渠道衬砌机在南水北调中线京石段工程中的应用

任喜龙

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

渠道衬砌机在南水北调中线京石段工程中的应用

任喜龙

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

渠道衬砌机在南水北调京石段工程施工中的使用，大大提高了渠道混凝土衬砌效率，取得了宝贵的施工经验。在介绍渠道衬砌设备施工工艺的基础上，分析了PMCQ650型振动碾压式衬砌机、SCFM系列振动滑模衬砌机、PHB型渠坡布料机及PHZ型渠坡振捣成型机的施工原理，及其在使用过程中的优缺点。

南水北调；渠道；衬砌设备；施工

1 工程概况

南水北调中线京石段应急供水工程起点为河北省石家庄古运河枢纽，终点北京团城湖，全长306km。其中河北省境内渠段总长227.4km，其中渠道长201.1km，建筑物长26.3km。全挖方渠道86.2km，全填方渠道9km，半挖半填渠道105.8km。渠道最大挖深40m，最大填高15m，渠道设计水深3.8～6m，土渠段纵坡为1/25 000，石渠段为1/20 000。

2 渠道衬砌结构及衬砌施工工艺

2.1 衬砌结构型式

京石段应急供水工程渠道采用全断面现浇混凝土衬砌，填方渠道衬砌至堤顶，挖方渠道衬砌至一级马道。渠段衬砌板厚度为边坡10cm、渠底8cm，河滩地段边坡和渠底均为15cm。衬砌板下面采用复合土工膜加强防渗。为防止渠道冻胀对混凝土衬砌板的破坏，渠基采用铺设聚苯乙烯保温板或换填砂砾料的防冻胀措施。

混凝土衬砌板设纵横向分缝，以满足沉降变形和温胀要求。土渠段现浇混凝土纵、横缝间距为4m，石渠段纵、横缝间距为6m。分缝类型分为半缝和通缝，半缝切割深度为混凝土板厚的0.7～0.75倍,缝宽1cm；通缝贯穿混凝土衬砌板，缝宽2cm，如采用切割的方法，切割深度宜为混凝土板厚的0.9倍。衬砌分缝填料上部2cm厚采用聚硫密封胶，下部选用聚乙烯闭孔泡沫板填充。

2.2 衬砌施工工艺

目前我国的渠道衬砌机械化施工刚刚起步，通过京石段应急供水工程渠道衬砌机械化施工，已经探索出一套较成熟的施工经验。结合南水北调渠道的结构特点，主要工艺流程如图1所示。

3 渠道衬砌设备的分类和特性

渠道衬砌机主要可以分为两大类[2]：滚筒式渠道衬砌机和滑膜式渠道衬砌机。

滚筒式渠道衬砌机由旋转滚筒式修坡机、皮带输送布料机、震动滚筒碾压式混凝土衬砌成型机、混凝土分缝和养护台车组成。滑膜式渠道衬砌机由回转链斗式修坡机、内置式插入振捣滑膜混凝土衬砌成型机、混凝土分缝和养护台车组成。

图1 渠道衬砌混凝土施工流程

渠道衬砌机有履带式、轨道式2种行走方式。履带式渠道衬砌机行走通过性好，能自由转动调整机器行走方向，若空间许可，可自行穿过较大的建筑物。主要采用辅设导向线，由传感器通过电脑程序控制液压阀，控制整个液压系统，导向定位，实现整机协调工作。轨道式衬砌机道轨可循环使用，机械自重较小，比履带式衬砌机灵活。主要靠道轨来控制方向、定位，履带式主要是采用辅设导向线，由传感器通过电脑程序控制液压阀，控制整个液压系统，导向定位，实现整机协调工作。

4 渠道衬砌机的应用

机械化衬砌具有混凝土均匀、密实性好、质量好，而且施工速度快、工程寿命长、经济效益好等特点，国外渠道机械化衬砌成型设备已有几十年的发展历史，其中以美国高马克（Gomaco）、意大利玛森萨（Massenza）及德国维特根等公司的产品最具有代表性。国内，南水北调东线济平干渠的施工中使用了渠道衬砌设备，积累了宝贵的施工经验，并且在引进、试验、改进和生产实践经验的基础上，研发了具有自主知识产权的渠道混凝土机械化衬砌成型设备[3]。

在南水北调中线京石段施工中，所有渠道标段都使用了渠道混凝土衬砌机，使用比较多的主要是洛阳丽铭机器设备公司制造的PMCQ650型振动碾压式衬砌机，山东水总机械工程有限公司制造的SCFM系列振动滑模衬砌机和山东蒙阴市政建安处制造的PHB型渠坡布料机及PHZ型渠坡振捣成型机。

4.1 PMCQ650型振动碾压式衬砌机

PMCQ650型多功能渠道坡面衬砌机是由中国水电十一局参考国内外同类机械产品的结构和性能特点，结合南水北调工程京石段施工的实践经验，自行研发的一种渠道坡面混凝土施工专用设备。

PMCQ650型渠道衬砌机将混凝土布料、振捣、轧实布置在同一台机架上，实现了功能一体化。机身框架采用优质矩形钢管焊接而成，强度高，重量轻，按所需长度拼接，便于运输和拆装，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。布料车和振捣摊铺车采用钢丝绳或链条牵引传动，运行平稳，电机采用变频制动专用电机，运行速度可随意调整[4]。

振捣作业需沿机架上的轨道在整个衬砌宽度作往复运动，借助由平板振捣器和插入式振捣器构成的组合振捣器对混凝土料实施振捣整平作业。压光辊整平碾压，可使成型后的混凝土表面密实平整。

优点：功能集中，机身轻，便于安装、拆卸和搬运，价格便宜。

缺点：①因PMCQ型衬砌机机身轻、绗架刚度小，振捣时机架易发生共振，振捣效果较差。虽然施工单位采取了一些改造措施，但仍需人工用平板振捣辅助才能达到密实度要求。②混凝土布料、摊铺需人工辅助，抹面压光机械化程度低，需使用大量的劳动力。施工人员的频繁踩踏走动，影响土工膜和保温板的稳定，对渠道基面也有一定破坏。

4.2 SCFM系列振动滑模衬砌机

SCFM系列振动滑模衬砌机在南水北调东线济平干渠的渠道施工中使用，取得了很好效果，在京石段的施工中也赢得了各参建单位的好评。SCFM系列振动滑模衬砌机主要由行走系统、升降调整系统、皮带机布料系统、框架料仓结构、自动控制系统等部分组成。衬砌机侧面设有分仓料斗，布料采用皮带机输送，自行式滑动刮刀分料到各仓。每个分仓料斗内，设有低压高频自振式振捣棒，顺坡方向布置，高度可调节，可保证混凝土振捣密实。料仓后面的档板兼作滑模板，靠设备自重挤压成型。

优点：SCFM系列振动滑模衬砌机衬砌效果好，对于衬砌厚度厚的渠道尤为明显，施工速度快。

缺点：衬砌机设备较重，对坡长适应能力较差，不能现场改装，机械化程度不高，需要人工辅助抹面；设备价格比较贵。

4.3 PHB型渠坡布料机及PHZ型渠坡振捣成型机

本衬砌机系统是由PHB型渠道坡面混凝土布料机和PHZ型渠道坡面混凝土振捣成型机两台机器组成，每台机器都有独立的机架，自成系统。拌和好的混凝土通过上料皮带机运送到PHB型布料机的进料斗，而后由布料机的螺旋布料器将混凝土从上向下运输到仓面，刮板机构的刮刀控制混凝土的摊铺厚度，并将混凝土均匀的摊铺在渠坡表面。PHZ型渠坡振捣成型机上装有螺旋输送均料器和振捣器，对渠道坡面已经摊铺好的混凝土进行自动振捣成型。

优点：采用双螺旋布料系统，布料均匀；与布料系统分离的振捣系统，桁架整体重量及刚度较大，克服了PMCQ650型衬砌机振捣时易共振的缺点，振捣振捣效果较好；价格适中。

缺点：机身体积、自重大，功能分散，搬运、拆卸不方便。

5 结语

南水北调工程的建设时间紧、工程量大、要求质量高，采用渠道混凝土机械化衬砌成型设备是保证施工质量、提高施工速度、降低工程运行成本的必然选择。渠道衬砌机在南水北调京石段工程施工的广泛使用，大大提高了渠道混凝土衬砌效率，取得了宝贵的施工经验。

在渠道混凝土衬砌施工中也存在着一些问题，值得进一步研究和解决：①目前南水北调工程中使用的渠道衬砌设备种类很多，部分为施工单位自行研制生产，渠道混凝土的衬砌质量也参差不齐，有待建立一个统一的标准来规范衬砌设备的生产和使用。②当前渠道机械化衬砌的自动化水平普遍不高，施工中需要大量的人工辅助生产；与渠道衬砌机配套的一些机械设备需要进一步开发，如渠道削坡机、抹光机等，人工削坡、铺膜等工序不能同步完成，一定程度上限制了衬砌机的施工速度。

［1］韩其华，祝凤山.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（1）.

［2］瞿潇.渠道混凝土机械化衬砌技术研究［D］.南京：河海大学，2006.

［3］高海成，余良碧，张智宏.振碾式渠道混凝土衬砌机施工技术应用［J］.南水北调与水利科技,2007（5）.

［4］余良碧.振碾式渠道混凝土衬砌机在南水北调渠道混凝土衬砌施工中的应用［J］.河北水利,2008（5）.

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1672-9900（2011）03-0086-02

2011-03-09

任喜龙（1980—），男（汉族），河北怀安人，工程师，主要从事水利水电工程规划设计工作，（Tel）022-26154916。