渠道襯砌機在南水北調中線京石段工程中的應用

任喜龍

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

渠道襯砌機在南水北調中線京石段工程中的應用

任喜龍

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

渠道襯砌機在南水北調京石段工程施工中的使用，大大提高了渠道混凝土襯砌效率，取得了寶貴的施工經驗。在介紹渠道襯砌設備施工工藝的基礎上，分析了PMCQ650型振動碾壓式襯砌機、SCFM系列振動滑模襯砌機、PHB型渠坡布料機及PHZ型渠坡振搗成型機的施工原理，及其在使用過程中的優缺點。

南水北調；渠道；襯砌設備；施工

1 工程概況

南水北調中線京石段應急供水工程起點為河北省石家莊古運河樞紐，終點北京團城湖，全長306km。其中河北省境內渠段總長227.4km，其中渠道長201.1km，建筑物長26.3km。全挖方渠道86.2km，全填方渠道9km，半挖半填渠道105.8km。渠道最大挖深40m，最大填高15m，渠道設計水深3.8～6m，土渠段縱坡為1/25 000，石渠段為1/20 000。

2 渠道襯砌結構及襯砌施工工藝

2.1 襯砌結構型式

京石段應急供水工程渠道采用全斷面現澆混凝土襯砌，填方渠道襯砌至堤頂，挖方渠道襯砌至一級馬道。渠段襯砌板厚度為邊坡10cm、渠底8cm，河灘地段邊坡和渠底均為15cm。襯砌板下面采用復合土工膜加強防滲。為防止渠道凍脹對混凝土襯砌板的破壞，渠基采用鋪設聚苯乙烯保溫板或換填砂礫料的防凍脹措施。

混凝土襯砌板設縱橫向分縫，以滿足沉降變形和溫脹要求。土渠段現澆混凝土縱、橫縫間距為4m，石渠段縱、橫縫間距為6m。分縫類型分為半縫和通縫，半縫切割深度為混凝土板厚的0.7～0.75倍,縫寬1cm；通縫貫穿混凝土襯砌板，縫寬2cm，如采用切割的方法，切割深度宜為混凝土板厚的0.9倍。襯砌分縫填料上部2cm厚采用聚硫密封膠，下部選用聚乙烯閉孔泡沫板填充。

2.2 襯砌施工工藝

目前我國的渠道襯砌機械化施工剛剛起步，通過京石段應急供水工程渠道襯砌機械化施工，已經探索出一套較成熟的施工經驗。結合南水北調渠道的結構特點，主要工藝流程如圖1所示。

3 渠道襯砌設備的分類和特性

渠道襯砌機主要可以分為兩大類[2]：滾筒式渠道襯砌機和滑膜式渠道襯砌機。

滾筒式渠道襯砌機由旋轉滾筒式修坡機、皮帶輸送布料機、震動滾筒碾壓式混凝土襯砌成型機、混凝土分縫和養護臺車組成。滑膜式渠道襯砌機由回轉鏈斗式修坡機、內置式插入振搗滑膜混凝土襯砌成型機、混凝土分縫和養護臺車組成。

圖1 渠道襯砌混凝土施工流程

渠道襯砌機有履帶式、軌道式2種行走方式。履帶式渠道襯砌機行走通過性好，能自由轉動調整機器行走方向，若空間許可，可自行穿過較大的建筑物。主要采用輔設導向線，由傳感器通過電腦程序控制液壓閥，控制整個液壓系統，導向定位，實現整機協調工作。軌道式襯砌機道軌可循環使用，機械自重較小，比履帶式襯砌機靈活。主要靠道軌來控制方向、定位，履帶式主要是采用輔設導向線，由傳感器通過電腦程序控制液壓閥，控制整個液壓系統，導向定位，實現整機協調工作。

4 渠道襯砌機的應用

機械化襯砌具有混凝土均勻、密實性好、質量好，而且施工速度快、工程壽命長、經濟效益好等特點，國外渠道機械化襯砌成型設備已有幾十年的發展歷史，其中以美國高馬克（Gomaco）、意大利瑪森薩（Massenza）及德國維特根等公司的產品最具有代表性。國內，南水北調東線濟平干渠的施工中使用了渠道襯砌設備，積累了寶貴的施工經驗，并且在引進、試驗、改進和生產實踐經驗的基礎上，研發了具有自主知識產權的渠道混凝土機械化襯砌成型設備[3]。

在南水北調中線京石段施工中，所有渠道標段都使用了渠道混凝土襯砌機，使用比較多的主要是洛陽麗銘機器設備公司制造的PMCQ650型振動碾壓式襯砌機，山東水總機械工程有限公司制造的SCFM系列振動滑模襯砌機和山東蒙陰市政建安處制造的PHB型渠坡布料機及PHZ型渠坡振搗成型機。

4.1 PMCQ650型振動碾壓式襯砌機

PMCQ650型多功能渠道坡面襯砌機是由中國水電十一局參考國內外同類機械產品的結構和性能特點，結合南水北調工程京石段施工的實踐經驗，自行研發的一種渠道坡面混凝土施工專用設備。

PMCQ650型渠道襯砌機將混凝土布料、振搗、軋實布置在同一臺機架上，實現了功能一體化。機身框架采用優質矩形鋼管焊接而成，強度高，重量輕，按所需長度拼接，便于運輸和拆裝，機架高度采用電動調節，更換機架鉸接處的聯結螺栓位置可以調整坡比，適用于大面積襯砌作業。布料車和振搗攤鋪車采用鋼絲繩或鏈條牽引傳動，運行平穩，電機采用變頻制動專用電機，運行速度可隨意調整[4]。

振搗作業需沿機架上的軌道在整個襯砌寬度作往復運動，借助由平板振搗器和插入式振搗器構成的組合振搗器對混凝土料實施振搗整平作業。壓光輥整平碾壓，可使成型后的混凝土表面密實平整。

優點：功能集中，機身輕，便于安裝、拆卸和搬運，價格便宜。

缺點：①因PMCQ型襯砌機機身輕、絎架剛度小，振搗時機架易發生共振，振搗效果較差。雖然施工單位采取了一些改造措施，但仍需人工用平板振搗輔助才能達到密實度要求。②混凝土布料、攤鋪需人工輔助，抹面壓光機械化程度低，需使用大量的勞動力。施工人員的頻繁踩踏走動，影響土工膜和保溫板的穩定，對渠道基面也有一定破壞。

4.2 SCFM系列振動滑模襯砌機

SCFM系列振動滑模襯砌機在南水北調東線濟平干渠的渠道施工中使用，取得了很好效果，在京石段的施工中也贏得了各參建單位的好評。SCFM系列振動滑模襯砌機主要由行走系統、升降調整系統、皮帶機布料系統、框架料倉結構、自動控制系統等部分組成。襯砌機側面設有分倉料斗，布料采用皮帶機輸送，自行式滑動刮刀分料到各倉。每個分倉料斗內，設有低壓高頻自振式振搗棒，順坡方向布置，高度可調節，可保證混凝土振搗密實。料倉后面的檔板兼作滑模板，靠設備自重擠壓成型。

優點：SCFM系列振動滑模襯砌機襯砌效果好，對于襯砌厚度厚的渠道尤為明顯，施工速度快。

缺點：襯砌機設備較重，對坡長適應能力較差，不能現場改裝，機械化程度不高，需要人工輔助抹面；設備價格比較貴。

4.3 PHB型渠坡布料機及PHZ型渠坡振搗成型機

本襯砌機系統是由PHB型渠道坡面混凝土布料機和PHZ型渠道坡面混凝土振搗成型機兩臺機器組成，每臺機器都有獨立的機架，自成系統。拌和好的混凝土通過上料皮帶機運送到PHB型布料機的進料斗，而后由布料機的螺旋布料器將混凝土從上向下運輸到倉面，刮板機構的刮刀控制混凝土的攤鋪厚度，并將混凝土均勻的攤鋪在渠坡表面。PHZ型渠坡振搗成型機上裝有螺旋輸送均料器和振搗器，對渠道坡面已經攤鋪好的混凝土進行自動振搗成型。

優點：采用雙螺旋布料系統，布料均勻；與布料系統分離的振搗系統，桁架整體重量及剛度較大，克服了PMCQ650型襯砌機振搗時易共振的缺點，振搗振搗效果較好；價格適中。

缺點：機身體積、自重大，功能分散，搬運、拆卸不方便。

5 結語

南水北調工程的建設時間緊、工程量大、要求質量高，采用渠道混凝土機械化襯砌成型設備是保證施工質量、提高施工速度、降低工程運行成本的必然選擇。渠道襯砌機在南水北調京石段工程施工的廣泛使用，大大提高了渠道混凝土襯砌效率，取得了寶貴的施工經驗。

在渠道混凝土襯砌施工中也存在著一些問題，值得進一步研究和解決：①目前南水北調工程中使用的渠道襯砌設備種類很多，部分為施工單位自行研制生產，渠道混凝土的襯砌質量也參差不齊，有待建立一個統一的標準來規范襯砌設備的生產和使用。②當前渠道機械化襯砌的自動化水平普遍不高，施工中需要大量的人工輔助生產；與渠道襯砌機配套的一些機械設備需要進一步開發，如渠道削坡機、抹光機等，人工削坡、鋪膜等工序不能同步完成，一定程度上限制了襯砌機的施工速度。

［1］韓其華，祝鳳山.南水北調工程渠道機械化襯砌技術研制概況［J］.水利水電科技進展，2006（1）.

［2］瞿瀟.渠道混凝土機械化襯砌技術研究［D］.南京：河海大學，2006.

［3］高海成，余良碧，張智宏.振碾式渠道混凝土襯砌機施工技術應用［J］.南水北調與水利科技,2007（5）.

［4］余良碧.振碾式渠道混凝土襯砌機在南水北調渠道混凝土襯砌施工中的應用［J］.河北水利,2008（5）.

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1672-9900（2011）03-0086-02

2011-03-09

任喜龍（1980—），男（漢族），河北懷安人，工程師，主要從事水利水電工程規劃設計工作，（Tel）022-26154916。