全断面渠道混凝土衬砌设备组成及施工工艺程序

　　1 工程概况

　　鲁山南1段标段全段总长13.451km，桩号：215+811～229+262，总设计水头差0.72m。渠道沿线共布置29座交叉建筑物，其中河渠交叉建筑物1座、左岸排水建筑物6座、渠渠交叉建筑物10座、跨渠公路桥7座及生产桥5座，其与总干渠全部采用立交布置型式。

　　渠道为梯形断面，明渠全长13.095km，渠道底宽度为19.50～24.50m，渠底高程为126.89～126.17m，渠道内边坡坡比为1∶2～1∶3，渠道纵坡降为1/25000，渠坡厚度10～15cm，渠底厚度8～15cm。设计要求的混凝土表面平整度小于10mm。

　　由于本标段长，工程量大，就目前施工条件，在有限的施工工期内很难完成现有工程量，要想在短期内完成这些工程量，存在工效低、能耗大、资源投入量很大等诸多问题，最重要的一点，就是过水断面混凝土表面平整度和糙度很难达到设计目标。如何解决这些问题，是进行这项技术探索的出发点，其思路就是在保证工程质量的前提下，实现机械化作业，加快施工进度，在较短工期内完成长渠段渠道混凝土衬砌施工。

　　2 衬砌设备组成

　　2.1主机架采用优质钢焊接模块组合结构，主要有上、下框架模块、中间直架模块及上、下变角模块组成，通过中间直架模块的增减能适应不同坡长的需要，通过调整变化变角模块能适用不同坡比变化的衬砌要求。

　　2.2行走装置由4套主动车轮组组成，车轮组上安装有变频调速电机驱动的硬齿面齿轮马达、机械传动机构和轨道轮，车轮组和升降装置由铰轴连接。

　　2.3升降装置4套液压机械套装深锁装置，液压泵站控制阀组各2套及相应管路系统。以调节衬砌厚度，及保持主机平衡。

　　2.4布料系统由1台上料皮带机和1台带刮板分料车的皮带机及变频调速硬齿面齿轮马达驱动的卷扬装置组成。布料时，混凝土罐车将灰浆卸入上料皮带机导料槽内，由上料皮带机将浆料输送至布料皮带机的导料槽中，布料皮带机从渠坡上端向下端连续输送，卷扬装置控制分料车运动，将灰浆均匀的分布在料仓内，通过电控系统的控制料位。

　　2.5振捣密实系统在设备的落料仓内均匀布置间隔约60cm的高频低幅振捣棒——频率12000次/min，该振捣棒由变频电源驱动，噪声低、振捣效果好，能确保灰浆的密实度、混凝土混合料的均匀性和提浆效果。当浆料达到一定仓位后，启动振捣系统，整机运行系统，进行混凝土衬砌工作。

　　2.6电控系统通过电控系统可实现对行走、布料等系统的自动控制。面板上各个按钮的具体功能都有明确指示，仅需1名操作手操作，操作人员要严格按照面板上的指示及操作规程进行操作。

　　2.7自动平衡及质量控制系统主要有导向线、主控制器、超声波传感器及嵌入式计算机检测输出存储处理系统和液压系统等组成。该系统可根据导向线自动调整衬砌设备的工作姿态，能实时检测混凝土衬砌质量数据。

　　3 衬砌施工工艺程序

　　3.1衬砌机安装调试、试运行①经测量放线，铺设二条轨道（渠坡上下各一条），调平调直；②组装好主副机架、行走装置和升降装置，两台30t吊车同时吊起主机架安放在轨道上；③主输送带和布料上车安装，输送带黏接；④上料机架及输送带安装，输送带黏接；⑤组装整机电气控制系统，各部安全设施和限位装置；⑥整机调整、试运行，解决发现的问题，进入施工作业准备。

　　3.2衬砌施工工艺结合南水北调渠道的结构特点，主要施工工艺流程如图1所示。

　　3.3现场施工

　　3.3.1施工顺序为确保渠底衬砌混凝土不遭受施工破坏，施工安排考虑先进行坡面施工，再进行渠底施工。开挖形成的渠道断面，经施工机械修整后，在渠顶和渠底平行于渠道中心线布置各铺设一条轨道，要求平直且有一定的承载力。轨道的精度直接关系到坡面的修整及混凝土的衬砌质量。

　　3.3.2排水管施工工艺流程：测量放线→沟槽底部铺垫砂砾料垫层→土工布包裹、绑扎管道→铺设安装→填筑砂砾料。

　　3.3.3反滤料垫层施工将衬砌机行走至摊铺反滤料的工作面，调整机械至需要摊铺反滤料的高程，进行反滤料的摊铺工作，布料、平整、碾压，使基底压实度达到设计指标，验收合格。

　　3.3.4复合土工膜的铺设复合土工膜按浇筑方向、上游幅压下游幅的顺序铺设，并使复合土工膜（二布一膜）幅宽与渠轴线方向平行，由坡肩自上而下滚铺至衬砌工作部位。接头部位按设计要求采用热熔焊接法和手提缝纫机对复合土工膜和土工布进行焊接、缝合。

　　3.3.5混凝土施工开始混凝土施工前，首先，按设计要求的结构缝确定浇筑范围，架立四周模板并加固牢靠，将衬砌机在仓号调整至浇筑高程，校验坡比。经监理业主验收合格后开仓浇筑。

　　混凝土运输采用9m3的混凝土罐车，混凝土坍落度控制在6～8cm，运输和卸料时间控制在45min左右。在衬砌机临时布料仓布有1/2料时，开启振动，原地振动15～20s后，同时，开启行走开关，每次布料宽度约50cm。开始混凝土衬砌施工，施工中时刻关注混凝土拌合质量，具体要求见表1。

　　在浇筑后1h左右开启配有二台直径1.20m抹盘的自动抹光机进行抹面压光，抹光机每次移动的间距为2/3圆盘直径，前后2遍，最后进行人工精细压光。在抹面压光工序完后，对现场混凝土进行养护并及时采用保温毡布进行覆盖，养护至28d。

　　表面平整度用2.00m直尺进行检查，实现纵横向平整度控制在8mm/2m，符合图纸设计标准。

　　4 结语

　　全断面渠道混凝土衬砌机施工技术由于整体衬砌成形好，混凝土表面光滑平整，无错台及水平施工缝，整机重量轻，施工程度效率高，能有效保证南水北调工程工期、质量、成本要求。渠道混凝土衬砌机施工技术在南水北调鲁山南1段工程施工的广泛应用，大大提高了渠道混凝土衬砌效率，取得了宝贵经验，值得推广和应用。