖嗝妫?整個(gè)過(guò)水?dāng)嗝娌捎矛F(xiàn)澆混凝土襯砌。渠底寬度為 21m，兩側(cè)渠坡襯砌長(zhǎng)度為 22 27m , 襯砌坡長(zhǎng)為21.98m，坡度為 1： 3，渠道內(nèi)過(guò)水深度約為 5m，設(shè)計(jì)流量為 150 170m 3 /s 。渠道斷面結(jié)構(gòu)為：渠坡和渠底頂部 15cm

2、厚的素混凝土襯砌板，襯砌板下鋪二布一膜的復(fù)合土工膜防滲層，防滲層下面鋪設(shè)有 2035cm 厚砂礫料保溫層，保溫層底部為渠道開(kāi)挖的建基面。 另由我局承建的南水調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程渠道項(xiàng)目 S6 標(biāo)段，與滹沱河倒虹吸出口渠道相連。 該標(biāo)段工程是以渠道工程為主，渠道全長(zhǎng) 6.6km，屬一般渠道段。渠道斷面與倒虹吸出口渠道相同，整個(gè)過(guò)水?dāng)嗝嫒圆捎矛F(xiàn)澆混凝土襯砌。渠道斷面結(jié)構(gòu)為：渠坡渠底頂部分別為 10cm 和 8cm 厚的素混凝土襯砌板， 襯砌板下鋪二布一膜的復(fù)合土工膜防滲層， 防滲層下面鋪設(shè)有 35cm 厚聚笨乙烯泡沫保溫板，保溫板底部為渠道開(kāi)挖的建基面。渠道結(jié)構(gòu)典型斷面見(jiàn)圖 1。 . 5cm砂

3、礫料墊層 4000 泥結(jié)碎石路面 6cm 厚預(yù)制砼板混凝土框格復(fù)合土工膜 10cm 混凝土 3cm 聚苯乙烯保溫板 3cm 聚苯乙烯保溫板 8cm 混凝土復(fù)合土工膜2000 20850 4 9 1 7 渠道結(jié)構(gòu)典型斷面圖 6 9 5 0 10000 縫附圖 1 圖 1 渠道結(jié)構(gòu)典型斷面圖針對(duì)總干渠渠道工程結(jié)構(gòu)斷面尺寸大、 素混凝土薄壁結(jié)構(gòu)、 混凝土襯砌板抗裂減糙要求高、襯砌板底部直接與加強(qiáng)防滲層和保溫層接觸等特點(diǎn)。如何進(jìn)行大面積渠坡、 渠底混凝土布料及連續(xù)澆筑， 如何確保大面積現(xiàn)澆混凝土襯砌板的施工質(zhì)量， 如何有效保護(hù)襯砌板底部的加強(qiáng)防滲層和保溫層， 如何在有效工期內(nèi)又好又快的完成渠道混凝土襯

4、砌施工等問(wèn)題，成為困擾渠道施工的難題。結(jié)合招標(biāo)文件要求機(jī)械化襯砌施工要求， 我局圍繞著上述施工難題， 開(kāi)始了振碾式渠道混凝土襯砌機(jī) 的研制工作。 2. 渠道混凝土襯砌機(jī) 研制 2.1 襯砌機(jī)組成（參見(jiàn)圖 2） 9 2. 主桁架行走系統(tǒng) 1. 主桁架系統(tǒng) 4. 上小車布料系統(tǒng) 3. 皮帶輸料系統(tǒng) 2. 主桁架行走系統(tǒng) 5. 下小車襯砌系統(tǒng) 6. 總體操控系統(tǒng)振動(dòng)碾壓式 渠道混凝土襯砌機(jī) 結(jié)構(gòu)示意圖附圖2:圖 2 振碾式 渠道混凝土襯砌機(jī) 結(jié)構(gòu)示意圖襯砌機(jī)主體鑒于渠道面斷面尺寸較大，且渠坡、渠底混凝土襯砌施工時(shí)為大面積倉(cāng)號(hào)連接施工， 襯砌機(jī)主體采用一個(gè)大跨度的鋼構(gòu)桁架，利用桁架做布料平臺(tái)和軌道，通

5、過(guò)安裝在桁架上的上下結(jié)構(gòu)小車，分別完成渠道混凝土的布料、攤鋪、振搗和整平。行走系統(tǒng)行走系統(tǒng)采用四個(gè)電機(jī)同步控制，沿軌道行走。運(yùn)用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)，在0 10m/ min 之間可隨意調(diào)整傳動(dòng)電機(jī)的速度，使整機(jī)在行走過(guò)程中運(yùn)行平穩(wěn)，可避免因車輛晃動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)變形。升降調(diào)坡系統(tǒng)采用四個(gè)獨(dú)立的蝸輪蝸桿減速升降機(jī)， 進(jìn)行升降調(diào)坡控制， 精確調(diào)整襯砌機(jī)主桁架與作業(yè)面的相對(duì)位置， 以適應(yīng)各種作業(yè)面的坡比變化， 滿足襯砌施工的坡度及厚度要求。布料系統(tǒng)由三部分組成，一條主輸送帶，一臺(tái)布料小車和一條用于給主輸送帶供料的副輸送帶； 布料小車設(shè)置在主梁的上端， 利用鋼絲繩牽引， 可根據(jù)施工的需要向澆筑倉(cāng)號(hào)的各個(gè)部位

6、布料。襯砌系統(tǒng)由螺旋分料器、附著式振搗器以及壓光滾組成，可分別實(shí)現(xiàn)混凝土的攤鋪、整平、振搗和碾壓。攤鋪小車設(shè)置在主梁的下部， 利用鋼絲繩牽引， 螺旋分料器控制布料的厚度， 振搗器進(jìn)行振搗，壓光滾進(jìn)行整平碾壓，可使成型后的混凝土表面密實(shí)平整。安全操作系統(tǒng)為確保施工過(guò)程安全操作運(yùn)行，全車共裝置四套安全系統(tǒng)。誤操作急停按鈕；面板控制安全系統(tǒng)；上下小車行程控制安全系統(tǒng)；失控防撞安全系統(tǒng)。2.2 襯砌機(jī)施工原理振碾式 渠道混凝土襯砌機(jī) 是以一個(gè)大跨度的鋼構(gòu)桁架為主體，桁架本身自帶行走裝置， 通過(guò)安裝在桁架上的上、 下行走小車即布料小車和襯砌小車，分別進(jìn)行渠道混凝土的布料、攤鋪、振搗和整平。小車分別以桁架

7、龍骨作為軌道， 并自帶行走裝置。 主梁上部小車即布料小車裝有擋料刮板和下料斗，負(fù)責(zé)從混凝土傳送皮帶上分取混凝土料進(jìn)行布料； 主梁下部小車即襯砌小車，裝有攪籠、振搗箱和壓光碾，負(fù)責(zé)混凝土的攤鋪、振搗和碾壓整平。上、下小車可同時(shí)或單獨(dú)作業(yè)，布料和振搗碾壓互不影響。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)的有機(jī)組合，形成一套綜合性很強(qiáng)的渠道混凝土襯砌設(shè)備， 實(shí)現(xiàn)利用專用設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模渠道混凝土機(jī)械化施工。2.3襯砌機(jī)的主要性能指標(biāo)振碾式渠道混凝土襯砌機(jī) 具有結(jié)構(gòu)新穎、 綜合適用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)適用的特點(diǎn)，其主要技術(shù)性能指標(biāo)如下： 適應(yīng)坡度：tg =0 0.5 ；布料與襯砌有效長(zhǎng)度L=10 25m；整機(jī)行走速度： V=3 10m/mi

8、n； 澆筑速度：V=7 21m3 /h ；單層襯砌厚度： h20cm； 單循環(huán)襯砌寬度： b50cm；總重量：W=15t（L=20m）； 總功率： P=29kW； 3. 渠道混凝土施工及襯砌機(jī)的應(yīng)用3.1襯砌機(jī)安裝調(diào)試機(jī)械進(jìn)場(chǎng)后，首先鋪設(shè)兩條1020m 長(zhǎng)的軌道，調(diào)直整平待用。先進(jìn)行主梁的拼裝，現(xiàn)場(chǎng)按照加工編號(hào)進(jìn)行組裝。主梁拼裝完成后，用兩臺(tái)吊車分別在渠底和渠坡同時(shí)起吊（25t 和 16t各一臺(tái)），放置于預(yù)先調(diào)平的軌道上，接著安裝主輸送帶和布料小車；輸送帶粘接完成后， 開(kāi)始安裝下部螺旋攤鋪小車及振搗、 碾壓系統(tǒng)，最后完成整車的控制系統(tǒng)，并做好各部位的安全防護(hù)設(shè)施和限位裝置； 整機(jī)拼裝完后開(kāi)始初

9、步運(yùn)行調(diào)整，調(diào)整結(jié)束后， 進(jìn)行整機(jī)聯(lián)動(dòng)試車。經(jīng)整機(jī)聯(lián)動(dòng)試車確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)入施工作業(yè)面。 3.2 渠道混凝土襯砌施工流程（見(jiàn)圖 3）圖 3 渠道混凝土襯砌施工工藝流程框圖 3.3 混凝土襯砌施工襯砌參數(shù)設(shè)定結(jié)合襯砌混凝土的厚度通過(guò)生產(chǎn)性試驗(yàn)確定施工參數(shù)，當(dāng)混凝土厚度小于20cm 時(shí)，地基面清理及聯(lián)驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)保溫層施工混凝土拌制和運(yùn)輸混凝土攤鋪振搗混凝土抹面壓光切縫線標(biāo)注混凝土養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)材料及人員就位切縫機(jī)就位混凝土切縫混凝土繼續(xù)養(yǎng)護(hù)渠道澆筑機(jī)就位設(shè)備空載試運(yùn)行混凝土布料保溫層施工 開(kāi)倉(cāng)前驗(yàn)收準(zhǔn)備基線設(shè)備及軌道鋪設(shè)施工準(zhǔn)備一幅混凝土單趟振動(dòng)碾壓為 3 遍，之后的單趟振動(dòng)碾壓為 2 遍。每次挪位間距

10、為振搗箱寬度的 2/3 ，約為 50cm。由于渠道襯砌采用的是二級(jí)配常態(tài)混凝土， 經(jīng)襯砌機(jī)施工過(guò)后的混凝土面只能達(dá)到整平壓實(shí)的效果， 還需用電動(dòng)提漿抹光機(jī)壓光23 遍，以達(dá)到表面光滑的效果。混凝土布料 1 ）布料順序從下到上沿澆筑機(jī)前進(jìn)方向進(jìn)行，安排專人負(fù)責(zé)指揮襯砌機(jī)進(jìn)行混凝土布料。2 ）整個(gè)布料過(guò)程由上布料小車完成，下料口高度不應(yīng)大于1.0m，布料厚度按照設(shè)計(jì)要求控制，通?？紤]一定的松鋪系數(shù)，當(dāng)坍落度為 68cm 時(shí)，松鋪系數(shù)控制在 1.1 1.15 之間，有利于振搗密實(shí)； 3 ）混凝土罐車下料時(shí)， 輸送皮帶上的料量分布需保持均勻，同時(shí)避免罐車出料口及皮帶授料口堵料； 4 ）布料應(yīng)與振動(dòng)碾壓

11、速度相適應(yīng)，既不能在振搗箱前堆積過(guò)多的混凝土料， 同時(shí)也不能使振搗箱因缺料而出現(xiàn)空振?；炷烈r砌 1 ）混凝土襯砌由襯砌機(jī)下襯砌中車完成， 襯砌小車保持勻速連續(xù)工作， 行走速度控制在 36m/min，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)布料進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)布料厚度增大時(shí)應(yīng)減緩襯砌小車的行走速度，確保振搗效果； 2 ）襯砌過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常檢查襯砌小車振搗裝置的工作情況，如發(fā)現(xiàn)襯砌過(guò)后的混凝土面上出現(xiàn)露石、蜂窩、麻面現(xiàn)象，需補(bǔ)料重新振搗，以防止漏振，當(dāng)出現(xiàn)壅料時(shí)，需人工整平； 3 ）襯砌機(jī)振搗箱前應(yīng)保持充足的混凝土拌和物，料位應(yīng)高于振搗箱底面 2 3cm，由攤鋪攪籠進(jìn)行控制； 4 ）由于倉(cāng)號(hào)四周涉及模板及先期澆筑的混凝土， 襯砌時(shí)應(yīng)

12、重點(diǎn)控制， 可采用平板振搗器輔助振搗，以確保襯砌質(zhì)量； 5 ）進(jìn)入彎道施工時(shí)，可通過(guò)調(diào)整軌道保持襯砌機(jī)始終與渠道軸線垂直的工作狀態(tài)。襯砌施工停機(jī)處理襯砌施工過(guò)程中停機(jī)中斷施工時(shí)，進(jìn)行以下操作：1 ）停機(jī)同時(shí)應(yīng)解除電控操作控制，升起機(jī)架，將襯砌機(jī)駛離工作面，清理粘附的混凝土，同時(shí)對(duì)襯砌機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)； 2 ）當(dāng)襯砌機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)立即通知拌和站停止打料，在故障排除時(shí)間內(nèi)襯砌倉(cāng)號(hào)內(nèi)的混凝土尚未初凝， 允許繼續(xù)襯砌。 當(dāng)預(yù)計(jì)襯砌機(jī)故障在混凝土初凝前無(wú)法排除時(shí)， 應(yīng)將襯砌機(jī)駛離工作面， 由人工繼續(xù)澆筑， 使其澆筑面寬度滿足設(shè)縫分縫的寬度要求， 或在出現(xiàn)故障的部位立即安裝橫向模板， 在此部位設(shè)置橫向通縫，

13、對(duì)已鋪筑的混凝土重新進(jìn)行振搗、 收面壓光， 并清除分縫位置以外的混凝土料，為恢復(fù)襯砌作業(yè)作好準(zhǔn)備。抹面壓光襯砌成型后的混凝土在初凝前進(jìn)行抹面， 由人工操作電動(dòng)提漿抹光機(jī)進(jìn)行收面壓光， 邊角部位由人工采用抹灰刀配合整平壓光， 并在收面結(jié)束后及時(shí)派專人對(duì)混凝土表面局部殘留的氣泡及劃痕進(jìn)行壓實(shí)抹光，確保渠道襯砌混凝土的外觀質(zhì)量。 3.4 混凝土養(yǎng)護(hù)襯砌混凝土應(yīng)保證濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)不少于 28 天。干旱、多風(fēng)、日曬的天氣施工時(shí)，混凝土初凝后應(yīng)采用塑料薄膜、草苫、草簾、氈布等覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)；低溫季節(jié)不宜進(jìn)行混凝土襯砌施工。 3.5 混凝土伸縮縫施工伸縮縫間距及型式應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。采用定制的合金鋸片切縫。斜坡切縫時(shí)

14、由低向高處進(jìn)行，且先切橫縫，再切縱縫，以便于縱縫施工時(shí)切縫機(jī)軌道鋪設(shè)。伸縮縫型式：半縫：半縫深度為混凝土板厚的 0.5 0.75 倍。采用切割機(jī)進(jìn)行切縫施工通縫：通縫是貫穿全部混凝土襯砌板厚度的縫。 現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)在需要設(shè)置通縫的部位采用等同襯砌板厚度的方木或型鋼立模分倉(cāng)澆筑。 由于襯砌板底部鋪設(shè)有土工膜防滲層，當(dāng)采取連續(xù)澆筑時(shí)，通縫切割深度宜為混凝土板厚的0.9倍。 伸縮縫切割時(shí)間切縫施工在混凝土收盤后 1830h 進(jìn)行，或在混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到 1MPa 5MPa 時(shí)進(jìn)行。切縫時(shí)以鋸片不破壞縫兩側(cè)混凝土、 縫壁光滑為時(shí)間控制標(biāo)準(zhǔn)， 宜早不宜遲，避免大面積素混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。 4. 渠道襯砌混凝

15、土檢測(cè)振碾式 渠道混凝土襯砌機(jī)從研制到使用，經(jīng)歷了研發(fā)制造試驗(yàn)改進(jìn)試生產(chǎn) 正式投產(chǎn)等一系列過(guò)程。在渠道混凝土襯砌施工過(guò)程中還先后接受了國(guó)調(diào)辦、 南水北調(diào)中線局、河北省質(zhì)量監(jiān)督站等專家組檢查， 檢查過(guò)程中對(duì)振碾式渠道襯砌機(jī)所施工的混凝土質(zhì)量表示肯定， 同時(shí)也提出了中肯的改進(jìn)意見(jiàn)。 如“降低下料口高度， 防止粗骨料分離； 減緩襯砌小車運(yùn)行速度， 延長(zhǎng)振搗時(shí)間”等。 對(duì)提高襯砌混凝土質(zhì)量起到了重要作用?，F(xiàn)場(chǎng)混凝土襯砌質(zhì)量檢測(cè)主要圍繞著混凝土表面平整度、混凝土厚度、混凝土密實(shí)度以及混凝土強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行， 檢測(cè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)參照 渠道混凝土襯砌機(jī) 械化施工技術(shù)規(guī)程。依據(jù)監(jiān)理部委托河北省水利工程質(zhì)量檢測(cè)中心站對(duì)我

16、標(biāo)段渠道襯砌混凝土進(jìn)行抽檢的結(jié)果， 證明采用振碾式 渠道混凝土襯砌機(jī) 進(jìn)行的大型渠道混凝土襯砌施工， 其施工質(zhì)量是能夠滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的。 現(xiàn)場(chǎng)抽檢檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 1。表 1 混凝土渠道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)項(xiàng)目 檢測(cè)點(diǎn)數(shù) 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 檢測(cè)結(jié)果合格率備 注襯砌表面平整度60允許偏差： 8mm/2m 1.0 5.8100% 襯砌厚度 9 允許偏差： -5 +20mm渠坡 :9.8 11.2 渠底：8.2 9.6 100% 渠坡厚度 :10cm 渠底厚度 :8cm 混凝土密實(shí)度 9 2380kg/m 3 2384 2548 100% 混凝土強(qiáng)度 20 20MPa24.6 32.4 100% 混凝土外觀質(zhì)量

17、 平整密實(shí)、無(wú)裂縫、蜂窩、麻面、掉角現(xiàn)象無(wú) 檢測(cè)結(jié)論 渠道襯砌混凝土質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求注： 施工過(guò)程當(dāng)中按季度檢測(cè)的混凝土抗凍、 抗?jié)B指標(biāo)全部滿足設(shè)計(jì)要求。 5. 研發(fā)渠道襯砌機(jī)所取得的成果振碾式 渠道混凝土襯砌機(jī) 為我局自行研制生產(chǎn)的一臺(tái)渠道襯砌機(jī)； 同時(shí)也是最早利用振碾式 渠道混凝土襯砌機(jī) 進(jìn)行總干渠施工的單位，并已取得現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)性生產(chǎn)的成功，獲得業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理的一致好評(píng)。由于該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)新穎， 經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)， 逐步在南水北調(diào)中線渠道工程中推廣開(kāi)來(lái)。目前，該設(shè)備已獲得國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的8 項(xiàng)實(shí)用新型專利。我局為更好的完善振碾式渠道混凝土襯砌機(jī) 的研發(fā)和制造水平， 已向水利部申請(qǐng)了

18、水利施工設(shè)備新產(chǎn)品鑒定，各項(xiàng)鑒定工作正在進(jìn)行中。6. 結(jié)語(yǔ)大型振碾式 渠道混凝土襯砌機(jī) 從開(kāi)始研制到試生產(chǎn)， 先后歷時(shí)近兩年的時(shí)間， 目前已推廣應(yīng)用于南水調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程S6 標(biāo)段、 S31 標(biāo)段以及南水北調(diào)中線安陽(yáng)段 標(biāo)的渠道混凝土襯砌施工中，實(shí)踐證明該項(xiàng)發(fā)明取得了良好的使用效果，為加快南水北調(diào)中線大型渠道全斷面混凝土襯砌施工發(fā)揮了積極作用。我局將始終堅(jiān)持科技創(chuàng)新的理念， 不斷完善和提高大型渠道襯砌施工技術(shù)水平，為更好的服務(wù)于我國(guó)南水北調(diào)等大型水利工程而不懈努力和奮斗。7 月 7 日，經(jīng)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局批準(zhǔn)，水電十一局自主研制的大型多功能渠道襯砌機(jī)喜獲國(guó)家“大型渠底混凝土澆筑機(jī)”和“大跨度綜合型渠道混凝土澆筑機(jī)”兩項(xiàng)實(shí)用新型專利。水電十一局利用承建的南水北調(diào)中線先期開(kāi)工的滹沱河倒虹吸工程出口明渠段的施工條件，著手開(kāi)始渠道襯砌機(jī)研制工作。2005 年底，水電十一局著手對(duì)襯砌機(jī)可行性進(jìn)行調(diào)研，收集相關(guān)資料，對(duì)渠道襯砌技術(shù)可行性進(jìn)行分析；2006 年初，開(kāi)始進(jìn)行襯砌機(jī)構(gòu)思和設(shè)計(jì)，對(duì)