龙门式布料机在袁冲暗涵工程中的深入应用

(湖北水总水利水电建设股份有限公司，湖北 武汉 430000)

1 前 言

鄂北地区水资源配置工程是湖北省主导建设的最大水利工程，同时也是省委、省政府的重点项目，被称为“湖北一号工程”，是我国172项全局性战略性节水供水重大水利工程之一。其中位于老河口市的袁冲暗涵工程长8.85km，采用双孔箱涵结构，过流净断面尺寸为2×4.5m×5.5m(孔数×宽×高)，设计流量38m3/s，15m一分缝。暗涵具有埋深大、占线长、工作面分散、入仓强度高、设备移动频繁等特点，同时暗涵最大开挖深度达24.6m，地面为岗波状平原，起伏高差达18m以上。为适应不同埋深要求，暗涵外尺寸宽度有12.4m、11.8m、11.3m等不同截面型式。

暗涵工程施工具有作业面长、基坑作业、管身结构统一等特点，龙门式布料机可通过龙门架横向移动卸料车，实现二维平面固定位置布料。同时龙门式布料机具有轨道式行走、连续作业、成本低廉的优势，为此我们选择了龙门式布料机进行受料。但袁冲暗涵具有基坑开挖深度大、高差起伏大、截面尺寸多等特点，为此湖北水总水利水电建设股份有限公司在龙门式布料机的深入应用上开展了适应不同暗涵截面、不同受料高度、混凝土离析问题的多项研究，现将研究应用情况进行介绍说明，为同类型工程提供参考。

2 龙门式布料机的设计

龙门式布料机由主、副皮带输送机组成，安装在支撑钢架上形成工作平台，副皮带负责将混凝土罐车运送的混凝土料传送至主皮带，然后由主皮带上的分料口将混凝土料卸入仓号指定部位。主、副皮带输送机的支撑架通过铰接形成整体，支撑架自带支腿和行走系统，采用轨道方式行走，通过同步电机、齿轮传动，由操作室统一控制。主皮带上的分料口由人工操作，利用开合刮料板来实现对仓号不同部位的卸料，混凝土料通过斜溜槽、伸缩式溜筒到达指定位置。

2.1 移动门架式水平布料系统结构设计

暗涵横向最大跨度为12.4m，考虑边墙外模板与支模桁架和行走轨道等，水平布料皮带每边须增加3.5m，整体水平横梁长度取20m；其净空高度须高于外模台车上部桁架顶部高度，加上顶板浇筑操作空间，确定布料机净空高度为9.5m；横梁断面尺寸，经过不同荷载标准保证率和不同断面尺寸的结构力学计算，进行对比优化，选用1.2m×1.5m钢结构断面设计。

2.2 同步移动式钢架梁系统结构设计

暗涵基础开挖深度较大，两边坡开挖坡比为1∶1.5，由于地面高低起伏不平，开挖深度11～25m，管身顶角距边坡水平距离最大达40多m。开挖深度大于18m的部位，为把混凝土搅拌车的混凝土传送到门架水平皮带上，设计用一钢架梁连接水平门架。钢架梁一端搭在门架上，另一端架在边坡二级马道上设置的轨道上，再用一桁架溜槽连接钢架梁，一端铰接在钢架梁上，另一端架在边坡坡顶设置的轨道上，使门架四个轮轴支点和钢架梁两个轮轴支点与桁架溜槽在坡顶轨道上的两个轮轴支点形成八轮同步行走系统。为了减轻桁架溜槽的重量，减小了桁架结构断面，采用在桁架溜槽中部设置一电动伸缩支撑，行走时收回支撑，工作时撑开支撑。开挖深度在11～18m之间，取消桁架溜槽和在坡顶车道上的两个轮轴支点，改用小桁架溜槽用支架和拉索悬挂在钢架梁上，形成六轮同步行走系统。

2.3 布料皮带及上料、卸料装置设计

在门架水平横梁上面和钢架梁内安装80cm宽输送皮带，并在门架与钢梁连接端设置控制室，控制皮带和卸料小车运转及三组行走轮轴同步前进或后退。混凝土搅拌车在边坡马道上直接把拌制好的混凝土料卸入皮带受料斗，由皮带传输运送。根据不同浇筑部位，在水平皮带一侧设置卸料小车，由卸料口把混凝土送入缓降串筒，再由串筒把混凝土布入须浇筑的位置。

2.4 溜筒缓降装置设计

布料机卸料小车距地面高超过10m，混凝土经过溜筒溜至仓面时有可能发生离析现象，在溜筒中设置缓降装置，降低混凝土在下溜过程中的冲击速度，保证混凝土溜至仓面时不发生离析，确保混凝土施工质量。

形成一整套由混凝土运输皮带、桁架梁、支腿、行走轮轴、主控室等组成的完整的混凝土布料系统。

2.5 龙门布料机施工现场布置典型示意图

暗涵开挖设计为6m一级，每级设置2.0m马道平台，不足3.0m高度的一坡到顶不分级。布料机主轨道为43门轨，下设60cm宽枕木，枕木高15cm，间距40cm，小桁架轨道规格改为24门轨，其余同主轨。布料机施工现场典型布置见图1。

图1 龙门布料机施工现场典型布置示意图

3 龙门布料机解决不同高度受料问题的研究

袁冲暗涵所处岗波状平原，暗涵高差起伏较大、基坑深，同时位于膨胀土地区，混凝土罐车运输通道布置及受料口位置就显得尤为重要，原先确定对一级马道平台进行拓宽，将混凝土罐车运输通道、混凝土受料口布置在一级马道平台，但这样会增加开挖工程量，而且在边坡上布置运输道路对边坡稳定不利，交通安全隐患突出，须将运输通道及受料口布置在坡顶上，方能满足经济、安全要求。

通过研究现场一、二、三工区的地形和暗涵高度，将布料机副皮带及其行走轮布置在12.0m高度处(设计二级马道高程)，同时针对不同地形高度采取三种不同的解决方案。

第一种：移动溜槽配合布料机

二工区暗涵桩号11+880～13+710，长1830m，开挖边坡高度在11.5～20m左右，大部分为二级坡，部分为三级坡。因为要将布料机副皮带及其行走轮布置在12.0m高度处，因此在开挖过程中，严格按照开挖6m高度进行分层，即9m高度分级开挖，不再一坡到顶，以便布置行走轮。根据边坡的不同高度，分为三种工况解决布料方案。

工况一：开挖边坡不足12.0m，设二级坡开挖。考虑到二工区不足12.0m高的仅有90m范围，高差不超过0.5m，因此在施工过程中直接利用开挖料回填0.5m，抬高至12.0m，以满足典型布料机布置受料的要求。

工况二：开挖边坡高度12.0～15.0m，设二级坡开挖。二工区大部分均为此类地形，范围约1260m，在布料机典型布置受料的基础上进行改进，在受料口上部接1m、2m、3m不同高度的活动溜槽，活动溜槽与小桁架反拉固定，具体见图2。

工况三：开挖边坡高度15.0～21.0m，设三级坡开挖。二工区后段小部分均为此类地形，范围约480m，在布料机典型布置受料的基础上进行改进，在三级开挖边坡上加装移动溜槽，溜槽分节可组合成不同高度，在坡上采用脚手架固定溜槽，具体见图3。

第二种：固定桁架溜槽配合布料机

一工区暗涵桩号10+710～11+670，长960m，开挖边坡高度在21～24m左右，设计为三至四级级坡。考虑到固定桁架溜槽较重，应尽可能缩短固定桁架溜槽长度以减轻重量，故根据大部分地形高度在21m左右，按最小的高度21m设计固定桁架溜槽长度，并在三级马道上设立一电动伸缩支撑，行走时收回支撑，工作时撑开支撑，以确保桁架受力；顶部取消行走装置。具体见图4。

图2 活动溜槽配合布料机受料示意图

图3 坡面溜槽配合布料面受料示意图

图4 固定桁架溜槽配合布料机受料示意图

对部分超过21m开挖高度的暗涵浇筑，参照第一种形式的工况二，可在受料口上部接1m、2m、3m不同高度的活动溜槽，以满足布料要求。

第三种：小桁架铰支变幅布料机

三工区暗涵桩号13+710～14+850，长1140m，开挖边坡高度在10～15m左右，设计为二级坡。考虑到低于12m开挖高度的暗涵长500m，占比较大，垫高至12.0m高度工程量较大，为此我们将副皮带桁架与主桁架采用铰接方式连接，在一定角度范围可进行调节，以适应不同高度要求。

对部分超过12m开挖高度的暗涵浇筑，参照第一种形式的工况二，可在受料口上部接1m、2m、3m不同高度的活动溜槽，以满足布料要求。图5为小桁架铰支变幅布料面受料示意图。

图5 小桁架铰支变幅布料面受料示意图

4 龙门式布料机解决不同截面暗涵宽度的研究

为适应不同暗涵埋深要求，暗涵外尺寸宽度有12.4m、11.8m、11.3m等不同截面型式，可以看到，暗涵开挖宽度最大差达1.1m，在同一工区中存在不同的开挖宽度。为满足不同截面暗涵受料要求，减小开挖工程量，节约投资，须研究制作能进行门轨宽度调节的布料机。

4.1 变轨设计

为满足门轨宽度调节的需要，我们设计将主桁架跨度支柱处调整成三种跨度(分别为11.4m、11.8m、12.4m)，主桁架设不同宽度的卡扣伸缩调节，通过螺栓固定伸缩节。具体详见图6。

4.2 变轨安装

布料机变轨安装施工分六个阶段，第一阶段为布料机主桁架支柱挪动端主桁架支护、顶起；第二阶段为桁架吊装小车起吊挪动端支柱至螺栓不再受力，拆卸支柱与桁架链接螺栓；第三阶段为吊装小车向跨度方向挪动位置；第四阶段为桁架与支柱螺栓链接；第五阶段为主桁架支护千斤顶下落直至支柱安放到导轨上；第六阶段为拆卸支护，加固所用设备，变轨安装完成；具体见图7。

5 龙门式布料机解决混凝土离析问题的研究

使用龙门式布料机进行布料浇筑的混凝土垂直高度约8～12m，特别是底板混凝土，高差达11m，钢筋密集。如何解决高落差产生的混凝土离析问题、保证混凝土质量，是必须解决的技术难题。结合工程实际，提出了鱼刺式串筒、橡皮串筒等方式进行缓冲，改善了离析问题。

图6 布料机门轨宽度调节设计图

图7 布料机变轨安装示意图

5.1 鱼刺缓冲串筒的设计

鱼刺式串筒是由长度1m的串筒和串筒连接而成，串筒内增加鱼刺式橡皮板，在混凝土垂直运输过程中，“鱼刺”可减缓混凝土的垂直下落速度，有效控制混凝土的骨料离析。鱼刺串筒展开具体见图8。

图8 鱼刺串筒展开图

5.2 鱼刺串筒缓冲操作要点

暗涵最大高度7.9m，布料机高度12m，布料小车至暗涵底板上层钢筋高度达10.5m。施工过程中在上、中、下位置设3节鱼刺型缓冲串筒，末端设1节橡皮溜筒；浇筑顶板墙身时，上部在台车桁架上设溜斗缓冲；溜筒距钢筋面层最大距离不得超过0.3m；串筒两侧均采用钢丝绳进行连接，以确保安全；施工过程中工人须来回移动串筒，以防止堵管情况发生；施工过程中要及时对受串筒布料影响的钢筋进行复位；严格控制分层高度，边角部位产生的骨料集中采用人工平仓、掺同等级砂浆进行处理；控制混凝土下料速度，防止下料过快堵塞串筒；混凝土浇筑结束后，及时进行串筒的清理检查、更换和保养。

6 结 语

鄂北地区水资源配置工程袁冲暗涵混凝土施工过程中，将龙门式布料机的性能发挥到极致，极大地方便了现场施工。通过该工程的深入研究，解决了基坑内混凝土的垂直运输以及大范围布料问题，响应了常态混凝土入仓的设计意图，特别是解决了岗波状平原高差起伏大、暗涵截面变化、混凝土离析等问题，满足了工程实际所需，节约了工程成本。本文对龙门式布料机在鄂北调水袁冲暗涵工程施工中的研究应用进行了简单介绍，可供今后从事类似工程施工时参考。