滑模式衬砌技术在渠道边坡施工中的应用

屈学平

（作者单位：中水淮河规划设计研究有限公司 230000）

南水北调工程为特大型输水建筑物工程，在实施过程中工程量最大、投资最多、战线最长的是渠道工程，全长1432km，设计流量在渠首为350m3/s。渠道基本为梯形断面型式，坡比为2～2.5，设计水深为5.0～8.0m，渠道底宽为10.0～25.0m。为确保过水断面表面平整度及糙率要求，设计渠道衬砌为现浇混凝土衬砌，衬砌边坡厚10cm、渠底厚8cm，混凝土等级为C20W6F150。渠坡从底层至面层依次为排水板、576g/m2的复合土工膜及10cm 厚混凝土板。渠底设10cm 厚粗砂垫层、576g/m2的复合土工膜和8cm 厚混凝土板。渠道标准断面见图1。

为确保渠道衬砌施工质量，工程中采用了渠道混凝土机械化衬砌施工工艺，现就其施工过程中的技术要点进行探讨。目前常用的混凝土衬砌机有两种机型：滚筒式适用于渠道底板衬砌；滑模式适用于渠道边坡衬砌。由于渠道边坡衬砌技术相对复杂，质量控制难度较大，因此边坡衬砌是渠道衬砌的难点与重点。

一、滑模衬砌机概述

滑模衬砌机包括机架、动力源、控制装置，机架上设置有布料装置，在机架的顶端设置有上料装置，在机架的至少一端设置有整机行走装置，在机架的底部设置有能够沿着机架长度方向上下运动的振捣滑模成型装置。在衬砌作业时，混凝土熟料由混凝土搅拌车运输至现场，从滑模衬砌机两侧的小集料斗同时供料，经皮带输送至大集料斗后，沿顺坡自上而下布料。布料完成后，沿顺坡方向设置的一排振捣簧片将混凝土料物均匀振捣并机械进行找平。滑模衬砌机的优点是机架为整体钢架，具有良好的整体刚性，确保了渠坡中间部分的衬砌厚度；同时布料与衬砌同步，生产效率高，混凝土密实度和表面平整度高。缺点是设备自重大，对施工场地要求高，拆装周期长，一次性投资大。

二、衬砌设备的安装及调试

衬砌机轨道选用10cm×10cm 的方管钢轨道板和16 锰钢基板制作。导轨铺设前人工挂线清理，并夯实找平导轨基础，控制导轨底高程，保证导轨稳定。在施工过程中若出现较大沉陷，要及时调整导轨。在混凝土浇筑前应及时校正轨道的平面位置及高程，并将衬砌机来回在在轨道上走1～2 次，确保将基础压实、垫平后校核轨道板高程和基准线位置。

在衬砌面上顺坡面预设基准高程桩，将衬砌机开至基准高程桩上，调整液压升降机保证衬砌机下板厚，坡比由上下各两个专用变角模块控制，并记录此时上下油缸高度作为校核定值。由于衬砌机为滑模式，因其特性，衬砌后板厚度即为坡面混凝土厚度。布料铺筑厚度即为设计板厚。将机械自仓外调整至混凝土浇筑高程，调整、校验坡比，设定衬砌机上下液压升降机构调节衬砌板厚度的设置，板厚与设计值的偏差为-5%～+10%，空载试运行正常。桁架式抹面机和振捣棒、平板振捣器等其他工器具准备情况及运行状态正常。

三、混凝土布料摊铺、振捣提浆

1.布料

布料前现场对混凝土拌和物进行坍落度和含气量的检测。这样既能保证正常布料，又能保证混凝土能稳定在坡面上，不出现滑移现象。

安排专人指挥布料。布料时，先向皮带上洒水使其湿润（但无水流）。混凝土罐车将混凝土卸在小皮带机上，由小皮带机将混凝土输送至大皮带机上，再从大皮带机由斜坡上端向下端送料。大皮带机上部移动刮板小车，自下而上将混凝土挡落在设备前方落料仓内，使料均匀布在斜面上。落料仓专人看料，齿槽处落料仓要布满混凝土，其余上部落料仓以布满落料仓2/3 为宜。衬砌机在料斗布满料后先开动振捣器，后行走，在行至接头位置或者停机待料时先停行走后停止振动，以保证混凝土料的振捣均匀。

2.混凝土衬砌

根据衬砌机特性，齿槽处和渠肩平台处需人工振捣配合衬砌机坡面施工，故分三部位进行施工控制：齿槽部位、斜坡面上、渠肩平台处。

（1）齿槽部位：预设竖向挡头板30cm×50cm，紧贴挡头板内侧放置闭孔泡沫板，布料时，最下面落料仓布料时开启50 型振捣棒振捣该齿槽部位，至表面返浆不出现气泡，并齿槽处混凝土不再向前自流形成自由坡为止。当衬砌机行走时，该部位人工拖动振捣棒徐徐前进振捣。

（2）斜坡面：滑模式衬砌机在落料仓布满料后先开动高频低幅振捣棒15～20s 后，开动行走大车进行坡面混凝土衬砌工作，当落料仓内混凝土出现振捣棒时先停止行走再停止振捣棒，以保证振捣均匀。衬砌机行走速度由车轮组电机（变频调速电机）调节，上下两组车轮组的行走速度一致。

因衬砌机振捣提浆与摊铺压实为同时进行，振捣与行走速度应相适才能保障坡面混凝土均匀、密实。行走速度以混凝土表面浆液丰富、无漏石且能满足收面为准，衬砌机布料自下向上行走，根据施工经验一般速度控制在1～2m/min。

（3）渠肩平台处：该部位落料仓布料以1/2 为宜，衬砌机行走过后，专人将该部位多余混凝土清除运走，沿基准线整平后用平板振捣器振实。齿槽处和渠肩平台处安排专人施工，需保证混凝土密实、上下内侧棱线顺直。

衬砌板厚度检测方法包括：1）衬砌机行走时，现场随时在衬砌机前检测衬砌机滑板下净空厚度，如发现异常情况要及时报告，查找原因后方可实施下一部位衬砌施工。2）因衬砌机为滑模式，根据其特性衬砌后板厚度即为坡面混凝土厚度。衬砌机完成衬砌后及时检测已衬砌面板厚度，发现问题及时纠正。3）随机在坡面设置至少3 点预埋钢板（厚2mm，20cm×20cm）钻取芯样作为对比，观察厚度、密实性、混凝土级配。钢板的预埋位置用全站仪进行放样，并记录好数据。钢板预埋位置基本为坡面中间、坡面靠上和坡面靠下三个位置，三个预埋位置不可布置在同一横断面上。

图1 渠道标准断面图

四、混凝土抹面压光

（1）渠道衬砌混凝土宽度约有2～3m 以上时，便可用桁架式自行抹面机进行首次抹面、收平，进一步提浆。此时混凝土表面尚未初凝，抹面方向先由下至上进行，并统一向混凝土浇筑方向收面。抹面机的适宜高度以刚好接触到混凝土表面为好，在向坡面放抹面机时，边转动磨盘边向下降落，不可放到位后再开动转盘，否则电机不易转动，会导致电机烧毁。

（2）首次抹面时，根据现场混凝土坍落度的大小调整桁架净距，坍落度较小时可调小桁架与工作面之间的净距，利于提浆；混凝土坍落度较大时可调大净距，利于工作面找平。当混凝土开始初凝时，再用圆盘面连续抹面一遍，以表面平整、提出的浆面均匀为宜。

（3）抹光机顺坡往返一次为一遍，每次移动间距为2/3 圆盘直径，在连续作业时以保证不发生漏抹、表面均匀一致为宜。对于局部提浆效果不理想的部位，由收面工人站在移动式人工桁架上补原浆、配合收面，混凝土初凝前用2m 靠尺随时检测平整度。随后操作抹面机运行至修补部位修整，这样可以保证混凝土表面平整度。注意坡肩、坡脚模板的保护，确保坡肩、坡脚的顺直。

（4）用抹面磨盘对混凝土表面进行抹面收平后，接近终凝时用手轻压，当表面有些硬化，但稍有印痕时用后面一台桁架式抹面机配专用收光刀片进行压光处理，以消除表面抹光机的印痕、抹纹、气泡，进一步使混凝土面层密实平整、光滑无抹痕。

（5）严格控制收光时间，最终力求混凝土表面平整光洁。过早不易压光，会有划痕；过迟会因局部的不平，出现有抹不到的地方，并且表面发白，整体显示为花斑面。夏季施工抹面、收光适宜时间：第一遍（磨盘提浆）20～40 min 后；第二遍（磨盘继续抹面）120～180min，第三遍（专用收光刀收光）180～250min。

五、质量控制与效果

1.混凝土厚度

防止混凝土浇筑过程中沿坡面整体下滑：首先从坡顶将复合土工膜固定好, 在渠堤（一级马道）渠肩处用普通脚手架钢管将土工膜卷起，后用钢钎将钢管固定，且每隔5m 用一砂袋压住卷在钢管上的土工膜；然后遵循先浇齿槽、后浇坡面的自下而上浇筑顺序；并有意识地适当控制布料节奏。

衬砌机初入仓面时因衬砌板厚已定，故初入仓面时，应将边膜放倒，其内边缘为沿衬砌面基准线上游侧3cm位置处，待衬砌机行走过后人工将多余料切除沿基准线重新立膜整直。

衬砌机出仓面时宜拖伤前方已衬砌成品面，出仓面前应留取10cm 人工修整振压整平，此时落料仓内应适当留有微量的富余混凝土。调整衬砌机油缸高度上升1.5cm，不开振动将剩余混凝土料拖平，最后用人工沿坡面自下而上用平板振捣器振实整平。

混凝土厚度主要取决于坡面开挖时是否存在欠挖现象和衬砌机工作时的工况。为把损耗减低到最小程度，在混凝土施工过程中安排专人在混凝土衬砌时对混凝土的厚度进行量测，使用一个标上刻度的钢筋进行量测，发现超浇部分及时进行衬砌机高度的调整。

通过上述施工工艺的控制，混凝土厚度控制标准能满足南水北调工程建设专用技术标准《渠道混凝土衬砌机械化施工单元工程质量检验评定标准》（以下简称《标准》）规定的厚度允许偏差值在-5mm～+10mm 之间。

2.混凝土的平整度

平整度一般先从人工修坡工艺进行控制，最难控制、最容易出现问题的就是混凝土衬砌时的平整度控制，混凝土衬砌完成20min 后抹面机进行工作，抹面机在坡面上的行走主要是靠渠顶绞车慢速绞动行走，绞动速度控制在3.5～4.5m/min 为宜，抹光机完成抹面后抹面工人在工作台车上进行人工收面。

通过上述施工控制，混凝土边坡的坡面平整度能小于5mm/2m，达到《标准》规定的优良等级。

3.混凝土养护

由于混凝土衬砌面积大，养护工作非常重要，稍有疏忽混凝土就会产生裂缝。衬砌混凝土浇筑完成后及时用土工布覆盖表面，使混凝土不在强光下曝晒。同时还需要进行喷洒水养护，包括板两侧也要喷洒，保证混凝土面经常湿润防止出现裂缝。衬砌混凝土需养护28d。

在干热、多风天气时，采用喷雾器不间断喷雾改善混凝土施工部位环境湿度；在低温或负温天气时，采取保温措施养护。

4.混凝土切缝

切缝工作同养护工作一样，应及时跟进。混凝土切缝工作在浇筑完成后根据气温情况进行，在混凝土强度达到1～5MPa 之间时进行，以不超过24h 为宜。用专用切缝机配行走轨道、卷扬机进行横缝、纵缝的施工，切缝人员根据放样墨线确定切缝位置，横缝、纵缝的缝宽、缝深严格按设计要求进行，在切缝过程中不断抽查缝深、缝宽，以便进行切缝机的调整。

5.停机处理

停机的同时须解除自动控制装置，升起机架，将衬砌机驶离工作面，清理粘附的混凝土，整修停机衬砌端面，同时对衬砌机进行保养。当衬砌机出现故障停机时，须立即判断可否在混凝土尚未初凝前排除故障，否则应将衬砌机驶离工作面并及时清理仓内的混凝土，并对出现故障时的浇筑面进行严格的质量检查，清除分缝外的混凝土，为恢复施工做好准备。

六、结论

通过采用机械化的衬砌施工方式并不断完善施工工艺，提高了南水北调工程渠道衬砌的施工质量，加快了工程的施工进度，确保了工程总体目标的顺利实现，也为类似工程提供了一定的借鉴■