浅谈衬砌机在大型渠道混凝土机械化施工中的应用.pdf

水 利水 电工 程设计D WR H E2 0 1 2年 第 3 1 卷 第 4期 浅谈衬砌机在大型渠道混凝土 机械化施工中的应用 李 鹏 浩 摘 要 南水北调中线工程渠道设计断面标准、 衬砌混凝土厚度在相对区间内等厚， 为渠道大规模混凝土机械化施工 创造了条件， 衬砌机在渠道大规模施工中的应用， 提高了混凝土施工的工效， 保证了混凝土流水化作业的施工质量。目 前衬砌机的应用已处于大规模使用阶段， 针对 S M8 0 0 0型系列渠道衬砌机 自动化作业的施工参数， 并结合在施工应用过 程 当中的经验， 总结 了衬砌机在渠道混凝土衬砌施工中的施工控制要点， 形成了可靠的机械化衬砌工艺参数， 为混凝土 衬砌机械化施工提供了依据。 关键字 渠道混凝土衬砌机械化 南水北调中线 中图分类号T V 5 2 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 7 — 6 9 8 0 ( 2 0 1 2 } 0 4 — 0 0 2 6 " 0 3 南水北调 中线工程是一项跨流域 、 跨省市的特 大型水利工程 ， 南起湖北省丹江 口水 库 。 北至北京 市团城湖 ， 输水总干渠全长 1 2 7 5 k m。磁县二标段 位于河北省邯郸市磁县境内． 需要衬砌的渠道长度 为 1 3 ． 3 7 k m。 渠底宽 1 9 ． 5 ～ 2 5 I n ， 边坡 1 ： ( 2 ．0 ～ 2 ． 7 5 ) ， 设计水深 6 ． 0 I l l ， 渠道衬砌为现浇混凝土 ， 厚度分别 为 8 c m和 1 0 c m， 采用衬砌机大规模进行施工 。 1 衬砌机简介及渠道衬砌施工流程 1 ． 1 S M8 0 0 0型衬砌机简介 S M 8 0 0 0型衬砌机由主机架、操作台、铺料小 车 、 振动碾压小车 、 平料螺旋 、 皮带机等部分组成 ， 由操作台控制所有部分的运行 ，具有混凝土布料 、 摊铺、 振捣、 碾实、 扎光、 沿轨道自 行等多种功能。 适 用坡 比为 1 ： 2 、 1 ： 2 ． 7 5 ， 适用坡面长度 l 0 ～ 3 0 IT I ， 摊铺 厚度 1 0 ～ 3 0 c m。 机架长度可根据衬砌坡面长度适当 选用 ， 机架高度采用电动调节 ， 更换机架铰接处的 联结螺栓可以调整坡 比． 适用于大面积机械化衬砌 施工。 振捣 系统是衬砌机 自身安装的 1 ． 5 k W 平板振 捣器 ， 可沿机架上的轨道行走 ． 对混凝土料进行振 捣。混凝土压光采用电动抹面压光机， 在振捣工序 之后， 辅以人工进行抹面压光。 1 - 2 渠道衬砌施工流程 渠道混凝 土衬砌机械化施工主要工序包括渠 道开挖 、 坡面成型 、 保 温板铺设 、 复合 土工膜铺设 、 混凝 土衬 砌 、 混凝 土养 护 、 伸缩缝切 割 、 伸缩缝注 胶 ， 见 图 1 。 测量放样 卜 _ —_ 叫坡面整修 卜 _ —_ 叫 保温板铺设 土工膜铺设及焊接卜 _ — — _ 叫 模板支设 衬砌机安装调试 l 衬 砌 机布 料 — L — _ _ 1混 凝土 搅 拌运 输 l ---———．----．-----—--_ 一l -- —--- --- ---— —-- --- --- --- --- -一 - 混凝土振捣、滚压l ／ ■ 混凝土养护l ， ． 混凝土 切缝I l 缝面清理 混凝土填缝 图 1 渠道衬砌施工流程 填料配置 2 衬砌机施工原理 、 施工参数 、 指标确定 2 ． 1 渠道衬砌机施工原理 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 李鹏浩浅谈 衬砌 机在 大型 渠道 混凝 土机 械化 施工 中 的应用 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 ． 2 渠道大规划衬砌施工参数确定 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 2 0 c m时 ， 第 1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 5 0 e m。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。 2 ． 3 衬砌机的主要性能指标 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 ： t a n 0 = 0 ～ 0 ． 5 布料与衬砌有效长度 ： L = 1 0 ～ 2 5 m 整机行走速度 ： v = 3 ～ 1 0 m ／ mi n ； 浇筑速度 ： v= 7 。 21 m3 ,／ h 单层衬砌厚度 ： h ≤2 0 e m 单循环衬砌宽度 ： b ≥5 0 c m 总质量 ： I V = 1 5 t ( L = 2 0 m) 总功率 ： 2 9 k W。 3 渠 道 混 凝 土 衬 砌 面 基 础 质 量 控 制 3 ． 1 坡面 成型 渠道开挖前按照设计要求进行严格 的测量放 样 ， 渠道 中心线 、 边坡坡度 、 渠底高程应符合设计要 求， 数据记录齐全。 渠道开挖时应预留不小于 3 0 e m 厚的保护层 。 防止超挖扰 动原状土层 ， 破坏基面密 实性 。填方渠段按照设计要求进行分层 回填碾压 。 混凝土衬砌施工前进行人工精削坡 ， 控制基面平整 度偏差在 1 0 m m ／ 2 m之内， 不平处采用水泥石粉找 平 ， 以保证衬砌后混凝土的厚度。 3 ． 2 保温板铺设 保温板铺设应使保温板 与坡面密贴 、无空隙 ， 遇有凹陷处 ， 用水泥石粉找平 。保温板直接铺于混 凝土底层 ，其厚度偏差直接影 响到混凝土厚度 。 施 工时应控制保温板厚 度偏差 和两板 连接处 的高差 不得大于 2 m m。保温板尺寸不宜太小 ， 应尽量大 ， 并且板与板之间缝隙应尽可能减小 。由于混凝土受 冻可大大缩短其使用寿命， 因此 ， 保温板应保持板 面完整无损 。 3 ．3 复合土工膜施工 复合土工膜铺设 时搭接宽度不应小 于 1 0 e m， 为保证 防水层整体质量 ，应尽量减少搭接次数 ， 幅 间横缝错开距离不小于 5 0 c m。 复合土工膜拼接采用焊接机热熔焊接 ． 由于土 工膜很易烧破而影响焊接质量 ， 因此焊接时应熟练 掌握焊接机行走速度 和温度调节参数 。经试验 ， 气 温为 l 2℃时 ．控制热度 2 6 0℃、焊接机行走速度 2 ． 2 m ／ mi n 。其土工膜母材抗拉强度为 3 ． 8 k N ／ m， 变 异系数 2 ． 2 4 ％。 焊缝抗拉强度为 4 ． 7 k N ／ m。 变异系数 6 ． 5 2 ％， 焊缝质量符合规范要求。 由于焊接时的气温 不 同。 施工 中温度控制在 2 5 0 ～ 3 0 0℃， 行走速度控 制在 2 - 2 ． 5 m ／ mi n范围内．随时观察焊接面进行适 当调整。焊接过程 中和焊接后 2 h内焊接面不承受 任何拉力 ， 防止焊接面发生移动错位 。焊接完成后 观察焊缝有无漏接 、 烫损 、 褶皱 ， 拼接是否均匀并采 用充气法检查焊缝 的严密性 ， 不合格时及 时采取补 焊方法进行处理。 3 ． 4 模板、闭孔泡沫板安装 模板定位安装涉及渠道衬砌厚度 、渠道纵坡 、 边坡能否满足设计要求 ． 施工 中对基 面 、 模板顶部 高程进行测量 ． 其偏差控制在限差 以内 ， 并检查模 板稳定性和模板下部有无漏浆空隙。 闭孔泡沫板安装在跳仓 中完成 ， 在其顶部安装 2 e m泡沫板条或木条 以预留聚硫密封胶填缝位置 。 4渠 坡 衬 砌 混 凝 土 施 工 4 ． 1 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 ． 0 r n ， 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 ～ 8 e m时， 松铺系数控制在 1 ． 1 — 1 ． 1 5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 口及皮带受料 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 。 4 _ 2 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 - 6 m ／ 水利 z k电工 程设 计D WR H E2 0 1 2 年 第3 1 卷 第 4期 mi n ， 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 的混凝土面上出现露 石、 蜂窝、 麻面现象， 需补料重新振捣， 以防止漏振， 当出现壅料时， 需人工整平。 ( 3 )衬砌机振捣箱前应保持充足的混凝土拌和 物 ， 料位应高于振捣箱底 面 2 ～ 3 c m， 由摊铺搅笼进 行控制 。 ( 4 )由于仓号四周涉及模板及先期浇筑的混凝 土 ， 衬砌时应重点控制 ， 可采 用平板振捣器辅助振 捣 。 以确保衬砌质量。 ( 5 )进人弯道施工时，可通过调整轨道保持衬 砌机始终与渠道轴线垂直的工作状态。 4 ． 3 衬砌施工停机处理 利雹9 ]5 3 里中停机中断 舡时， 进行以下 罘 作 ： ( 1 )停机同时应解除电控操作控制 ， 升起机架 ， 将 衬砌 机驶离工作面 。 清理黏 附的混凝土 ， 同时对 衬砌机进行保养。 ( 2 )当衬砌机 出现故障时，应立 即通知拌和站 停止打料 ， 在故障排除时间内衬砌仓号内的混凝土 尚未初凝， 允许继续衬砌。当预计衬砌机故障在混 凝土初凝前无法排除时，应将衬砌机驶离工作面， 由人工继续浇筑 ， 使其浇筑面宽度满足设缝分缝的 宽度要求 ，或在出现故障的部位立即安装横 向模 板 ， 在此部位设 置横 向通缝 。 对 已铺筑的混凝 土重 新进行振捣、 收面压光 。 并清除分缝位置以外的混 凝土料。 为恢复衬砌作业作好准备。 4 ． 4 抹面压光 衬砌成型后 的混凝土在初凝前进行抹面 ， 由人 工操作 电动提浆抹光机进行收面压光 ， 边角部位 由 人工采用抹灰刀配合整平压光 ， 并在收面结束后及 时派专人对混凝 土表面局部残 留的气泡及划痕进 行压实抹光 ， 确保渠道衬砌混凝土的外观质量 。 4 。 5 混凝土养护 衬砌混凝土应保证湿润养护不少于 2 8 d 。干 旱 、 多风 、 E t 晒的天气施工时 ， 混凝土初凝后应采用 塑料薄膜、 草苫、 草帘、 毡布等覆盖保湿养护； 在温 度小 于 4℃的低温季节不宜进行混凝土衬砌施工。 4 ． 6 混凝土伸缩缝施工 伸缩缝间距及型式应满足设计要求。 采用定制 的合金锯片切缝。斜坡切缝时由低向高处进行 ， 且 先切横缝 ， 再切纵缝 ， 以便于纵缝施工时切缝机轨 道铺设 。 伸缩缝型式 ： ( 1 ) 半缝 ： 半缝深度为混凝土板厚的 0 ． 5 ～ 0 ． 7 5 倍。 采用切割机进行切缝施工 。 ( 2 ) 通缝 ： 通缝是贯穿全部混凝土衬砌板厚度 的缝 。现场施工时在需要设置通缝的部位采用等同 衬砌板厚度的方木或型钢立模分仓浇筑 。由于衬砌 板底部铺设有土工膜防渗层 ，当采取连续浇筑时 ， 通缝切割深度宜为混凝土板厚 的 0 ． 9 倍 。 4 ． 7 伸缩缝切割时间 切缝施工在混凝土收盘后 1 ~ 2 d进行 ，或在混 凝土抗压强度达到 1 ～ 5 MP a时进行 。 切缝时以锯片 不破坏缝两侧混凝土、缝壁光滑为时间控制标准 ， 宜早不宜迟 ， 避免大面积素混凝土结构产生裂缝 。 5 渠道衬砌混凝土检测 渠道混凝 土衬砌机从研制 到使用 ，经历 了研 发一 制造一试验一改进一试 生产一 正式投 产等一 系列过程。现场混凝土衬砌质量检测 主要围绕着混 凝土表面平整度 、 混凝土厚度 、 混凝土密实度以及 混凝土强度指标进行 ． 检测质量标准参照渠道混凝 土衬砌机械化施工技术规程。检测证明采用渠道混 凝土衬砌机进行的大型渠道混凝土衬砌施工 ， 其施 工质量是能够满足设计和规范要求的。在渠道混凝 土衬砌施工过程 中还先后接受了国调办 、 南水北调 中线局 、河北省邯郸市质量监督站等专家组检查 ， 检查过程 中对渠道衬砌机所施 工的混凝 土质量 表 示肯定。 6 结语 大型渠道混凝土衬砌机从开始研制到试生产 。 经历 了较长的的时间 ． 目前已广泛应用于南水调 中 线 、 东线渠道混凝 土衬砌施工 中， 实践证 明大型渠 道混凝土机械化推广取得 了良好 的效果 ， 为加快南 水北调大型渠道全断面混凝土衬砌施工发挥 了积 极作用 。衬砌机机械化施工 的理念 ， 为不断完善和 提高大型渠道衬砌施工技术水平提供了技术平台， 为更好 的服务 于我 国南水北调等大型水利工程施 工指明了研究 的方向。 作者简介 李鹏浩 男 助理工程师 中国水利水电第十三工程局有 限公 司 天津3 0 0 3 8 4 ( 收稿 日期2 0 1 2 — 0 9 — 2 1 )