机械化衬砌技术在中小型渠道混凝土衬砌施工中的应用探索

　　摘要：目前，国内大型渠道混凝土机械化衬砌技术日趋成熟，但并不适用中小型渠道工程。本文针对中小型梯形断面渠道的特点，在大广坝灌区成功引进机械化衬砌技术，形成了可靠的机械化衬砌工艺参数。即保证了渠道混凝土衬砌的质量，也为机械化衬砌技术应用于国内中小型渠道混凝土衬砌施工提供参考。
　　关键词：渠道；衬砌机；衬砌；应用
　　1.前言
　　2011年中央1号文件公布了中共中央国务院《关于加快水利改革发展的决定》，为促进经济长期平稳较快发展和社会和谐稳定，夺取全面建设小康社会新胜利，必须下决心加快水利发展，大力加强水利建设，突出强调中小型水利设施的建设，并要求健全水利科技创新体系，加大技术引进和推广应用力度。大型渠道混凝土机械化衬砌已在南水北调项目上受到高度好评，具有施工速度快、施工质量高，降低工程成本等特点。但国内研制生产的衬砌设备多适用中短坡（5～15m）和长斜坡（13～29m），并不适用中小型渠道衬砌。目前，国内中小型渠道防渗主要为现浇混凝土衬砌，大多采用人工衬砌,施工效率低,工期长,质量不稳定，而随着农民工资源紧张及人力成本的不断上升，引进中小断面机械化衬砌技术，既有利成本控制，又有利于衬砌质量控制。下面将以大广坝灌区为例，探索机械化衬砌技术在中小型渠道衬砌施工中的应用。
　　2.工程概况
　　大广坝灌区工程位于海南省西部，西、北面濒临北部湾，东南面与本岛腹部五指山、黎母山接壤，覆盖东方、昌江和乐东三市（县）的22个乡（镇）和5个国营农、林、牧场，灌区总土地面积205.43万亩，设计灌溉面积101.08万亩，为大Ⅱ型灌区工程。设计年灌溉总用水104747万m3,工业及城乡生活用水23926万m3。整个灌区分5个灌溉渠系，分别为高干渠、中干渠、昌江干渠，低干渠及陀兴干渠系统。灌区总投资13.5亿元，总工期为5年。工程社会综合效益显著，特别是对发展海南省西部经济，改善干旱缺水的自然条件，提高粮食自给率，巩固“粮食安全”，发展南繁育种及改善西部生态等具有重大意义。
　　3.机械衬砌技术的引进及设备改造、试验过程
　　3.1大型渠道混凝土衬砌设备简介
　　渠道衬砌机是为进行长距离、大断面的渠道衬砌施工而开发的一种机械设备。它既可完成平面、又可完成斜面的衬砌施工，是一种多功能的机械化、智能化、自动化连续作业的施工机械。它先用修平机平整渠道断面，然后用混凝土铺砌机摊铺混凝土、平整、捣实，继而处理接缝、抹面和养护等完成混凝土衬砌。衬砌设备主要由行走装置、升降装置、布料系统、振动装置、滑模成型装置、电控系统等部分组成。
　　3.2试验标段的技术参数
　　大广坝灌区昌江干渠II标段全长22.36km，其中明渠长19.04km，工程渠道级别为4级，设计流量为10.89～4.46m3/s，加大流量13.07～5.58m3/s，设计坡降1/6000。设计渠道断面为梯形断面，渠底宽1.5～2.5m，渠深2.4～3.0m，内边坡1:1.5，渠道衬砌为C15现浇混凝土，厚度7cm，每3m设置横向伸缩缝，缝宽2cm。通车一侧渠顶道路宽3.5m，另一侧渠顶宽2m。
　　3.3机械化衬砌设备的针对性改造
　　经多方考察和咨询，结合试验标段现场实际情况，经与设备研制单位探讨，按照试验段参数进行针对性改造，设计初稿完成后委托机械生产厂家进行加工并运至施工现场进行现场调试和改装，然后投入使用。
　　1、由于实验标段设计断面小，渠顶只有一侧通车，混凝土供料只能在通车一侧完成。经与设备研制单位沟通，对大型渠道混凝土衬砌机的摊铺系统进行改造，增加了水平方向的输送带，不通车一侧混凝土由水平输送带送至料斗内。
　　2、由于设计渠道标准断面要求在边坡上设置齿槽，为了能够提高机械化程度。经与设备研制单位沟通，参照农业旋耕机设计原理，渠道修坡机由铣刨体、修整螺旋、齿槽铣刨装置构成。接通电源后铣刨体对开挖的渠槽边坡进行粗修，修整螺旋再进一步精修，同时齿槽铣刨装置会开挖出设计图纸要求的齿槽。
　　3.4机械化衬砌施工试验
　　3.4.1施工准备
　　1、施工人员配置
　　组建一个衬砌机衬砌作业队，设施工负责人一名、技术、测量、试验人员八名，施工人员数量根据现场具体情况而定。
　　2、机械设备
　　拟投入机械衬砌设备1套，砼罐车2台、发电机1台，开挖设备和测量仪器根据需要现场调配。渠道施工前，应对试验和施工的设备进行检测和试运行，如不符合要求，应予更换或调整。
　　3.4.2主要施工工艺
　　1、修坡前准备工作
　　⑴修坡机修坡前先利用挖掘机开挖渠槽，在开挖过程中严格控制施工坡比。并预留好保护层的厚度，一般预留3-5cm。杜绝出现超挖现象。
　　⑵渠槽开挖完成后先进行测量放样，将导轨的平面位置和底标高在现场标定出来，根据现场测量交底安装导轨。导轨采用3mm厚的钢板加工成п型结构，每根导轨两端各开两个孔，利用4根30cm长的道钉打入地面以下进行固定。导轨的长度分为2m和1m长，安装导轨时根据现场情况在直线和曲线半径较大的渠道上全部安装2m长的导轨，在曲线半径较小的渠道上为了保证渠道衬砌圆滑全部采用1m长测短导轨进行铺设，导轨之间采用承插式连接。
　　2、修坡机修坡
　　修坡机启动之前先利用电缆将修坡机控制箱与移动发电机连接，接通电源，通过坡比调节装置调整好修坡机坡比，使其达到设计图纸要求的1：1.5的标准坡比，然后启动工作按钮，坡面铣刨体、修整螺旋、齿槽铣刨装置开始工作，调节升降装置将铣刨体调整至坡面修坡设计值。
　　铣刨体先对开挖的渠槽边坡进行粗略修整，将坡面上预留的保护土层全部打松，修整螺旋对渠槽边坡再进一步精修，将坡面上打松的虚土全部旋至渠底，同时齿槽铣刨装置开始工作，开挖出符合设计标准的齿槽。行走装置在导轨上沿渠道长度方向行走，带动整个修坡机向前进行修坡作业。如果边坡上预留的土层较厚，铣刨体一次性无法通过时调节升降装置，整体抬高修坡机滚轴，分层进行修整，直至修出的坡面达到设计标准坡面为止。修坡完成之后及时将齿槽和坡面上残留的少量虚土及时清理至渠底，利用挖机配合人工将虚土及时清理至渠槽外。
　　3、摊铺机摊铺坡面混凝土
　　将混凝土衬砌机安装在导轨上，通过坡比调节装置按照设计要求1：1.5调整好衬砌机的坡比。接通主电源，调试各工作装置正常工作，利用电动升降装置调整衬砌机的高度，将混凝土衬砌厚度调整至设计7cm厚度值。坡比和厚度调整完成后准备进行摊铺混凝土施工。
　　4、抹光机抹面
　　混凝土摊铺完成后开启抹光机。首先，将混凝土抹光机安装在导轨上，通过坡比调节装置调整好抹光机坡比。再接通主电源，调试各工作装置正常工作，调节电动升降装置将抹光机磨盘接触到摊铺成型的混凝土面上，开启抹光装置正常工作。行走装置在导轨上沿渠道长度方向行走，并带动抹光机向前行走。抹光机上附带的抹光盘直径为1m，在电机的驱动下顺时针转动，并沿主机架在坡面上下移动，对摊铺成型的混凝土提浆抹面。抹光机抹面完成后对坡面上局部没有收光的地方以及齿槽顶部利用人工收光。
　　抹光机抹面完成后待混凝土初凝后覆盖土工布并洒水养护。抹光机结构大样图见图4。
　　5、切缝机切缝
　　坡面混凝土强度达到设计的50%以上时开始切缝施工。切缝前将混凝土切缝机安装在支架上，人工推动支架将切缝机移到切缝位置。接通主电源，调试各工作装置正常工作，开动卷扬机牵引切缝机沿机架由渠顶向渠底方向行走进行切缝。切缝完成后再利用卷扬机拉至渠顶，人工推动支架到达下一切缝点。
　　切缝机采用普通混凝土切缝机。渠道坡面每3m设一条横缝，缝宽2cm。锯片直径为350cm，厚度为9mm，2个锯片重叠使用，切出符合设计及规范要求的横缝。切缝完成后及时覆盖土工布继续洒水养护，直至达到设计强度为止。
　　3.5机械化衬砌施工效果
　　大广坝灌区昌干Ⅱ标采用机械化衬砌施工，节省了大量劳动力，施工效率提高50%以上，与人工衬砌相比，每立方米混凝土可节省成本135元。且机械化衬砌的渠道混凝土厚度均匀，表面光滑、平整，达到混凝土内实外光的效果，得到参建单位的一致好评。
　　4结束语
　　大广坝灌区昌干Ⅱ标成功引进机械化衬砌技术，为国内中小型渠道混凝土衬砌施工积攒了宝贵的经验，且该套设备支腿部位全部采用液压千斤顶支撑，随时都可以调整上下支腿高度，可随意改变修坡坡比和修坡厚度，不受渠道坡面坡比的限制，在同一渠道内坡面有多个坡比的渠道上照样可以灵活使用。随着水利建设步伐加快，在中小型渠道工程中推广使用机械化衬砌施工，有利于提高渠道衬砌混凝土的质量，并加强我国水利行业的实力，也将产生良好的经济和社会效益。
　　
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