南水北調坡面施工的四種專利設備

坡面施工在南水北調施工過程中，要占施工總量的1/3，合理巧妙的利用機械設備，對爭取時間、降低成本、提高效率起到關鍵性的作用。

南水北調工程中大型渠道坡面工程量巨大，技術要求高，施工難度大，且對土壤緊密連貫性要求強，在遇到復雜性土質時，還需要采用水泥改性土換填高填方。南水北調工程中大型渠道坡面的特殊工況，使得采用常規施工方法和坡面施工設備很難保證施工進度計劃，根本滿足不了施工要求。

我單位在承接南水北調項目幾個標段施工任務過程中，組織相關技術人員，精心策劃，嚴密組織，對一些坡面設備進行不斷探索，創新開發出了4種坡面施工設備，從而攻克了許多難關，節省了很大成本，提高了極大效率，順利完成了坡面施工任務。

1.坡面削坡機

南水北調工程坡面較長，且施工工藝對渠道坡面平整要求較高。在南水北調項目開挖渠道（河堤）時，為確保坡面保持平整，有時需要對坡面進行整修作業。為了滿足施工要求，我們設計了一種組合式削坡機。

該組合式削坡機主要由主桁架、上支撐裝置、下支撐裝置、削坡主機和主輸送土裝置等組成，如圖1所示。主桁架沿坡底到坡頂的方向延伸布置，上支撐裝置和下支撐裝置設置在主桁架上端和下端，削坡主機可沿主桁架導向移動，削坡土由主輸送土裝置運送至工作面外。主桁架上設置有電動滾筒，電動滾筒通過鏈條與削坡主機連接，從而構成帶動削坡主機沿主桁架導向移動的削坡主機驅動裝置。

削坡主機包括主機機架、設置在主機機架底部用于削坡的削耙機、對應削耙機設置的螺旋輸送機、升運裝置和橫向轉移裝置，如圖2所示。削耙機的轉動軸線沿與主桁架的寬度方向一致的左右方向延伸。使用時，削耙機將土料削刨下來并拋送給螺旋輸送機，螺旋輸送機將涂料從螺旋輸送機右側的出料口排出。主桁架右側底部設有與螺旋輸送機的出料口對應的土料傳送帶，用于將土料輸送到主桁架的下端，以實現收集和后續轉移。

主土料輸送裝置主要由傳送帶構成，設置在主桁架與長度方向垂直的方向的頂部。削坡主機升運裝置的底部為上料端，頂部為下料端，它能夠將螺旋送料機輸出的土料運輸到主桁架與長度方向垂直方向的上方。橫向轉移裝置對應設置在升運裝置的上料端和土料傳動帶之間，它能夠將升運裝置提升上來的土料沿左右方向輸送到土料傳送帶上，從而實現土料的自動化輸送，避免了二次清土、運土。由于土料傳送帶設置在主桁架與長度方向垂直的方向的頂部，與現有的懸伸結構相比，結構強度高，距離坡面的高度高，所以能夠避免土料傳送帶與坡面產生干涉，作業更加方便。

2.坡面開槽機

在南水北調查坡面施工的過程中，經常碰到土質是膨脹土的情況。膨脹土穩定性差，直接進行混凝土澆筑困難，且牢固性差，為了改變土質性能與結構，增強防滲、抗壓等功效，通常采用水泥改性土換填的施工方法。水泥改性土換填后，為了防止水渠滑坡，根據技術要求，需先在水渠的坡面上刻深槽（寬50cm左右，深60cm左右，長度26～30m不等），然后再用鋼筋混凝土澆筑成網狀坡面梁。

水泥改性土的土質異常堅硬，故對此段水渠的邊坡刻槽技術要求較高。傳統施工作業，需要人工先用風鎬等工具對水泥改性土進行破碎，然后人工清理碎渣，再用鐵鍬、鎬等工具修邊、清理。人工開槽耗時費工，施工進度緩慢，效率極低，人均每小時開挖不到0.5m，且所開挖的槽邊沿極不整齊，寬度與深度尺寸難以控制，施工進度和質量均難保證，為此我們開發出一種新型刻槽機。

我們研發的刻槽主機包括主機支架、設有刻槽刀頭的刻槽滾筒和刻槽滾筒驅動裝置，如圖3所示。刻槽滾筒設置在主機支架下部，其轉軸沿主桁架寬度方向延伸。主機支架沿主桁架高度方向與所述主機小車導向移動裝配，主機小車上設有驅動刻槽主機升降的升降裝置。

本坡面開槽機利用銑削原理對水渠、河堤等的坡面進行刻槽。其采用大跨度桁架作為工作平臺，各運動部件均由機械傳動和電機驅動，以確保整個機械運行靈活、制動可靠，可實現整機行走、刻槽和輸送土的全機械自動化，尤其適用于大中型水利工程的水渠邊坡、河堤的刻槽工作。

該設備利用主機小車和主機升降裝置，實現刻槽主機沿主桁架長度方向和高度方向的移動，能夠挖出各種深度和長度的槽，實現了坡面刻槽機械化。在主機小車主桁架上方、下方均有先進導向輪進行限制，以使主機小車運行更安穩，從而避免施工坡度較大時主機小車晃動或翻滾。主桁架采用2個并排設置的鋼結構桁架，保證了整機的剛度，減弱了整機晃動，提高了刻槽的質量。在主桁架兩端設置的整機行走及升降裝置，可實現整機的自動行走和坡度調整。采用該設備施工節省了大量人力，提高了施工效率，同時保證施工質量。人工開槽與采用坡面刻槽機開槽的施工效果對比如圖4所示。

3.斜面刻槽機

在水泥改性土換填后，做坡面梁的同時，還要在坡面上刻挖排水槽（寬20cm左右、深3cm左右），用做鋪設排水板。在坡面上刻挖排水槽，和坡面開槽有相似之處，但也有不同之處。不同之處在于所需槽型為“A”字型，需在半坡斜面上施工，且排水槽較淺、數量較大。如果先依靠人工用風鎬等工具對改性土進行破碎，然后人工清理碎渣，再用鐵鍬、鎬等工具修邊、清理，耗時費工，施工進度緩慢，效率極低，所開挖的槽邊沿極不整齊，尺寸難以控制，給排水板鋪設也造成了很大影響。同時破碎下來的碎渣未清理之前均留在槽內，影響工人對排水槽施工狀況的觀察，施工進度和質量均難保證。為了能夠方便在硬質基面上進行刻槽，我們對市場上現有的刻槽機進行了改進創新。改進后的斜面刻槽機如圖5所示。

機架上除了設有用于滾動支撐在相應基體上的行走輪，還設有裝配刀具的安裝軸，安裝軸上則設有用于向下伸出的行走輪。刻槽刀具沿刀具安裝軸軸向依次排列，與所要刻槽的槽寬對應布置。各組刻槽刀具均設有2只以上沿周向均布的刻槽刀頭，任意一組刻槽刀具中的刻槽刀頭，均與相鄰組的刻槽刀具在周向上交錯布置。此外，機架上還設有用于帶動刀具安裝軸轉動的驅動裝置。

刻槽機采用上述改進方案，行走輪能夠對機架進行支撐，刻槽機能在相應的基體上行走。刻槽刀具與所要刻槽的槽寬對應，刀具安裝軸在驅動裝置的驅動下轉動時，不同組的刻槽刀頭能夠依次對基體進行削刨。由于單組刻槽刀具的刻槽刀頭切削寬度較小，因此能夠有效地在基體上形成切槽。在刀具安裝軸的循環轉動中，依靠各組刻槽刀具的依次切削可在基體上形成所需寬度、深度的切槽。

該刻槽機操作簡單方便，切槽效率極高。刻槽刀具切槽后的土拋向后方，甩至螺旋收料裝置處，螺旋收料裝置再將土收集后，向坡面下方拋土，從而減輕了刻槽機在工作時斜面的重力，緩解了因斜面重力產生的施工不便。

4.可調式布料機

南水北調工程中渠坡的襯砌，一般采用體積較大、功能較多、效率較高的大型渠道襯砌機進行襯砌。但該機在渠道坡面轉彎處或橋梁下坡面部進行襯砌時，難以適應襯砌長度的變化和襯砌弧度的變化，布料、施工比較困難，且施工費用較高。若采用人工襯砌，同樣存在難以布料的問題，且施工效率很慢，施工質量不易保證。為解決現有的渠坡輸料系統移動不靈活和長度不易調整的問題，我們通過努力設計出一種可調式膠帶布料機

可調式膠帶布料機結構如圖6所示。其包括2個以上依次可拆連接的帶式輸送單元，每個帶式輸送單元分別具有各自的支撐行走裝置。支撐行走裝置包括設置在入料端的后支撐輪和設置在出料端的前支撐輪，前支撐輪和后支撐輪至少一個為萬向輪，二者均設有駐車制動裝置。相鄰的帶式輸送單元之間，通過能夠相對轉動的牽引式可拆連接件連接。在帶式輸送單元的上層傳送帶下方，設有2組以上沿帶式輸送單元輸送方向間隔的傳送帶托輥（2只v形布置），2只傳動帶托輥頂部的間距大于底部的間距。在帶式輸送單元下層傳送帶下方，設有用于刮除傳送帶上物料的刮料板。

由于可調式膠帶布料機包括2個以上依次可拆連接的帶式輸送單元，并且每個帶式輸送單元均具有各自的支撐行走裝置，因此，每個帶式輸送單元均可依靠各自的支撐行走裝置自由轉移位置。增加或減少帶式輸送單元數量，實現其長度調整，能適應不同距離的布料需求，為此使用起來非常方便。

坡面施工在南水北調施工過程中，要占施工總量的1/3，合理巧妙的利用機械設備，對爭取時間、降低成本、提高效率起到關鍵性的作用。高效的投入就有額的回報，公司在機械設備方面的投資使我們得到了事半功倍的效果，4項技術也均獲得了《實用新型專利》。

（作者地址：河南省鄭州市緯五路綜合樓12樓1222室河南水利建筑工程有限公司450008）