龍門式布料機在袁沖暗涵工程中的深入應用

(湖北水總水利水電建設股份有限公司，湖北 武漢 430000)

1 前 言

鄂北地區水資源配置工程是湖北省主導建設的最大水利工程，同時也是省委、省政府的重點項目，被稱為“湖北一號工程”，是我國172項全局性戰略性節水供水重大水利工程之一。其中位于老河口市的袁沖暗涵工程長8.85km，采用雙孔箱涵結構，過流凈斷面尺寸為2×4.5m×5.5m(孔數×寬×高)，設計流量38m3/s，15m一分縫。暗涵具有埋深大、占線長、工作面分散、入倉強度高、設備移動頻繁等特點，同時暗涵最大開挖深度達24.6m，地面為崗波狀平原，起伏高差達18m以上。為適應不同埋深要求，暗涵外尺寸寬度有12.4m、11.8m、11.3m等不同截面型式。

暗涵工程施工具有作業面長、基坑作業、管身結構統一等特點，龍門式布料機可通過龍門架橫向移動卸料車，實現二維平面固定位置布料。同時龍門式布料機具有軌道式行走、連續作業、成本低廉的優勢，為此我們選擇了龍門式布料機進行受料。但袁沖暗涵具有基坑開挖深度大、高差起伏大、截面尺寸多等特點，為此湖北水總水利水電建設股份有限公司在龍門式布料機的深入應用上開展了適應不同暗涵截面、不同受料高度、混凝土離析問題的多項研究，現將研究應用情況進行介紹說明，為同類型工程提供參考。

2 龍門式布料機的設計

龍門式布料機由主、副皮帶輸送機組成，安裝在支撐鋼架上形成工作平臺，副皮帶負責將混凝土罐車運送的混凝土料傳送至主皮帶，然后由主皮帶上的分料口將混凝土料卸入倉號指定部位。主、副皮帶輸送機的支撐架通過鉸接形成整體，支撐架自帶支腿和行走系統，采用軌道方式行走，通過同步電機、齒輪傳動，由操作室統一控制。主皮帶上的分料口由人工操作，利用開合刮料板來實現對倉號不同部位的卸料，混凝土料通過斜溜槽、伸縮式溜筒到達指定位置。

2.1 移動門架式水平布料系統結構設計

暗涵橫向最大跨度為12.4m，考慮邊墻外模板與支模桁架和行走軌道等，水平布料皮帶每邊須增加3.5m，整體水平橫梁長度取20m；其凈空高度須高于外模臺車上部桁架頂部高度，加上頂板澆筑操作空間，確定布料機凈空高度為9.5m；橫梁斷面尺寸，經過不同荷載標準保證率和不同斷面尺寸的結構力學計算，進行對比優化，選用1.2m×1.5m鋼結構斷面設計。

2.2 同步移動式鋼架梁系統結構設計

暗涵基礎開挖深度較大，兩邊坡開挖坡比為1∶1.5，由于地面高低起伏不平，開挖深度11～25m，管身頂角距邊坡水平距離最大達40多m。開挖深度大于18m的部位，為把混凝土攪拌車的混凝土傳送到門架水平皮帶上，設計用一鋼架梁連接水平門架。鋼架梁一端搭在門架上，另一端架在邊坡二級馬道上設置的軌道上，再用一桁架溜槽連接鋼架梁，一端鉸接在鋼架梁上，另一端架在邊坡坡頂設置的軌道上，使門架四個輪軸支點和鋼架梁兩個輪軸支點與桁架溜槽在坡頂軌道上的兩個輪軸支點形成八輪同步行走系統。為了減輕桁架溜槽的重量，減小了桁架結構斷面，采用在桁架溜槽中部設置一電動伸縮支撐，行走時收回支撐，工作時撐開支撐。開挖深度在11～18m之間，取消桁架溜槽和在坡頂車道上的兩個輪軸支點，改用小桁架溜槽用支架和拉索懸掛在鋼架梁上，形成六輪同步行走系統。

2.3 布料皮帶及上料、卸料裝置設計

在門架水平橫梁上面和鋼架梁內安裝80cm寬輸送皮帶，并在門架與鋼梁連接端設置控制室，控制皮帶和卸料小車運轉及三組行走輪軸同步前進或后退。混凝土攪拌車在邊坡馬道上直接把拌制好的混凝土料卸入皮帶受料斗，由皮帶傳輸運送。根據不同澆筑部位，在水平皮帶一側設置卸料小車，由卸料口把混凝土送入緩降串筒，再由串筒把混凝土布入須澆筑的位置。

2.4 溜筒緩降裝置設計

布料機卸料小車距地面高超過10m，混凝土經過溜筒溜至倉面時有可能發生離析現象，在溜筒中設置緩降裝置，降低混凝土在下溜過程中的沖擊速度，保證混凝土溜至倉面時不發生離析，確保混凝土施工質量。

形成一整套由混凝土運輸皮帶、桁架梁、支腿、行走輪軸、主控室等組成的完整的混凝土布料系統。

2.5 龍門布料機施工現場布置典型示意圖

暗涵開挖設計為6m一級，每級設置2.0m馬道平臺，不足3.0m高度的一坡到頂不分級。布料機主軌道為43門軌，下設60cm寬枕木，枕木高15cm，間距40cm，小桁架軌道規格改為24門軌，其余同主軌。布料機施工現場典型布置見圖1。

圖1 龍門布料機施工現場典型布置示意圖

3 龍門布料機解決不同高度受料問題的研究

袁沖暗涵所處崗波狀平原，暗涵高差起伏較大、基坑深，同時位于膨脹土地區，混凝土罐車運輸通道布置及受料口位置就顯得尤為重要，原先確定對一級馬道平臺進行拓寬，將混凝土罐車運輸通道、混凝土受料口布置在一級馬道平臺，但這樣會增加開挖工程量，而且在邊坡上布置運輸道路對邊坡穩定不利，交通安全隱患突出，須將運輸通道及受料口布置在坡頂上，方能滿足經濟、安全要求。

通過研究現場一、二、三工區的地形和暗涵高度，將布料機副皮帶及其行走輪布置在12.0m高度處(設計二級馬道高程)，同時針對不同地形高度采取三種不同的解決方案。

第一種：移動溜槽配合布料機

二工區暗涵樁號11+880～13+710，長1830m，開挖邊坡高度在11.5～20m左右，大部分為二級坡，部分為三級坡。因為要將布料機副皮帶及其行走輪布置在12.0m高度處，因此在開挖過程中，嚴格按照開挖6m高度進行分層，即9m高度分級開挖，不再一坡到頂，以便布置行走輪。根據邊坡的不同高度，分為三種工況解決布料方案。

工況一：開挖邊坡不足12.0m，設二級坡開挖。考慮到二工區不足12.0m高的僅有90m范圍，高差不超過0.5m，因此在施工過程中直接利用開挖料回填0.5m，抬高至12.0m，以滿足典型布料機布置受料的要求。

工況二：開挖邊坡高度12.0～15.0m，設二級坡開挖。二工區大部分均為此類地形，范圍約1260m，在布料機典型布置受料的基礎上進行改進，在受料口上部接1m、2m、3m不同高度的活動溜槽，活動溜槽與小桁架反拉固定，具體見圖2。

工況三：開挖邊坡高度15.0～21.0m，設三級坡開挖。二工區后段小部分均為此類地形，范圍約480m，在布料機典型布置受料的基礎上進行改進，在三級開挖邊坡上加裝移動溜槽，溜槽分節可組合成不同高度，在坡上采用腳手架固定溜槽，具體見圖3。

第二種：固定桁架溜槽配合布料機

一工區暗涵樁號10+710～11+670，長960m，開挖邊坡高度在21～24m左右，設計為三至四級級坡。考慮到固定桁架溜槽較重，應盡可能縮短固定桁架溜槽長度以減輕重量，故根據大部分地形高度在21m左右，按最小的高度21m設計固定桁架溜槽長度，并在三級馬道上設立一電動伸縮支撐，行走時收回支撐，工作時撐開支撐，以確保桁架受力；頂部取消行走裝置。具體見圖4。

圖2 活動溜槽配合布料機受料示意圖

圖3 坡面溜槽配合布料面受料示意圖

圖4 固定桁架溜槽配合布料機受料示意圖

對部分超過21m開挖高度的暗涵澆筑，參照第一種形式的工況二，可在受料口上部接1m、2m、3m不同高度的活動溜槽，以滿足布料要求。

第三種：小桁架鉸支變幅布料機

三工區暗涵樁號13+710～14+850，長1140m，開挖邊坡高度在10～15m左右，設計為二級坡。考慮到低于12m開挖高度的暗涵長500m，占比較大，墊高至12.0m高度工程量較大，為此我們將副皮帶桁架與主桁架采用鉸接方式連接，在一定角度范圍可進行調節，以適應不同高度要求。

對部分超過12m開挖高度的暗涵澆筑，參照第一種形式的工況二，可在受料口上部接1m、2m、3m不同高度的活動溜槽，以滿足布料要求。圖5為小桁架鉸支變幅布料面受料示意圖。

圖5 小桁架鉸支變幅布料面受料示意圖

4 龍門式布料機解決不同截面暗涵寬度的研究

為適應不同暗涵埋深要求，暗涵外尺寸寬度有12.4m、11.8m、11.3m等不同截面型式，可以看到，暗涵開挖寬度最大差達1.1m，在同一工區中存在不同的開挖寬度。為滿足不同截面暗涵受料要求，減小開挖工程量，節約投資，須研究制作能進行門軌寬度調節的布料機。

4.1 變軌設計

為滿足門軌寬度調節的需要，我們設計將主桁架跨度支柱處調整成三種跨度(分別為11.4m、11.8m、12.4m)，主桁架設不同寬度的卡扣伸縮調節，通過螺栓固定伸縮節。具體詳見圖6。

4.2 變軌安裝

布料機變軌安裝施工分六個階段，第一階段為布料機主桁架支柱挪動端主桁架支護、頂起；第二階段為桁架吊裝小車起吊挪動端支柱至螺栓不再受力，拆卸支柱與桁架鏈接螺栓；第三階段為吊裝小車向跨度方向挪動位置；第四階段為桁架與支柱螺栓鏈接；第五階段為主桁架支護千斤頂下落直至支柱安放到導軌上；第六階段為拆卸支護，加固所用設備，變軌安裝完成；具體見圖7。

5 龍門式布料機解決混凝土離析問題的研究

使用龍門式布料機進行布料澆筑的混凝土垂直高度約8～12m，特別是底板混凝土，高差達11m，鋼筋密集。如何解決高落差產生的混凝土離析問題、保證混凝土質量，是必須解決的技術難題。結合工程實際，提出了魚刺式串筒、橡皮串筒等方式進行緩沖，改善了離析問題。

圖6 布料機門軌寬度調節設計圖

圖7 布料機變軌安裝示意圖

5.1 魚刺緩沖串筒的設計

魚刺式串筒是由長度1m的串筒和串筒連接而成，串筒內增加魚刺式橡皮板，在混凝土垂直運輸過程中，“魚刺”可減緩混凝土的垂直下落速度，有效控制混凝土的骨料離析。魚刺串筒展開具體見圖8。

圖8 魚刺串筒展開圖

5.2 魚刺串筒緩沖操作要點

暗涵最大高度7.9m，布料機高度12m，布料小車至暗涵底板上層鋼筋高度達10.5m。施工過程中在上、中、下位置設3節魚刺型緩沖串筒，末端設1節橡皮溜筒；澆筑頂板墻身時，上部在臺車桁架上設溜斗緩沖；溜筒距鋼筋面層最大距離不得超過0.3m；串筒兩側均采用鋼絲繩進行連接，以確保安全；施工過程中工人須來回移動串筒，以防止堵管情況發生；施工過程中要及時對受串筒布料影響的鋼筋進行復位；嚴格控制分層高度，邊角部位產生的骨料集中采用人工平倉、摻同等級砂漿進行處理；控制混凝土下料速度，防止下料過快堵塞串筒；混凝土澆筑結束后，及時進行串筒的清理檢查、更換和保養。

6 結 語

鄂北地區水資源配置工程袁沖暗涵混凝土施工過程中，將龍門式布料機的性能發揮到極致，極大地方便了現場施工。通過該工程的深入研究，解決了基坑內混凝土的垂直運輸以及大范圍布料問題，響應了常態混凝土入倉的設計意圖，特別是解決了崗波狀平原高差起伏大、暗涵截面變化、混凝土離析等問題，滿足了工程實際所需，節約了工程成本。本文對龍門式布料機在鄂北調水袁沖暗涵工程施工中的研究應用進行了簡單介紹，可供今后從事類似工程施工時參考。