布料机入仓技术在混凝土箱涵施工中的应用

□文/郑小平

1 工程概况

南水北调中线一期工程天津干线全长155.344 km，天津干线共分为6个设计单元。廊坊市段工程是天津干线中的第4个设计单元，起点位于河北省廊坊市固安县马庄镇李洪庄村西约900 m处，桩号为75+927，终点位于河北省廊坊霸州市与天津武清区分界处，桩号为131+360，全长55.433 km。

廊坊市段工程共分为5个土建标，为TJ4-1～TJ5标。TJ4-4标桩号 XW111+600～XW122+212，全长约10.61km，以现浇混凝土箱涵为主，为有压输水箱涵。

输水箱涵为3孔4.4 m×4.4 m钢筋混凝土结构，设计流量45 m3/s，加大流量55 m3/s，全长10.612 km，设计以15 m为一节，共有717节。有3种断面型式，其中：I33型箱涵92节，K型箱涵361节，L5型箱涵90节，L4型箱涵65节，H型箱涵48节，其他61节。各种箱涵的结构断面尺寸略有不同，箱涵顶板厚度550～700 mm，底板厚度 650～800 mm，边墙厚度 550～650 mm，中墙厚度450～500 mm。主要工程量见表1。

表1 主要工程量

箱涵本身结构单一、形体规则，而整个工程又具有战线长、工期紧、工作面狭窄。从技术、质量和经济等方面对各种入仓方式进行对比，最终选定用布料机入仓的施工方案。混凝土由2座HZS90型混凝土搅拌站生产，9.0 m3混凝土搅拌运输车运至现场受料斗、布料机输送、垂直溜筒入仓。

2 布料机的结构型式和主要组成部分

布料机主要包括行走部分、主体部分、皮带机输送系统、起吊部分、电气系统和控制室，是较为大型的混凝土浇筑作业机械。其行走系统主要利用安装在箱涵两侧基础面上的轨道，轨距为18 600 mm，轮距为5 530 mm，要求将基础地面夯实，按照600 mm间距将枕木安放平稳并与钢轨固定为一体，要求两轨平行并保持在同一水平面上。布料机结构见图1。

图1 布料机结构

3 布料机的工作原理

1）利用布料机的行走系统解决布料机在沿箱涵轴线方向的移动。该行走系统主要利用安装在行走架上的主动轮和从动轮，驱动主要依靠行走架上安装的行走电机，布料机行走在箱涵两侧安装的轨道上。

2）混凝土由搅拌运输车运至开挖边坡开口线外侧的卸料平台，卸入布料机端头的盛料斗，再通过三套皮带机系统输送混凝土料至浇筑仓号的上部，经各料槽和溜筒输送到所需的各部位。

3）布料机除了用于输送混凝土入仓外，还可以利用安装在布料机机架上的电动葫芦进行大模板的安装拆除、钢筋、钢管等材料的吊装和转运等。

4 布料机的主要技术参数

4.1 结构参数

1）结构尺寸。龙门布料机支腿高6 750 mm左右，依据不同的断面设计略有不同，顶部桁架高2 400 mm(分为两层)，宽2 400 mm，侧部桁架高1 500 mm。

2）轨距。两侧为18 600 mm左右，居中对称布置。

3）操作空间。侧部有1 500 mm左右的支模操作空间，顶部有1 650 mm的钢筋编织和抹面空间，桁架内部有两侧800 mm左右的行走空间。

4）布料机采用悬臂结构形式坡顶不设轨道，悬臂桁架受料斗在施工主干道一侧坡顶取料。

4.2 行走及运输系统参数

1）行走系统。一套系统共设置4个车轮，其中2个主动轮，两套动力驱动系统，其中每套驱动系统包含1台电动机、1台减速机、1条完整电路、1套电控箱、1套液压制动系统。内部车轮为直径400 mm的铸钢车轮，轴承为锥形轴承，每个轴承承载力为10 t，轮槽70 mm、双边、表面淬火处理煮黑。减速机行走速度约为10 m/min。

2）皮带机输送系统。一套布料机共设置3条皮带，4套动力系统。

5 布料机与泵送入仓的比较

5.1 机械使用费

布料机系统全套成本远比泵车便宜，浇筑速度却提高1倍以上，大大提高了运输车辆及拌和系统的有效利用率，降低了混凝土浇筑全过程的机械和人工费用。本标段共配置布料机6台，按34.63万元/台计算，合计为207.78万元，3 a后残余价值约40万元，另轨道安装及运行维修费用375万元，布料机使用费为542.78万元；而泵车每台月租按11万元计算，3台泵车3 a工期，共需支付泵车租金891万元；仅此一项，布料机浇筑比泵车浇筑节约机械使用费308.22万元。

5.2 混凝土材料费

在混凝土配合比设计时，考虑到布料机入仓和泵送入仓对混凝土坍落度等性能的不同要求，试验室分别完成了布料机和泵送两种混凝土配合比的设计和比较。布料机浇筑混凝土与泵送混凝土相比，节约水泥等胶凝材料约40 kg/m3，35.02万m3混凝土总共可节约水泥等胶凝材料约1.4万t，节约材料费约380万元。

5.3 环保节能分析

本工程混凝土总量为35.02万m3，采用泵车浇筑耗油量为0.7 kg/m3，总耗油量为245.14 t，约需支付油费163.95万元；而采用布料机浇筑耗电量0.47 kW·h/m3，总耗电量为16.46万kW·h，约需支付电费14.31万元。布料机浇筑方案将减少149.64万元的能耗成本，同时还将减少柴油燃烧带来的污染气体排放。

6 结语

南水北调天津干线廊坊市段TJ4-4标，由于受征地及气候条件等方面的影响，采用布料机入仓的方案加快施工进度，共配置布料机6台，高峰混凝土施工强度近2.8万m3/月。实践证明，布料机的入仓强度高，使用操作简单，方便灵活，性能稳定，安全可靠，故障少，保证率高，安拆和转运容易。布料机不仅价格便宜而且运行和维修保养成本低。布料机的成功使用不仅满足了高强度的混凝土入仓需要，还取得了良好的经济效益，目前在南水北调箱涵、倒虹吸等线型工程中已得到广泛应用。