南水北调中线工程大型渡槽重大技术装备研发应用及前景分析

董必钦

南水北调中线工程全长1246km，跨越长江、黄河、淮河、海河四大流域，从河南境内的丹江口水库引水，利用120多m水头落差，自流而下，流经河南、河北、北京、天津四省(直辖市)，为20多座城市供水95亿m3，受水面积达15万km2。全线要跨越219条河流、44处铁路，需要900座水工建筑物。为确保引水质量，一般明渠难以实现，必须使用渡槽或隧洞。

大型渡槽施工装备包括架设大型渡槽成套设备（提槽机、运槽车、架槽机）和原位现浇大型渡槽造槽机，其设计制造属于水利工程施工机械、液压传动和计算机控制等多学科交叉的科技领域。渡槽作为调水工程中主要建筑物之一，其施工质量、施工安全及施工进度将直接影响工程的建设。由于大型渡槽具有截面尺寸大、跨度长、吨位大等特点，再加上工程所处地形、地质条件复杂，采用传统的施工工法已很难满足工程需求，因此研发大型渡槽机械化施工新技术及其配套装备成为世界性难题。

针对南水北调中线大型渡槽施工需求，郑州新大方重工科技有限公司、华北水利水电学院等单位联合研制了1200t渡槽架设成套技术及装备、1600t U形渡槽造槽机、2500t矩形渡槽造槽机，分别用于河南省平顶山市的沙河、南阳市的湍河及新郑市的双洎河工程项目。

1200t渡槽架设成套装备

在充分利用与优化原有的900t级铁路高架桥施工成套设备的基础上，结合南水北调中线工程的需求，对沙河梁式渡槽在制槽场内进行预制，并将预制好的渡槽通过提槽机转入存槽厂。渡槽架设时，首先由提槽机将渡槽从存槽厂吊运到运槽车上，然后由运槽车将渡槽运至架槽机处，最后通过架槽机进行渡槽的架设。

1200t渡槽架设成套装备包括：ME1300型提槽机、DY1300型运槽车和DF1300型架槽机。

1.ME1300型提槽机

该提槽机为门架式整体起重设备，由2个主梁上的4台起升台车共同抬吊一榀渡槽，完成渡槽在制槽场和工地跨线、跨墩、移线等位置的起吊、转移，前两榀渡槽架设以及为运槽车装槽等工作；同时还可以借助其他辅助吊具实现架槽机的拼装、转线及运槽车的拼装任务。

2.DY1300型运槽车

DY1300型运槽车是水利渡槽搬运和架设全套装备中的关键设备之一，它在已架设好的渡槽（上面已预铺好钢轨）固定轨道上运行，主要用于渡槽的搬运施工，同时还兼有整体驮运架槽机返回制槽场的功能。

两个运槽台车在主结构方面完全一致，区别在于运槽台车A的支撑梁上是两个固定支撑点，以形成渡槽运输过程中的两点。运槽台车B的支撑梁上是两个串联油路的支撑平衡油缸，以形成渡槽运输过程中的一点。这样就可以保证渡槽运输过程的三点平衡。整台设备由32个走行小车构成，分别安装在两个运槽台车上。在运槽时，两个运槽台车通过台车连系梁固定在一起，保持两个台车的固定轴距，当需要运槽台车整体驮运架槽机时，可以拆掉台车连系梁。

ME1300型提槽机技术参数：

DY1300型运槽车技术参数：

DF1300型架槽机技术参数：

3.DF1300型架槽机

DF1300型架槽机由导梁、两台MDE325+325门式起重机、液压和电控系统组成，下导梁安放在已预制好槽墩的支撑台座上，由两个形成门形的连系梁把两个导梁连接在一起，形成刚性结构，两台门式起重机的2个天车将运送到的渡槽起吊，依靠大车走行机构在下导梁上纵向移动到下一跨，天车横向移动实现渡槽的横向移位、安装，单跨4个渡槽全部安装完毕，在顶推油缸的作用下移动架槽机到下一跨。

1200t渡槽架设成套装备，解决了大型预制渡槽提、运、架的技术难题；自主研发的渡槽专用吊具采用双层可调节刚架结构，实现了渡槽托底吊运、三点平衡，解决了大型薄壁渡槽的安全吊运技术难题；提槽机采用半刚性支腿结构和半轴定位支撑的转向装置，顺利实现提槽机的定点带载90°转向功能；运槽车采用四轨三跨结构，连系梁采用“元宝”形箱梁均衡结构，既降低了轮压，又确保了轮压一致，同时降低了整套设备的工作高度，有效地解决了槽顶运输渡槽的安全技术难题；架槽机采用导梁开启式后连系架结构，既保证了运槽车的喂槽，也减少了架槽机的结构尺寸；提、运、架装备采用微电控制技术，实现了渡槽精确对位吊装。经中国水利水电第四工程局有限公司在南水北调中线沙河渡槽工程中应用，该设备具有操作方便、安全可靠、作业效率高、施工质量易保证、经济和社会效益显著等特点，有良好的推广和示范作用。

采用1200t提运架成套渡槽施工设备的沙河项目已于2012年8月6日全面建成，这是中线工程中规模最大、技术难度最高的控制性项目之一，全长11.93km，跨越3条河流，其中明渠长2.89km，建筑物长9.05km，是当前世界上规模最大的渡槽工程。

1600t U形渡槽造槽机

南北水调中线一期总干渠工程湍河渡槽项目位于河南省邓州市境内。槽身为3槽并置的U形结构，单跨40m，共18跨。是目前世界上单跨跨度和重量最大的U形渡槽。

造槽机外梁主支腿支撑于墩顶，支撑外主梁框架，外肋及外模安装在外主梁下方形成渡槽外轮廓；内梁支腿分别支撑于前方墩项及后方渡槽底，支撑内梁，内梁后半段安装内模系统形成渡槽内腔轮廓。外梁外模系统及内梁内模系统配合形成一个可以纵向移动的U形渡槽制造平台，完成U形渡槽的现浇施工。外模横向旋转开启，外梁携外模升高使其能够通过桥墩，纵向前移过孔到达下一施工位，外梁携外模降低，外模合龙，开始下一孔施工。如此循环作业，直至完成所有渡槽的槽身浇筑。

该设备采用内外主梁结构，内外模系统分别悬挂在内外主梁上，外主梁过孔依托于内梁，受力合理；外模采用整体同步旋转打开的开模方式，效率高；外主梁采用上下双层箱型梁框架结构，刚度大，便于保证渡槽浇筑质量和设备转场运输；内主梁为单梁，箱形结构，两跨布置，内梁携带内模系统整体开闭及过孔；设计了顶部带托辊及吊挂移位装置，下部带油缸的支腿新结构，保证了造槽机过孔走行平稳，安全高效；模板的开启与闭合采用全液压系统控制，通过电液比例控制系统来保证多个油缸动作的一致性，确保模板在开启和闭合时不受扭，整体性好，精确对位方便。

1600t U形渡槽造槽机技术参数：

2500t矩形渡槽造槽机主要技术参数：

采用1600t U形渡槽装备的湍河项目已经顺利完成，全长1030m，有18跨，至此，世界上总体规模最大的U形渡槽湍河主体工程圆满收官，荣获各方好评：结构设计新颖，施工工艺先进，设备史无前例。

2500t矩形渡槽造槽机

双洎河渡槽全长810m，其中梁式渡槽长600m，设计为后张法预应力矩形渡槽，槽身为2联4孔。双洎河渡槽高8.9m，单跨长30m，单跨总重约2500t，是目前世界上单跨最重的引水渡槽。造槽机外梁14号支腿支撑于墩项，支撑外主梁框架，外主梁框架侧面安装挑梁，外肋及外模吊挂在挑梁上形成渡槽侧面轮廓；底模铰接挂在外肋下方；内梁支腿分别支撑于前方墩顶及后方渡槽底，内梁支腿支撑内梁，内梁一跨长，侧面安装内模系统形成渡槽内腔轮廓。外梁外模系统及内梁内模系统配合形成一个可以纵向移动的渡槽制造平台，完成渡槽的现浇施工。底模旋转开启，外模横移开启，使得底模能够通过槽墩，外梁携外模纵向前移过孔到达下一施工位，侧模横移合龙，底模旋转合龙，开始下一孔施工，如此循环作业，直至完成所有渡槽的槽身浇筑。

该设备采用内外主梁结构，内外模系统分别悬挂在内外主梁上，各自独立完成过孔，便于操控；利用竖向吊杆穿过渡槽中间腹板，连接造槽机外梁连系梁与底模横梁，提高了整机金属结构的纵向、横向刚度，保证浇筑渡槽的几何精度；首创了外模先旋转再平移的开模方式，通过电液比例控制系统实现模板的开启与闭合，保证多个油缸动作的一致性，确保整体模架在开启和闭合时不受扭，整体性好，精确对位方便。经中国水利水电第四工程局有限公司在南水北调中线双洎河渡槽工程中实际应用，整机操控方便，安全可靠，作业效率高，施工质量容易保证，便于工程管理，具有节省人力、物力及财力的特点，经济和社会效益显著，应用前景广阔。

采用2500t矩形渡槽装备的双洎河项目，全长81m，梁式渡槽长600m，槽高8.9m，宽16.75m，单跨长30m，单跨总重达2500t，是当前世界上单跨最重的“引水桥”。

大型水利渡槽设备在南水北调中线沙河渡槽、双洎河渡槽和湍河渡槽等三个控制性工程中成功应用，很好地满足了工程施工需求，并获得了1.3亿元的经济收入。采用该研究成果在沙河、湍河及双洎河渡槽工程中施工，与满堂支架法相比可节省资金约5.3亿元，且整个施工过程不受河滩软弱地基、河水的影响，经济效益、社会效益及环境效益显著，可完全替代传统的满堂支架施工。该项目已获得国家发明专利2项、实用新型专利7项，并荣获河南省2013年科技进步一等奖。

大型水利渡槽设备的研制，依托南水北调中线工程建设需求，紧密结合项目实情、地情和民情，解决了大型渡槽机械化施工的技术难题，也带动了大型渡槽施工技术与装备的进步。研究成果填补了国内大型渡槽施工装备的空白，并达到国际领先水平，实现了国家重大技术装备的自主化、本地化、产业化和市场化。大型渡槽施工技术具有很好的推广应用前景，国内市场需求良好。