渠道机械化衬砌施工在南水北调工程中的应用

任继申

（中铁十三局集团有限公司，吉林 长春 130031)

1 概 述

南水北调中线漕河渡槽渠道工程位于河北省保定市满城县境内，渠道设计桩号为（373+495.5）～375+357，上游与吴庄隧洞出口段连接，下游与漕河渡槽进口连接，全长2101.039m。设计渠底高程62.327～62.243m，渠道设计水深 4.5m，流量 125m3/s，加大流量 150m3/s，纵坡 1/25000，过水断面为梯形，设计底宽19.5m，上宽52.25m，流水面内边坡坡比1∶2.5。过水断面采用全断面现浇混凝土衬砌，弧形坡脚，衬砌渠底厚8cm，渠坡厚10cm，衬砌混凝土每5m设置一沉降缝。典型衬砌结构由上至下10cm厚混凝土面板、576g 复合土工膜（150g/m2～0.3mm～150g/m2两布一膜）、5cm厚苯板。

渠道衬砌技术是南水北调工程建设所急需的重大技术[1～3]，本段渠道衬砌采用了国内比较先进的PMCQ650坡面衬砌机，该衬砌机将混凝土的摊铺、振捣、轧光、行走等功能集中于一体化。沿轨道行走，机架高度采用电动调节，更换机架铰接处的联结螺栓位置可以调整坡比，适用于大面积衬砌作业。由分离的布料系统和振捣整平系统组成，理论衬砌效率10m/d。

2 机械化现浇混凝土衬砌技术

2.1 施工工艺流程

施工流程：机械粗削坡→人工精削坡→保温板铺设→复合土工膜→支立模板→混凝土浇筑→覆盖养护→切缝→塞缝。

2.2 机械粗削坡

采用CAT330B 1.6m3挖掘机进行粗削坡，削坡前进行精确测量放线，沿渠道每隔10m（曲线段5m）人工挖20cm宽基准槽，基准槽深度距离渠道坡面基础5cm，预留保护层，严格避免超挖，基准槽作为挖掘机大面积开挖的标尺，将挖掘机斗齿前焊接一块0.3m×1m平面钢板，使粗刷坡面尽量平整。

2.3 人工精削坡

要求施工人员认真、细致，在渠道坡顶、渠底、渠坡中间每隔10m固定3个木桩，人工挂线找平，确保削出的边坡平整、光滑、密实，削坡误差不大于2cm，严禁超挖。

2.4 铺设保温板

保温板铺设是渠道防冻的重要措施，铺设前在坡面上铺设一层细砂，用挂杠刮平，以保坡面基础平整。为确保保温板与基础面紧贴，采用木钉或竹钉固定保温板，钉上端高度低于保温板5mm左右。保温板接缝严密，布置成“品”字型，施工过程中尽量避免施工人员踩踏，严禁在保温板上放置重物，以免造成保温板断裂，影响质量。

2.5 复合土工膜铺设

铺设前对复合土工膜进行详细检查是否破损，避免一切带棱角的硬物挂碰。垂直水流铺设，上游边压下游边，平整无褶皱，松劲适度，土工膜拼接采用热熔焊法双缝焊接,焊接前对粘结面进行清扫，做到无尘、无水、无垢，土工膜平行对正，搭接宽度不小于10cm。焊接机械采用TH～501型自动爬行焊接机，温度控制在260～300℃之间，速度控制在2～3挡之间，焊接后焊缝处应溶为一体并且没有虚焊，漏焊和超量焊，土工布人工缝接。土工膜粘结后，妥善保护以防受损，铺设后要及时进行混凝土衬砌施工。

2.6 混凝土浇注的技术要点

2.6.1 混凝土浇注前准备工作

为保证混凝土质量，对砂石料、水泥、粉煤灰、外加剂、保温板、土工膜、闭孔泡沫板、聚硫密封胶等材料必须按规定进行检测，合格后方可使用。根据混凝土配合比试验大纲要求，对渠道衬砌混凝土C20W6F150进行配合比试验，配合比初选，C20混凝土28d强度95%保证率，配制强度26.6MPa，粗骨料选择二级配，堆积密度1619kg/m3。外加剂选择河北外加剂厂生产的DH3G高效减水剂掺量为0.7%，引气剂为DH9，含气量控制在4%～6%。砂率选择33%～39%。水胶比是决定混凝土强度和耐久性能的主要因素，同时要节约水泥。采用鼎新普硅42.5水泥，粉煤灰掺量10%～30%，以等重量取代（胶凝材料）法掺入混凝土。根据上述混凝土配合比主要参数选择，在满足混凝土拌合物塌落度、含气量条件下，配合比为水∶水泥∶粉煤灰∶砂∶小石∶中石=131∶236∶26∶677∶674∶674；搅拌站投入使用前，进行标定。严格执行施工配合比签发制度，每次混凝土开盘前，均由试验室检测碎石和砂的含水率，并根据检测结果签发施工配合比，并经监理批准，搅拌站根据施工配合比进行混凝土生产。做好坍落度控制，按照规范要求每4h检测一次坍落度，混凝土拌和坍落度控制在4～6cm。对不合格的混凝土进行重新搅拌或废弃处理。

2.6.2 混凝土拌和与运输

混凝土采用一套HZS50E型强制式拌和站集中拌和，混凝土生产能力为50m3/h，并配一套JS500型搅拌站作为备用。运输采用至少6m3混凝土搅拌运输车，数量根据运输距离配置，从混凝土拌和物从搅拌站出料到运输、卸料完毕的充许最长时间控制在1h内为宜，超过1h后要对混凝土和易性和塌落度进行检测，不合标准的混凝土坚决不能使用。

2.6.3 混凝土入仓

混凝土运至工作仓面后，现场检测混凝土坍落度，根据天气、温度等情况坍落度控制在4～6cm，观察混凝土的和易性，对坍落度不符合要求的混凝土不允许使用，以保证入仓混凝土质量满足要求。

2.6.4 布 料

PMCQ650型衬砌机的布料系统工作过程：混凝土从运输车卸料，通过输送带进入布料机入口，通过与斜坡平行的旋转叶轮沿渠面均匀布料，布料完成后，固定在侧面的附着式振捣器工作，达到要求后启动行走开关向前移动。铺料厚度控制在11～12cm，厚度不足处，及时人工补料。

2.6.5 振 捣

振捣整平系统上部为桁架部分，下部沿渠方向布置一个叶片轮和一个偏心轮，共同组成振捣小车，通过高频振动达到碾压振捣效果，振捣小车通过固定滑槽沿渠面上下移动。机械每次挪位30～40cm,混凝土重复振动碾压在6～8遍效果最佳。模板周边达不到6遍振动碾压的位置采用振动棒加强振捣。坡脚齿墙和边缘部位的混凝土采用人工用直径50mm的振捣棒和平板振捣器振捣，确保混凝土振捣密实。

2.6.6 精平、抹光

振捣过后的混凝土表面基本平整，再由压光辊进行平整压光。在压光辊平整压光1～2h后，采用电动抹光机进行抹面，以表面平整、出浆为宜，终凝前再人工进行最后压光，保证混凝土外观平整、光洁。

2.7 混凝土养护、切缝、塞缝

待混凝土终凝后马上用草帘覆盖浇水养护，一般情况头7d必须保证水分充足，7d后洒涂养护剂。混凝土伸缩缝切割在衬砌混凝土抗压强度达到1～5MPa时进行。根据现场同条件养护测定，混凝土浇筑完后12h的抗压强度为0.8MPa，24h 为 4MPa，36h 为 8MPa，48h 为 12MPa，因此锯缝时间放在浇筑完后24h比较合适。塞缝没有严格时间要求，但塞缝时必须对切缝进行彻底清理，清水清洗后，采用高压风吹干。

3 施工技术资源配置

渠道混凝土浇筑施工必须配置足够的人员和设备，渠坡单侧每班需配置的资源如下：HZS50型强制式拌和站1座；6m3混凝土搅拌运输车 3辆 （根据运输距离适当增加）；PMCQ650型成套衬砌机1套；抹光机 3台，圆盘式 2台，叶片式1台）；2.2kW平板振捣器3台；1.3kW插入式振捣器3套；混凝土拌和运输6人、抹面10人、人工振捣3人、衬砌机操作3人、辅助人员4人、管理技术人员3人，每班至少需29人。

4 注意事项

每次浇筑混凝土前均要对衬砌机进行测量校核,以保证混凝土衬砌厚度。每次工作完毕后，必须将机架上面的杂物清理干净，输送带要用清水冲洗干净，严禁残留有物料。拌和站拌和混凝土过程中，严格控制坍落度。浇筑过程中随时检测混凝土坍落度，一般控制在4～6cm，视浇筑时的环境温度、浇筑强度、渠坡变化等因素加强检测，适时控制调整。电动抹光机施工时要掌握好使混凝土面表面泛浆，为人工抹面打好基础。人工抹面要视气温和强度的变化而增加或减少人员以确保衬砌混凝土表面光滑平整，必要时人工压面多压1～2遍。渠道混凝土的质量受人影响的因素较突出，各作业面人员固定，不得随意调换，各作业人员必须有责任心。

5 结 语

机械化衬砌虽然大大提高了混凝土施工的效率，也能保证整体衬砌成形好，混凝土表面光滑平整，无错台以及水平施工缝，整体重量较轻。但此技术中的部分设备也存在也许不足，在自动化程度以及混凝土施工的整体配合方面、现场的质量监测方面有待于进一步的提高。其中，振捣设备不能全面实行机械化，须加强人工用平板振捣辅助才能达到密实度要求，抹面压光机械化程度低，使用大量的劳动力，这也是渠道衬砌设备需要改进的地方。

[1]韩其华，祝凤山，朱琳.南水北调工程渠道机械化衬砌技术研制概况[J].水利水电科技进展，2006，226(1):44～45.

[2]李树康，杨海波，韩其华，等.大型渠道混凝土机械化衬砌成型设备研制[J].南水北调与水利科技，2008，26(1):22～24.

[3]田志刚，宋玉田，安学军.浅谈大型渠道现浇混凝土衬砌[J].南水北调与水利科技，2006，84(4):60～63.