1、渠道襯砌施工由我局先期承建的南水北調中線京石段應急供水工程滹沱河倒虹吸工程標段，工程位于河北省正定縣內，為南水北調中線總干渠的一部分，是南水北調先期開工的大型建筑物之一。工程由倒虹吸管身段、出口閘室段、出口漸變段、明渠段及附屬建筑物組成。 本標段總長 1409.16m，其中明渠段 202.16m。本標段渠道工程屬河灘地段渠道， 渠道過水斷面采用梯形斷面， 整個過水斷面采用現(xiàn)澆混凝土襯砌。渠底寬度為 21m，兩側渠坡襯砌長度為 22 27m , 襯砌坡長為21.98m，坡度為 1： 3，渠道內過水深度約為 5m，設計流量為 150 170m 3 /s 。渠道斷面結構為：渠坡和渠底頂部 15cm

2、厚的素混凝土襯砌板，襯砌板下鋪二布一膜的復合土工膜防滲層，防滲層下面鋪設有 2035cm 厚砂礫料保溫層，保溫層底部為渠道開挖的建基面。 另由我局承建的南水調中線京石段應急供水工程渠道項目 S6 標段，與滹沱河倒虹吸出口渠道相連。 該標段工程是以渠道工程為主，渠道全長 6.6km，屬一般渠道段。渠道斷面與倒虹吸出口渠道相同，整個過水斷面仍采用現(xiàn)澆混凝土襯砌。渠道斷面結構為：渠坡渠底頂部分別為 10cm 和 8cm 厚的素混凝土襯砌板， 襯砌板下鋪二布一膜的復合土工膜防滲層， 防滲層下面鋪設有 35cm 厚聚笨乙烯泡沫保溫板，保溫板底部為渠道開挖的建基面。渠道結構典型斷面見圖 1。 . 5cm砂

3、礫料墊層 4000 泥結碎石路面 6cm 厚預制砼板混凝土框格復合土工膜 10cm 混凝土 3cm 聚苯乙烯保溫板 3cm 聚苯乙烯保溫板 8cm 混凝土復合土工膜2000 20850 4 9 1 7 渠道結構典型斷面圖 6 9 5 0 10000 縫附圖 1 圖 1 渠道結構典型斷面圖針對總干渠渠道工程結構斷面尺寸大、 素混凝土薄壁結構、 混凝土襯砌板抗裂減糙要求高、襯砌板底部直接與加強防滲層和保溫層接觸等特點。如何進行大面積渠坡、 渠底混凝土布料及連續(xù)澆筑， 如何確保大面積現(xiàn)澆混凝土襯砌板的施工質量， 如何有效保護襯砌板底部的加強防滲層和保溫層， 如何在有效工期內又好又快的完成渠道混凝土襯

4、砌施工等問題，成為困擾渠道施工的難題。結合招標文件要求機械化襯砌施工要求， 我局圍繞著上述施工難題， 開始了振碾式渠道混凝土襯砌機 的研制工作。 2. 渠道混凝土襯砌機 研制 2.1 襯砌機組成（參見圖 2） 9 2. 主桁架行走系統(tǒng) 1. 主桁架系統(tǒng) 4. 上小車布料系統(tǒng) 3. 皮帶輸料系統(tǒng) 2. 主桁架行走系統(tǒng) 5. 下小車襯砌系統(tǒng) 6. 總體操控系統(tǒng)振動碾壓式 渠道混凝土襯砌機 結構示意圖附圖2:圖 2 振碾式 渠道混凝土襯砌機 結構示意圖襯砌機主體鑒于渠道面斷面尺寸較大，且渠坡、渠底混凝土襯砌施工時為大面積倉號連接施工， 襯砌機主體采用一個大跨度的鋼構桁架，利用桁架做布料平臺和軌道，通

5、過安裝在桁架上的上下結構小車，分別完成渠道混凝土的布料、攤鋪、振搗和整平。行走系統(tǒng)行走系統(tǒng)采用四個電機同步控制，沿軌道行走。運用先進的變頻調速技術，在0 10m/ min 之間可隨意調整傳動電機的速度，使整機在行走過程中運行平穩(wěn)，可避免因車輛晃動引起的結構變形。升降調坡系統(tǒng)采用四個獨立的蝸輪蝸桿減速升降機， 進行升降調坡控制， 精確調整襯砌機主桁架與作業(yè)面的相對位置， 以適應各種作業(yè)面的坡比變化， 滿足襯砌施工的坡度及厚度要求。布料系統(tǒng)由三部分組成，一條主輸送帶，一臺布料小車和一條用于給主輸送帶供料的副輸送帶； 布料小車設置在主梁的上端， 利用鋼絲繩牽引， 可根據(jù)施工的需要向澆筑倉號的各個部位

6、布料。襯砌系統(tǒng)由螺旋分料器、附著式振搗器以及壓光滾組成，可分別實現(xiàn)混凝土的攤鋪、整平、振搗和碾壓。攤鋪小車設置在主梁的下部， 利用鋼絲繩牽引， 螺旋分料器控制布料的厚度， 振搗器進行振搗，壓光滾進行整平碾壓，可使成型后的混凝土表面密實平整。安全操作系統(tǒng)為確保施工過程安全操作運行，全車共裝置四套安全系統(tǒng)。誤操作急停按鈕；面板控制安全系統(tǒng)；上下小車行程控制安全系統(tǒng)；失控防撞安全系統(tǒng)。2.2 襯砌機施工原理振碾式 渠道混凝土襯砌機 是以一個大跨度的鋼構桁架為主體，桁架本身自帶行走裝置， 通過安裝在桁架上的上、 下行走小車即布料小車和襯砌小車，分別進行渠道混凝土的布料、攤鋪、振搗和整平。小車分別以桁架

7、龍骨作為軌道， 并自帶行走裝置。 主梁上部小車即布料小車裝有擋料刮板和下料斗，負責從混凝土傳送皮帶上分取混凝土料進行布料； 主梁下部小車即襯砌小車，裝有攪籠、振搗箱和壓光碾，負責混凝土的攤鋪、振搗和碾壓整平。上、下小車可同時或單獨作業(yè)，布料和振搗碾壓互不影響。通過上述結構的有機組合，形成一套綜合性很強的渠道混凝土襯砌設備， 實現(xiàn)利用專用設備進行大規(guī)模渠道混凝土機械化施工。2.3襯砌機的主要性能指標振碾式渠道混凝土襯砌機 具有結構新穎、 綜合適用性強、經(jīng)濟適用的特點，其主要技術性能指標如下： 適應坡度：tg =0 0.5 ；布料與襯砌有效長度L=10 25m；整機行走速度： V=3 10m/mi

8、n； 澆筑速度：V=7 21m3 /h ；單層襯砌厚度： h20cm； 單循環(huán)襯砌寬度： b50cm；總重量：W=15t（L=20m）； 總功率： P=29kW； 3. 渠道混凝土施工及襯砌機的應用3.1襯砌機安裝調試機械進場后，首先鋪設兩條1020m 長的軌道，調直整平待用。先進行主梁的拼裝，現(xiàn)場按照加工編號進行組裝。主梁拼裝完成后，用兩臺吊車分別在渠底和渠坡同時起吊（25t 和 16t各一臺），放置于預先調平的軌道上，接著安裝主輸送帶和布料小車；輸送帶粘接完成后， 開始安裝下部螺旋攤鋪小車及振搗、 碾壓系統(tǒng)，最后完成整車的控制系統(tǒng)，并做好各部位的安全防護設施和限位裝置； 整機拼裝完后開始初

9、步運行調整，調整結束后， 進行整機聯(lián)動試車。經(jīng)整機聯(lián)動試車確認無誤后，進入施工作業(yè)面。 3.2 渠道混凝土襯砌施工流程（見圖 3）圖 3 渠道混凝土襯砌施工工藝流程框圖 3.3 混凝土襯砌施工襯砌參數(shù)設定結合襯砌混凝土的厚度通過生產(chǎn)性試驗確定施工參數(shù)，當混凝土厚度小于20cm 時，地基面清理及聯(lián)驗配合比設計保溫層施工混凝土拌制和運輸混凝土攤鋪振搗混凝土抹面壓光切縫線標注混凝土養(yǎng)護養(yǎng)護材料及人員就位切縫機就位混凝土切縫混凝土繼續(xù)養(yǎng)護渠道澆筑機就位設備空載試運行混凝土布料保溫層施工 開倉前驗收準備基線設備及軌道鋪設施工準備一幅混凝土單趟振動碾壓為 3 遍，之后的單趟振動碾壓為 2 遍。每次挪位間距

10、為振搗箱寬度的 2/3 ，約為 50cm。由于渠道襯砌采用的是二級配常態(tài)混凝土， 經(jīng)襯砌機施工過后的混凝土面只能達到整平壓實的效果， 還需用電動提漿抹光機壓光23 遍，以達到表面光滑的效果?；炷敛剂?1 ）布料順序從下到上沿澆筑機前進方向進行，安排專人負責指揮襯砌機進行混凝土布料。2 ）整個布料過程由上布料小車完成，下料口高度不應大于1.0m，布料厚度按照設計要求控制，通?？紤]一定的松鋪系數(shù)，當坍落度為 68cm 時，松鋪系數(shù)控制在 1.1 1.15 之間，有利于振搗密實； 3 ）混凝土罐車下料時， 輸送皮帶上的料量分布需保持均勻，同時避免罐車出料口及皮帶授料口堵料； 4 ）布料應與振動碾壓

11、速度相適應，既不能在振搗箱前堆積過多的混凝土料， 同時也不能使振搗箱因缺料而出現(xiàn)空振?；炷烈r砌 1 ）混凝土襯砌由襯砌機下襯砌中車完成， 襯砌小車保持勻速連續(xù)工作， 行走速度控制在 36m/min，結合現(xiàn)場布料進行調整，當布料厚度增大時應減緩襯砌小車的行走速度，確保振搗效果； 2 ）襯砌過程中應經(jīng)常檢查襯砌小車振搗裝置的工作情況，如發(fā)現(xiàn)襯砌過后的混凝土面上出現(xiàn)露石、蜂窩、麻面現(xiàn)象，需補料重新振搗，以防止漏振，當出現(xiàn)壅料時，需人工整平； 3 ）襯砌機振搗箱前應保持充足的混凝土拌和物，料位應高于振搗箱底面 2 3cm，由攤鋪攪籠進行控制； 4 ）由于倉號四周涉及模板及先期澆筑的混凝土， 襯砌時應

12、重點控制， 可采用平板振搗器輔助振搗，以確保襯砌質量； 5 ）進入彎道施工時，可通過調整軌道保持襯砌機始終與渠道軸線垂直的工作狀態(tài)。襯砌施工停機處理襯砌施工過程中停機中斷施工時，進行以下操作：1 ）停機同時應解除電控操作控制，升起機架，將襯砌機駛離工作面，清理粘附的混凝土，同時對襯砌機進行保養(yǎng)； 2 ）當襯砌機出現(xiàn)故障時，應立即通知拌和站停止打料，在故障排除時間內襯砌倉號內的混凝土尚未初凝， 允許繼續(xù)襯砌。 當預計襯砌機故障在混凝土初凝前無法排除時， 應將襯砌機駛離工作面， 由人工繼續(xù)澆筑， 使其澆筑面寬度滿足設縫分縫的寬度要求， 或在出現(xiàn)故障的部位立即安裝橫向模板， 在此部位設置橫向通縫，

13、對已鋪筑的混凝土重新進行振搗、 收面壓光， 并清除分縫位置以外的混凝土料，為恢復襯砌作業(yè)作好準備。抹面壓光襯砌成型后的混凝土在初凝前進行抹面， 由人工操作電動提漿抹光機進行收面壓光， 邊角部位由人工采用抹灰刀配合整平壓光， 并在收面結束后及時派專人對混凝土表面局部殘留的氣泡及劃痕進行壓實抹光，確保渠道襯砌混凝土的外觀質量。 3.4 混凝土養(yǎng)護襯砌混凝土應保證濕潤養(yǎng)護不少于 28 天。干旱、多風、日曬的天氣施工時，混凝土初凝后應采用塑料薄膜、草苫、草簾、氈布等覆蓋保濕養(yǎng)護；低溫季節(jié)不宜進行混凝土襯砌施工。 3.5 混凝土伸縮縫施工伸縮縫間距及型式應滿足設計要求。采用定制的合金鋸片切縫。斜坡切縫時

14、由低向高處進行，且先切橫縫，再切縱縫，以便于縱縫施工時切縫機軌道鋪設。伸縮縫型式：半縫：半縫深度為混凝土板厚的 0.5 0.75 倍。采用切割機進行切縫施工通縫：通縫是貫穿全部混凝土襯砌板厚度的縫。 現(xiàn)場施工時在需要設置通縫的部位采用等同襯砌板厚度的方木或型鋼立模分倉澆筑。 由于襯砌板底部鋪設有土工膜防滲層，當采取連續(xù)澆筑時，通縫切割深度宜為混凝土板厚的0.9倍。 伸縮縫切割時間切縫施工在混凝土收盤后 1830h 進行，或在混凝土抗壓強度達到 1MPa 5MPa 時進行。切縫時以鋸片不破壞縫兩側混凝土、 縫壁光滑為時間控制標準， 宜早不宜遲，避免大面積素混凝土結構產(chǎn)生裂縫。 4. 渠道襯砌混凝

15、土檢測振碾式 渠道混凝土襯砌機從研制到使用，經(jīng)歷了研發(fā)制造試驗改進試生產(chǎn) 正式投產(chǎn)等一系列過程。在渠道混凝土襯砌施工過程中還先后接受了國調辦、 南水北調中線局、河北省質量監(jiān)督站等專家組檢查， 檢查過程中對振碾式渠道襯砌機所施工的混凝土質量表示肯定， 同時也提出了中肯的改進意見。 如“降低下料口高度， 防止粗骨料分離； 減緩襯砌小車運行速度， 延長振搗時間”等。 對提高襯砌混凝土質量起到了重要作用。現(xiàn)場混凝土襯砌質量檢測主要圍繞著混凝土表面平整度、混凝土厚度、混凝土密實度以及混凝土強度指標進行， 檢測質量標準參照 渠道混凝土襯砌機 械化施工技術規(guī)程。依據(jù)監(jiān)理部委托河北省水利工程質量檢測中心站對我

16、標段渠道襯砌混凝土進行抽檢的結果， 證明采用振碾式 渠道混凝土襯砌機 進行的大型渠道混凝土襯砌施工， 其施工質量是能夠滿足設計和規(guī)范要求的。 現(xiàn)場抽檢檢測結果見表 1。表 1 混凝土渠道現(xiàn)場檢測結果檢測項目 檢測點數(shù) 質量標準 檢測結果合格率備 注襯砌表面平整度60允許偏差： 8mm/2m 1.0 5.8100% 襯砌厚度 9 允許偏差： -5 +20mm渠坡 :9.8 11.2 渠底：8.2 9.6 100% 渠坡厚度 :10cm 渠底厚度 :8cm 混凝土密實度 9 2380kg/m 3 2384 2548 100% 混凝土強度 20 20MPa24.6 32.4 100% 混凝土外觀質量

17、 平整密實、無裂縫、蜂窩、麻面、掉角現(xiàn)象無 檢測結論 渠道襯砌混凝土質量滿足設計和規(guī)范要求注： 施工過程當中按季度檢測的混凝土抗凍、 抗?jié)B指標全部滿足設計要求。 5. 研發(fā)渠道襯砌機所取得的成果振碾式 渠道混凝土襯砌機 為我局自行研制生產(chǎn)的一臺渠道襯砌機； 同時也是最早利用振碾式 渠道混凝土襯砌機 進行總干渠施工的單位，并已取得現(xiàn)場試驗性生產(chǎn)的成功，獲得業(yè)主、設計、監(jiān)理的一致好評。由于該設備具有結構新穎， 經(jīng)濟適用等特點， 逐步在南水北調中線渠道工程中推廣開來。目前，該設備已獲得國家知識產(chǎn)權局頒發(fā)的8 項實用新型專利。我局為更好的完善振碾式渠道混凝土襯砌機 的研發(fā)和制造水平， 已向水利部申請了

18、水利施工設備新產(chǎn)品鑒定，各項鑒定工作正在進行中。6. 結語大型振碾式 渠道混凝土襯砌機 從開始研制到試生產(chǎn)， 先后歷時近兩年的時間， 目前已推廣應用于南水調中線京石段應急供水工程S6 標段、 S31 標段以及南水北調中線安陽段 標的渠道混凝土襯砌施工中，實踐證明該項發(fā)明取得了良好的使用效果，為加快南水北調中線大型渠道全斷面混凝土襯砌施工發(fā)揮了積極作用。我局將始終堅持科技創(chuàng)新的理念， 不斷完善和提高大型渠道襯砌施工技術水平，為更好的服務于我國南水北調等大型水利工程而不懈努力和奮斗。7 月 7 日，經(jīng)國家知識產(chǎn)權局批準，水電十一局自主研制的大型多功能渠道襯砌機喜獲國家“大型渠底混凝土澆筑機”和“大跨度綜合型渠道混凝土澆筑機”兩項實用新型專利。水電十一局利用承建的南水北調中線先期開工的滹沱河倒虹吸工程出口明渠段的施工條件，著手開始渠道襯砌機研制工作。2005 年底，水電十一局著手對襯砌機可行性進行調研，收集相關資料，對渠道襯砌技術可行性進行分析；2006 年初，開始進行襯砌機構思和設計，對