摘要：南水北调沿线工程绝大部分区段为明渠，渠道的衬砌结构、坡长，坡比的差异性，决定了渠道施工方法的多样性。总干渠安阳段第四施工标段渠道混凝土施工工期紧、任务重的特点，决定采用机械化衬砌方案。通过研究渠道衬砌机的施工原理，设计出一套渠道衬砌设备，经实践检验，取得了很好的施工效果。
关键词：南水北调；衬砌机；施工技术
1工程概况
南水北调中线一期工程总干渠安阳段第四施工标段起讫里程IV（AY）15+599.7~IV（AY）18+876.9，全长3277m，主渠道采用梯形断面，设计渠底宽度为18.5m，渠底内一级边坡1：2，一级马道（堤顶）宽5m，外坡1：1—1：1.5，渠道纵比降为1/28000.渠道衬砌主要采用砼衬砌，复合土工膜防渗，渠道衬砌采用现浇砼板，渠坡板厚10cm，渠底板厚8cm。渠道衬砌边坡结构自下而上为：强渗软式透水管及单向排水阀、渠道自排水结构布置、5cm厚粗砂垫层、2cm厚聚苯乙烯保温板、576g/㎡的复合土工膜、10cm厚砼面板、砼板纵横以4m设一道分缝（通缝与半缝间隔布置），顺水流方向分缝依次为通缝-半缝-通缝-半缝，缝宽2cm、半缝纵深：渠底6cm，渠坡6cm。通缝：渠底8cm，渠坡10cm，上部填充2cm高的聚硫密封胶。
2机械衬砌技术的引进
针对渠道工程结构断面尺寸大（如图1）、素混凝土薄壁结构、混凝土衬砌板抗裂减糙要求高、衬砌板底部直接与加强防渗层和保温层接触等特点。如何进行大面积渠坡、渠底混凝土布料及连续浇筑，如何确保大面积现浇混凝土衬砌板的施工质量，如何有效保护衬砌板底部的加强防渗层和保温层，如何在有效工期内又好又快的完成渠道混凝土衬砌施工等问题，成为困扰渠道施工的难题。结合招标文件、施工图纸和相关的施工规范要求指导渠道衬砌工程的施工，确保施工质量达到优良，计划工期目标如期实现。围绕着上述施工难题，对混凝土衬砌机的应用进行讨论。
图1渠道结构典型断面图
渠道衬砌铺设使用的衬砌施工设备关系到渠道工程的质量，保证高效率、高质量的完成衬砌，保证衬砌技术、工艺及质量达到设计要求，提高渠道建设质量是工程管理的基本保证，很多施工单位在衬砌施工过程中为了减少施工成本，减少费用，一方面精简施工人员，另一方面不更新机械设备，而只是通过租用和使用旧设备进行施工，造成施工过程中事故频发，维护工作重，设备工作效率低，给整体工程建设进度造成很大影响，也直接影响到整体渠道建设的质量，给工程后期使用留下隐患[1]。南水北调中线一期工程总干渠安阳段第四施工S标段采用衬砌机械采用HCX（D）-1型衬砌机一台、HTP-1水渠混凝土数字化自动摊铺设备一台、HTM-1水渠混凝土自动抹光设备一台、铺砂机一台。在衬砌机施工过程中，要充分利用衬砌机的优点，减少人为因素的干扰，按照因地制宜、技术先进、经济合理、性能可靠、操作安全、维修方便的原则，更好地为我国水利铺设最好的工程。
3渠道混凝土衬砌施工技术
采用挖掘机配合人工进行刷坡，验收合格后铺设5cm粗砂（图3）、聚苯乙烯板和复合土工膜，测量放线定出衬砌和导轨线，安装导轨并调整衬砌机，经监理工程师验收合格后进行砼浇筑，然后进行砼养生、切缝，填充闭孔泡沫板和密封胶。
图2机械化衬砌施工流程 图3粗砂垫层施工
3.1施工准备
渠道混凝土衬砌机施工前应做好以下施工现场准备工作：
3.1.1认真检查验收拟衬砌渠道坡面的断面尺寸、边坡坡度、平整度，确保边坡密实度及各部尺寸满足设计要求。
3.1.2校核基准线。基准线的位置误差：水平误差为±5mm，垂直误差±2mm。
3.1.3砂砾石层、保温板及复合土工膜铺设符合设计要求。
3.1.4拌合系统试运行正常，运输车辆准备就绪。保证混凝土性能满足施工要求，混凝土运输过程中防止离析。考虑到渠道机械化施工的特点，单位时间内衬砌设备的混凝土用料量大，为保障混凝土浇筑施工连续性，混凝土搅拌运输车容量宜不小于6m3（根据施工位置与混凝土搅拌站的距离，每个施工点可配备3~4辆混凝土运输车；混凝土搅拌站配备≥2台搅拌机）。
3.1.5抹面机及“砼面层施工机械、工器具、辅助材料”表中所列项目其它项的准备情况及运行状态正常；
3.1.6试验员对混凝土拌和物进行坍落度和含气量的检测，达标后使用。
3.1.7衬砌机在仓号外调整好坡比、并设定到砼浇筑所需的正确高度和位置，空载试运行正常；
3.2安装、调试衬砌机
机械进场后，首先铺设两条10～20m长的轨道，调直整平待用。先进行主梁的拼装，现场按照加工编号进行组装。主梁拼装完成后（图4），用两台吊车分别在渠底和渠坡同时起吊（25t和16t各一台），放置于预先调平的轨道上，接着安装主输送带和布料小车；输送带粘接完成后，开始安装下部螺旋摊铺小车及振捣、碾压系统，最后完成整车的控制系统，并做好各部位的安全防护设施和限位装置；整机拼装完后开始初步运行调整，调整结束后，进行整机联动试车。经整机联动试车确认无误后，进入施工作业面。
3.3 衬砌机械就位
衬砌机、抹面机、工作台车应同轨，其轨道规格应与衬砌机型式相匹配，轨道平行于渠道中心线铺设，一般上轨道在坡肩模板0.5m以外，下轨道位置在坡脚模板1.0m以外。钢轨铺在垫板上，垫板间距一般控制在0.8m以内。[2]
3.4 混凝土浇筑
3.4.1混凝土衬砌机坡面施工操作要点如下：
① 衬砌机宜匀速连续工作。
② 衬砌施工过程中应经常检查振捣棒的工作情况，如发现衬砌后的板面上出现露石、蜂窝、麻面或横向拉裂等现象，必须停机检查、修理或更换振捣棒，并对已浇筑混凝土进行处理。
③ 应控制振捣时间，使混凝土不过振、漏振或欠振，达到表面出浆，不出现露石、蜂窝、麻面等。
④ 衬砌机料仓内应保持充足的混凝土拌合物，仓内拌合物料位应高于振捣棒20cm。
3.4.2坡面上混凝土再通过抹光机上抹盘进行抹平和磨光（图5）。
3.4.3最后用人工进行压光2遍。
3.4.4混凝土养生
坡面衬砌完的混凝土初凝后马上用塑料膜覆盖，正常温度时5~8小时后就要在塑料膜内注水养生，使混凝土面保持湿润，养生14天后撤除塑料膜，每天2-3次进行洒水养生直到28天。我部特备了两台P-30喷雾机进行养护。
图4安装衬砌机 图5机械抹面
3.5衬砌施工停机处理
衬砌施工过程中停机中断施工时，进行以下操作：
（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，清理粘附的混凝土，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[3]。
3.6衬砌机在实际运用中应注意的问题
通过工程实践，总结出衬砌机在实际生产中应特别注意以下几点：
（1）导轨两边需用钢钎固定牢固不能有任何晃动，否则会导致衬砌机在导轨上移动时不稳，甚至脱轨。
（2）衬砌厚度。衬砌厚度是保证施工质量的前提，在衬砌机开始运行之前，需先通过升降装置调整好衬砌机高度，使振捣整平装置上的滚筒与坡面的距离恰好等于混凝土护坡设计厚度8cm。
（3）浆料的和易性。整个衬砌施工过程均需密切关注混凝土浆料的和易性，以保证塌落度合适，取得良好的成型效果。
（4）抹面压光。抹面压光工序需人工进行，选取有经验的老师傅在最佳时机进行抹面至关重要，只有把握好最佳压光时机，才能保证护坡混凝土面板外观光洁、平顺，同时减少混凝土面板表面裂纹。
（5）切割胀缝。切割胀缝时需特别注意两点：选择最佳切割时间以及不能损坏混凝土面板下的土工膜。最佳切缝时间必须选在混凝土有一定强度后而又尚未开始降温之间，为保护好土工膜，特采用事先在切缝部位的土工膜上钉一条3mm厚度50mm宽的胶合板，并标记好准确位置，切缝时一见胶合板就收手。
3.7机械化衬砌施工效果
南水北调中线一期工程总干渠安阳段第四施工标段采用机械化衬砌施工（效果图6、图7），节省了大量劳动力，施工效率提高50%以上，与人工衬砌相比，每立方米混凝土可节省成本155元。且机械化衬砌的渠道混凝土厚度均匀，表面光滑、平整，达到混凝土内实外光的效果，设备开启运行时，能一次性完成混凝土布料、振捣密实、整平、提浆、挤压成型等工作；设备要有自动控制系统，能实现衬砌机沿轨道自动行走、自动输料、自动布料，实现对渠道护坡的自动化衬砌施工；设备还需操作简单，安装拆卸方便，性价比高。得到参建单位的一致好评。
图6机械化衬砌完成 图7机械化衬砌效果
4结束语
经在南水北调中线一期工程总干渠安阳段第四施工标段实践，混凝土衬砌机取得了很好的生产效果，实现了渠道混凝土布料、振捣密实、提浆、挤压成型等工作的一次性自动化完成，且性价比极高，结构简单，操作简便，无论是增产设备还是培训新操作人员均十分便捷，极大的减少了人工投入，缩短了施工工期，充分满足了工程建设的要求。
参考文献
[1]乔世珊，胡胜利.南水北调中线工程机械设备及技术探讨[J]中国水利水电场.2016.08
[2]杨建平.渠道混凝土衬砌质量控制[J]山西水利科技，2017年第2期
[3]李桂新，李剑锋，张祖发.混凝土渠道衬砌机施工技术的试点应用[J].节水灌溉，2014，05：87-89.
论文作者:贾志杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/3
标签：混凝土论文; 渠道论文; 南水北调论文; 工程论文; 安阳论文; 干渠论文; 压光论文; 《建筑学研究前沿》2018年第24期论文;