南水北调焦作1段三标高填方渠道机械化衬砌施工技术

柯贤孝

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概况

南水北调焦作1段第三施工标位于河南省焦作市区的西半部，横穿焦作市区，桩号为IV38+000～IV41+400，全长3400m，其中渠道长度2595m，全部为全、高填方渠段。渠道填筑高度7.5m～12.6m，过水断面为梯形，底宽21m，内边坡系数1∶2(坡脚至坡顶长19m)，外边坡系数1∶1.5～1∶2(设置有马道)，设计流量265m3/s、加大流量320m3/s。

渠道衬砌面板底板厚10cm，内边坡厚12cm，为薄壁结构，渠坡采用机械化衬砌。

2 衬砌机简介

本标渠道坡面衬砌采用中棚源(北京)机械工程技术有限公司与石家庄科润应用技术开发有限公司合作生产的TPJ-Ⅱ型渠道衬砌机进行机械化施工。TPJ-Ⅱ型渠道衬砌机由铺砂机、混凝土摊铺机、混凝土提浆机、混凝土抹光机等组成。现对各系列设备进行简单介绍。

2.1 渠道坡面铺砂机

2.1.1 设备功能

将砂石料均匀铺设于坡面上并压实成平整坡面衬层。

2.1.2 设备组成及工作过程

该设备由料仓给料器、链轮刮板铺砂器、压实振捣器、机架、电控系统组成。通过行星给料阀将砂石料均匀地输送至链轮刮板铺砂器前，链轮刮板铺砂器沿坡面运行，将砂石料从坡顶摊铺至坡底，摊铺厚度靠调整机架高度实现，一幅坡面摊铺完成后，整体设备向前运行，压实振捣器启动，将摊铺好的砂石料压实，形成坚实、平整的坡面衬层。

2.1.3 设备参数

设备技术参数详见表1。

表1 渠道坡面铺砂机技术参数

2.2 渠道坡面混凝土摊铺机

2.2.1 设备原理

坡面摊铺机混凝土不同于平面施工，混凝土具有一定的流动性，放置在坡面上会自动向下方流动堆积，形成不均匀平面，而且混凝土施工需要振捣密实，在坡面上振捣更增加混凝土向下的流动性，给施工带来一定的困难。考虑斜面的特殊性，将斜面看成由大量微小的台阶面构成，每个小台阶面即可按平面作业考虑，坡面摊铺机按以上原理进行设计，既可防止混凝土向下流动，又可以充分振捣。

2.2.2 设备组成及工作过程

渠道坡面摊铺机由皮带上料机、皮带布料机、布料仓、振捣装置、抹平梁、行走机构、电控系统组成。皮带布料机输送带沿坡面连续、匀速运行，将混凝土均匀输送至布料仓，布料仓沿整个坡面布置，通过大隔板分割成数个小料仓，小料仓内通过振捣片形成许多微料仓，将坡面混凝土固定及充分振捣，保证混凝土厚度及密实度。

2.2.3 技术参数

坡面混凝土摊铺机技术参数见表2。

表2 渠道坡面混凝土摊铺机技术参数

2.3 渠道坡面混凝土提浆机

2.3.1 设备功能

增加坡面混凝土表面的密实度，并使混凝土表面形成一层砂浆，便于表面抹光。

2.3.2 设备组成

该设备由平板振捣器、行走装置、机架、电控系统组成。平板振捣器悬挂于机架下方，沿轨道在坡底、坡顶之间运行。

2.3.3 设备参数

设备参数详见表3。

表3 渠道坡面混凝土提浆机设备参数

2.4 渠道坡面混凝土抹光机

2.4.1 设备功能

将压实混凝土坡面的表面抹成光洁平面。

2.4.2 设备组成

该设备由两组圆盘抹光器、行走装置、机架、电控系统组成。圆盘抹光器悬挂于机架下方，工作时悬浮在混凝土坡面上，沿轨道在坡底、坡顶之间运行。抹光后的表面密实、光滑。

2.4.3 技术参数

坡面混凝土抹光机技术参数见表4。

表4 坡面混凝土抹光机技术参数

衬砌机在厂家技术人员指导下进行安装、调试，调试遵循“先分动，后联动；先空载，后负荷；先慢速，后快速”的原则。调试内容主要包括：电控柜的接线是否正确，有无松动；接地线是否接地正常；联结件是否紧固，各润滑处是否按要求注油；调正上下行走装置的伺服系统或频率使其同向、同步；振捣系统能否正常工作。

衬砌机安装完毕后在轨道上反复行走几遍，使轨道处于稳定状态。衬砌机轨道坡降与渠道坡降保持一致，衬砌前和衬砌施工中经常校核轨道的方向和高程。

3 机械化衬砌施工技术

渠道坡面机械化衬砌施工工序有：渠床整理、排水系统、砂砾料垫层、保温板铺设固定、土工膜铺设焊接、混凝土衬砌等，各道工序一般按50m～100m为一个单元工程。施工技术要点如下。

3.1 渠床整理

主要进行高填方坡面削坡，采取的是挖掘机粗削人工精削方式。先采用安装GPS智能引导系统的PC220挖掘机进行粗削坡，再人工进行精修坡。削坡自上而下进行，平整度控制在20mm/2m，采用3m铝合金靠尺随时检查平整度。

3.2 排水系统

主要进行透水管安装。透水管安装前，人工挖槽，验收合格后，在底部摊铺5cm粗砂垫层并夯实(注水振捣法)，坡脚纵向透水管与渠底横向连接管采用三通连接。管道预留接头，采用400g/m2土工布包裹保护，透水管安装(隐蔽工程)验收合格后采用粗砂回填。

控制要点：沟槽走向顺直，开挖宽度允许偏差0～100mm，高程允许偏差为±10mm；透水管牢固铺放在砂层中央，管对接整齐且不准错缝；外包土工布平整均匀、松紧适度，纵向及周边搭接长度允许偏差为0～+50mm。排水管安装详见图1所示。

图1 排水暗管安装

3.3 砂砾料垫层

砂砾料垫层采用铺砂机进行铺设压实，铺设前，在现场进行试验，确定虚铺厚度(调整机架高度进行控制)、压实遍数、最优含水率等，确保压实度满足设计要求。

控制要点：摊铺均匀、振捣密实、表面平整(不大于1cm/2m)。

3.4 保温板铺设

错缝梅花型自下而上顺序铺设，铺设平整顺直。采用U型钢钉(长15cm)固定在垫层之上，每块保温板上不小于3个固定点。

控制要点：材料厚度允许偏差1mm；铺设平齐、平整、紧贴基面，两板连结处的高差不得大于2mm。

3.5 土工膜铺设焊接

土工膜一般采用长丝两布一膜，垂直于渠道中心线方向铺设，由坡肩自上而下滚铺至坡脚，只可出现垂直于渠轴线的横向连接缝，不能出现平行于渠轴线的纵向连接缝。

土工膜接缝热熔焊接一般采用热合爬行机焊接，通常采用双焊缝焊接。双焊缝宽度宜采用2mm×10mm，搭接宽度不小于10cm，焊缝间应留有约1cm的空腔。每天施工前均应先作工艺试验，以确定当天焊机的温度、速度、档位等工作参数。焊接形成的结点应为“T”字型，不得为“十”字型。焊缝按照设计要求逐条进行充气检验。土工膜铺设详见图2所示。

图2 土工膜铺设

控制要点：铺设平整，焊接搭接宽度偏差标准为0～+2cm；焊缝均匀、平直，无漏焊、虚焊、烫伤、皱褶、空洞。充气试验检测焊缝：气压0.15MPa～0.2MPa，保持1min～5min，压力无明显下降。

3.6 混凝土衬砌

混凝土浇筑采用衬砌机机械化施工，包括混凝土摊铺、提浆、抹光。

混凝土摊铺由摊铺机进行机械化施工，摊铺机是上料、振捣、布料于一体的设备。

混凝土提浆采用提浆机机械化提浆，由悬挂于机架下方的平板振捣器振捣提浆。

混凝土抹光采用抹光机进行机械化施工，由悬挂于机架下方的抹光器抹光。

采用抹光机对混凝土坡面抹面后，立即进行人工收面。

控制要点：①料源：合格料；②铺料平仓：铺料均匀，平仓齐平，无骨料集中现象；③振捣：振捣密实，表面出浆；④厚度允许偏差：设计值-5%～+10%；⑤混凝土坡面平整度≤8mm/2m。

3.7 切缝注胶

按设计分缝位置，用墨斗在衬砌混凝土表面弹出切缝线。采用简易支撑架支撑切割机进行切割。由坡脚开始向坡肩依次切割。简易支撑架由在已经切割完成的分缝内插入的固定钢钎，钢钎上横放的8cm的槽钢或方管(1)，(1)上纵放的8cm槽钢或方管(2)和(2)上横放的10cm方管组成。根据待切缝处的位置设立支撑(1)的长度。操作人员推动切割机在10cm方管上行走完成切割工作。切割机支撑详见图3所示。

图3 切割机支撑示意

在清理完成的伸缩缝两侧粘贴胶带。胶带宽一般为3cm～5cm，胶带距伸缩缝边缘为0.5cm。用毛刷在伸缩缝两侧均匀地刷涂一层底涂料，20min～30min后用刮刀向涂胶面上涂3mm～5mm密封胶，并反复挤压，使密封胶与被粘结界面更好地浸润。用注胶枪向伸缩缝中注胶并压实，保证涂胶深度。

4 结语

高填方薄壁混凝土衬砌质量要求高，控制难度大，且机械化衬砌为我局首次施工，技术比较匮乏，总结完善一套实用有效的机械化衬砌施工工艺、方法及质量控制要点是非常有必要的，既可用于指导现场施工，保证质量、进度及节约成本，又为南水北调黄河以南开工较晚的工程及其它类似工程提供技术参考。同时，填补我局机械化衬砌技术空白。