渠道削模衬砌技术在泾惠渠灌区中的应用

程 维

（陕西省泾惠渠灌溉中心,陕西 三原 713800）

1 泾惠渠灌区基本情况

泾惠渠灌区位于关中平原中部地带的陕西三原县,其前身属于史上著名的“郑国渠”,经过一代代的发展,灌区现已扩展到西安、咸阳、渭南三个城市的高陵、临潼、三原、富平等多县,共覆盖145.3 万公顷的耕地,属关中地区的Ⅱ型灌区,由泾河引水而成,下辖16 个管理站,2 个管理处,7个局属单位。主干、分支、斗及渠道全长为3618.03 km。为进一步发挥灌溉对国家的服务职能、积极发挥灌溉工程的战略性引导效应,近年来积极开展灌区改造工程,改造渠道已完成2818.36 km,占总规模的78%,灌区渠道改造工程目前仍在积极进行中。

2 灌区渠道衬砌的机械开挖削模技术应用

2.1 主要目标

从改变渠道衬砌中最费时、费力的人工削模着手,结合运用 U 型截面衬砌机,发挥机械化水平,将渠道衬砌改造从清表、清淤到竣工的渠岸培土区间的所有工序都采用机械化施工,开展机械为主、以人工为辅的施工方式,实现灌区渠道衬砌机械化、系统化,节约施工期间大量的人力、财力和施工时间,也有效避免人工操作失误问题。

2.2 主要技术要点,创新之处

本施工技术削模初期是采用反铲式挖机利用定型挖斗来实现,而土模品质的好坏,很大程度取决于挖掘机驾驶员的操作技术水准、机械化操作的熟练程度,因此必须挑选能力过硬、具备一定工作经验的驾驶员来完成,并安排现场指挥人员与挖机驾驶员密切配合。另外,在全断面回填后使用刮平机对回填土面进行刮平处理,并使用红外定位装置对其进行定位,解决了以往传统的木桩挂绳法可能存在的误差,实现了在没有人指挥的情况下,仍可实现开挖断面精度高、口线直的施工效果。

2.3 主要施工方法分析

依照渠道的设计截面尺寸,选择反铲挖掘机的型号,并根据断面设计来加工定型挖斗以及衬砌机,将以前在渠道改造过程中,在机械清表、清淤及清理腐植土之后,使用人工分层回填、人工削模的低效率施工模式,转变为机械清表、清淤以及全断面回填土,利用压路机分层碾压达到设计高度,并通过现场布置控制轴线,保证施工精度,这种以机械为主的施工技术可以实现快速开挖、高精度、高机械化。

（1）在渠道进行衬砌之前,将挖土机的铲斗替换掉,并利用结合断面尺寸自行加工的铲斗,根据设计的轴线方向进行全断面开挖,这样挖出的断面边线平顺,偏差不超过2 cm。之后经过实测检验,达到规定的标准后,由监理人员复核验收。经过对比,确定渠道底宽、坡比、开口宽度、深度等开挖尺寸满足设计规范要求后,确认基面验收合格,再进行接下来的施工。

（2）在上一道工序验收合格后,将衬砌机移至施工现场。在衬砌以前,首先要以渠道的截面尺寸和衬砌机宽度为依据,来确定两侧行走宽度和安装的高度,并按照适宜的轨道,轨道采用槽钢,铺设在已开挖形成截面的两边。在安装完毕之后,对轨道线路走向和高度进行检查,检查并确定其正确与否,在确定之后,使用汽车吊把衬砌机吊到设计的位置,并进行设备校验,保证设备和开挖面之间的距离能够达到设计的渠道衬砌厚度的要求。

（3）先在渠道斜面和渠道底部喷洒润湿水,防止砼衬砌带来的水分流失,从而对衬砌质量造成不利的影响。C20 衬砌混凝土在拌和站进行拌和,再经过试验室内的检验,确定混凝土的各个技术指标都达到了设计及规范的要求之后,再使用混凝土搅拌车,经过沿渠道的施工公路运输到工作面。在衬砌机械和混凝土混合车间之间的砼的输送可以通过延长搅拌车的下料孔长度来实现,将从搅拌车上的混凝土从搅拌器下料孔中直接送入到衬砌机械的料仓中。

（4）在衬砌机进料仓中的混凝土快要装满时,起动牵引系统、布料以及混凝土摊铺振动系统,使衬砌机沿着布置好的轨道前进,同时,混凝土搅拌车也一同启动,保证不间断地提供混凝土,使其不间断地构成衬砌面,并在混凝土未凝固之前,对衬砌成形中出现的一些瑕疵进行人工修补。

（5）在渠边、渠底衬砌完成后,根据设计中每5 m 切割一条裂缝,切割出2 cm 宽度的建筑裂缝。裁剪后紧跟人工修郑,保证了流水线的施工操作。

（6）在每隔50 m 的距离,将Φ50 mm 钢筋插入沟槽底部以及Φ10 mm 的钢索,通过衬砌机尾上的卷扬机,拖拉着衬砌机设备均匀地沿着既定路线向前行驶。

（7）在进行完最后一次抹面后,应立即铺上土工织物,并喷洒清水维护,以保证施工完成后的质量,维护14 天后,再对伸缩缝进行填充以及压顶回填。

2.4 质量控制及注意事项

（1）在渠道衬砌之前,需要测量员对现场根据施工设计进行相关尺寸的复核,做到精确定位及放线,然后由施工方根据定位点、控制点进行施工,保证施工精度。

（2）在施工时,施工作业人员要与测量人员一起检查渠槽的底部宽度、高程、坡度比、开口大小以及衬砌机械运行轨迹的走向和高程等,以保证截面尺寸和衬砌精度。

（3）渠道在开挖成型后要经过监督人员的检查,如果没有达到要求,就不能继续进行下一步的工作。在施工过程中,每台衬砌机的行进路线及导轨的高程,都要经过现场实测,并由专业的质检人员检查后,才能施工。

（4）实验室在规定的期限内,对内衬的混凝土进行采样和检验,以保证混凝土的品质。

（5）对搅拌站称重装置做好计量校验工作,保证计量的准确性；加大对装置的维护力度,确保衬砌过程中,装置能够运行正常。

（6）确认衬砌机的断面与渠道剖面是否保持一致,和地基及混凝土的接触部分是否平整,并确认振捣装置、牵引系统运行是否良好。

3 技术应用成效

以上施工技术已在泾惠灌区2016 续配（Ⅱ）九支分渠及四支分渠改造工程中进行了试验并获得了成功,有效提升了灌区渠道工程的自动化施工水平与灌区工程的施工特点及要求相匹配,实现了缩短时间、节约资金、保证质量、施工效果美观的目的。

以泾惠渠2016 续配Ⅱ四支分渠改造工程为例,其设计改造长度为7500 m,使用传统的人工与基于机械削模的全断面回填机械拉模成型技术相比,在时间成本、经济成本、施工效果方面具有如下差异。

（1）传统的人工配合机械施工

采用排水-除草-机械除泥清淤-回填-手刨模-跳仓砼浇注-渠岸整修。时间成本：根据工程的划分和各个步骤的严密、连续进行,结合以往同类工程人工施工模式的经验,对时间成本进行推算,预计总的工期为75 个工作日。经济成本总成本共计约525万元。成效方面：回填土的压实性不够好、手工裁剪模板有很大的偏差、口线不直、混凝土表面不平整、振捣也不均等。

（2）断面回填机械拉模

排水—除草—机械出泥清淤—全断面土体回填—机械挖模—衬砌机拉模。时间成本：在四条分支渠道中进行了实际的建设,实际建设周期是43 个工作日。共花费300 万元。成效方面：成形的几何大小均匀、线面光滑平整、振动均匀一致、外形美观。

传统人工模式预计75 个工作日,机械削模用时为43 个工作日,可节省32 个工作日。同时,还节省了225 万元的经济费用,可以看出,该设备的优越性要超过常规人工施工方式。

机械削模技术可有效克服人工作业中的弊端,通过机械设备的应用,极大提高工作效率,适用于大中型灌区停水间隙期间的断面渠道衬砌工程。该技术能够逐步拓宽更大的截面,形成多种的形态结构,并将挖掘和衬砌一体串联,实现高效一体化施工,同时也适用于灌区短期停水间隙对末级渠道改造施工。

4 未来展望及技术推广

4.1 未来展望

全断面回填机械拉模成型技术经工程实践应用取得了理想的施工效果,但这一技术还有待进一步改进升级,使其更加易于操作,自动化、智能化,力争在今后的各类截面形状及大小的渠道衬砌改造中,得到更多的推广应用。对进一步升级该技术的未来构想是运用隧道盾构机的原理,将土方开挖与衬砌设备相融合,形成一种将土方开挖削模—砼衬砌成型—伸缩缝施工于一身的综合性挖掘衬砌装备,实现对渠道衬砌改造的全线自动化。并进一步提升挖掘衬砌机（设备统称）的智能化水平,在纯机械设备的系统中加入计算机系统,使该设备可以实现集中控制、远程控制,从而真正地实现通道衬砌的全机械化、智能化。将来,还会在装置上增加红外线定位装置,并通过施工现场加入轴线控制线,使得它的位置更加准确,误差控制在10 mm 以内。

4.2 技术推广

该技术的推广预计可以将原本以人工削模为主的总削模时间降低43%,显著地减少了工程成本,最高可降低50%的成本,是一种值得在灌区水利工程中使用并推广的施工新技术和新工艺。该技术普遍适用于关中地区及类似地质情况的渠道衬砌改造工程,具备普遍性、实用性。

5 结语

综上,针对传统人工为主的渠道衬砌作业工作效率低、成本高等弊端,提出一种基于机械开挖削模的全断面回填机械拉模成型技术,目前此项技术已经完成试验基础阶段,并通过泾惠灌区的工程实践应用,实现了对技术的初步验证。并在实际工程及试验场地不断完善和修改,不断提高设备的可操作性及精度要求。此项目前期理论得到充分肯定,初期已经在实际工程中得到应用,项目的可操作性真实有效,正在进一步完善和攻克阶段,推广意义深远,研制成功后市场前景广阔。