自行式渠道衬砌机在小型渠道施工中的应用探讨

刘 江，李文强

(资阳市水务投资有限责任公司，四川 资阳，641300)

随着水利行业的发展，水利工程在渠道衬砌方面的施工技术也逐渐成熟，渠道衬砌技术也逐渐向机械化、信息化、科学化转变。目前国内水利工程小型渠道衬砌主要采用翻模逐层浇筑、分块分段拉模传统的施工工法，其特点是功效较低、施工成本高和施工质量难控制；采用自行式渠道衬砌机进行渠道衬砌作业时，其特点是工效高、成本低、质量可控和机械化程度高。本文主要通过毗河供水一期工程总干渠成都段地方灌溉渠恢复项目为例，分析、阐述自行式渠道衬砌机在小型渠道施工中的推广和应用。

1 工程概况

四川省都江堰灌区毗河供水一期工程，是川中旱区重大民生工程，是国务院172项重大水利工程项目之一，也是四川省“再造一个都江堰灌区”工程的重点民生项目。工程由取水枢纽、输水总干渠、充水渠及灌区骨干渠系配套工程等组成。其中总干渠第一流量段上段(设计流量为60m3/s)，位于成都市新都区、青白江区境内，该片区属于成都平原，水系发达，农田灌溉渠众多，本工程与农田灌溉渠存在有40多处交叉。施工完成后需对农田灌溉渠进行恢复，农田灌溉渠恢复项目为工程附属设施，其特点是线路长，点位多，施工条件差。采用传统的翻模逐层浇筑、分块分段的拉模工法时，在同等产值下则存在人力投入较大、工效较低、施工成本较高、工程质量难控制等问题；采用自行式渠道衬砌机时，在施工成本、施工效率、施工质量和机械化程度上则更有优势。自行式渠道衬砌机在渠道施工时具有一定局限性，其适用范围为场地较平整，地形起伏不大，一般为土质或强风化岩石基础。毗河供水一期工程总干渠第一流量段上段所经过的区域为成都平原区，较适合自行式渠道衬砌机使用。

2 传统施工工法

传统施工工艺：场地平整→测量放样→沟槽开挖→底板浇筑→养护→安装侧模→侧墙浇筑→养护→沟槽两侧回填。

场地平整，根据现场施工机械投入情况和分块分段情况确定场地平整位置和面积。场地平整后再根据施工图进行测量放样，确定渠道轴线和结构尺寸。沟槽开挖一般采用小型挖掘机开挖与人工开挖相结合的方法，先采用小型挖掘机开挖成槽，并根据土质情况预留相应厚度的保护层，再采用人工对保护层进行开挖及基础找平。渠道混凝土浇筑采用底板和边墙分期分段浇筑成型，底板混凝土一般采用预留趾槽架立模板进行现浇混凝土，待底板混凝土龄期满足要求后，再进行侧墙的模板安装，一般采用木模拼装。侧墙混凝土浇筑一般采用斗车与人工铲运相结合方式入仓、小型振捣器振捣密实、人工抹面收光。渠道两侧由于空间小，一般采用人工回填夯实方式。这种传统的渠系施工工艺的不足之处在于人力投入较大、工效较低、质量难控制。

3 自行式渠道衬砌机施工工法

3.1 工法特点

(1)采用挖掘机定型铲斗一次性对渠槽开挖成型，开挖形成的断面非常标准、不需预留保护层，线型美观且工效较高。

(2)采用自行式衬砌机对底板及边墙一次混凝土浇筑成型，整体性好，质量有保障，流水作业提高了作业效率。

(3)自行式衬砌机可采用柴油发电机作为行走及振捣的动力，整个施工过程不需架设施工用电线路，适用性强，降低了施工用电的安全风险。

(4)采用自行式衬砌机的施工现场无需安装模板，减少了材料堆放场地，同时开挖过程中的弃土可直接运至指定的弃渣场，无需转运。真正做到人走料清，减少了对周围环境的影响，更环保节能。

3.2 适用范围

(1)适用于大半径曲线，现有渠道的平面曲线半径均适用；

(2)适用于地形较平坦，纵向坡度小于30°；

(3)适用于土质或强风化岩石的地质条件，对于地质条件为岩石基础的，需先进行岩石破碎，开槽满足要求后也同样适用；

(4)适用于施工段落连续长度在100m及以上渠道，自行式渠道衬砌机更能连续流水作业，施工效率更高。

3.3 工艺原理

开挖采用定型挖斗，可根据设计尺寸进行调整。沟渠开挖一次成型，施工前通过测量放线确定水渠平面位置，并确定挖机行走路线，开挖过程中再通过过程控制测量确定渠系纵坡。

自行式渠道衬砌机混凝土浇筑是整个施工工法的核心，混凝土浇筑原理是将混凝土通过机械进料斗装入推进器后，由推进器再将混凝土推进至渠道定型模外壁所形成空腔内挤压成形，渠道压顶也同步挤压成形。振捣密实则是通过附着式振动器对混凝土连续振动作业，来满足渠道混凝土的密实度。自行式渠道衬砌机是通过渠道两侧安装行走轨道和利用液压油缸推料产生挤压的反作用力达到自行行走和自动连续混凝土浇筑作业。

3.4 施工工艺流程及操作要点

3.4.1 施工工艺流程

场地平整→测量放样→沟槽开挖→混凝土浇筑→人工抹面收光→设置沉降缝→养护。

3.4.2 操作要点

(1)场地平整：施工前对施工段落渠道的地面进行初步平整，根据渠道水流方向确定渠道纵向坡度。

(2)测量放样：根据施工图纸，对施工段落渠道中心及边桩进行放样，为控制渠道线型，直线段每隔20m进行一次测量放样(曲线段测量放样根据曲线半径确定放样间距)并及时做引桩和标出标高，再根据控制桩用白灰撒出渠道开挖轮廓线。

(3)渠槽开挖：根据渠道尺寸确定挖机定型挖斗尺寸，渠槽开挖采用挖机定型铲斗一次成槽开挖方式。开挖前根据测量放样定位桩和白灰确定开挖轮廓线，再根据开挖轮廓线和挖机宽度确定挖机作业行驶路线。挖机开挖作业时由专业技术人员指挥挖机沿确定的行驶路线倒退行驶作业，确保渠槽线型美观。开挖过程中根据引桩标注高程和采用水准仪对渠槽开挖进行过程控制测量(过程控制测量以3m～5m为一个测段为宜)来确定渠系纵坡即可。

(4)混凝土浇筑：混凝土拌制采用集中拌制，专用混凝土运输车运输到施工现场，混凝土到达现场后其坍落度应控制在40mm～50mm之间。施工现场配备专门操作员操作自行式衬砌机作业，自行式衬砌机工作之前首先启动附着式振动器为落料做准备，用混凝土输送泵将混凝土输送至进料斗内，当混凝土通过进料斗进入推进器后，启动液压泵、油缸开始做伸缩运动，由推进器将混凝土推进到渠道定型模外壁所形成的空腔内，定型模起作外模作用，将混凝土固定在渠槽壁上，通过液压油缸的推力作用和振动器对混凝土连续地振动，将混凝土挤压成型。

(5)人工抹面收光：自行式衬砌机浇筑成型后，由人工随后进行二次抹面收光，收光的同时将线型进行修饰，保证渠道直线线型顺直，曲线线型圆顺。

(6)养护：混凝土浇筑完成并收面后6h内覆盖塑料薄膜全封闭进行养护，当气温低于5℃时，不得对混凝土洒水养生，洒水次数以混凝土表面湿润为宜。

(7)沉降缝设置：水渠每10m设置一处沉降缝，缝宽2cm，在渠道混凝土收完面强度达到设计要求后，由专业技术人员经丈量确定沉降缝设置位置，由人工利用专用的切刀切出沉降缝。将沉降缝内多余混凝土凿除并用水冲洗干净，填塞沥青麻絮。

4 应用实例

自行式渠道衬砌机有全新的机械化系统，由行走系统、升降系统、布料系统、振捣系统、摊铺整平系统、安全系统组成。衬砌机运输至施工现场，在渠道设计开挖范围两侧铺设两条10m～20m的轨道；按顺序进行行走系统、摊铺系统、振捣系统、安全设施及限位系统安装，安装调整后开始试运行。利用毗河供水一期工程总干渠一14+656.66～一16+259.77明渠段周边截排水沟和灌溉农渠(截排水沟参数：渠身采用C15混凝土浇筑，厚0.24m，底宽0.5m，顶宽0.9m，沟深0.8m，每10m设置一道伸缩缝，缝宽0.02m)作为试验点。以一天施工时间作为单位进行系统记录，主要记录内容为：①记录一套自行式渠道衬砌机系统每天衬砌长度；②记录一套自行式渠道衬砌机衬砌后的渠道成型、坡面修整，以及混凝土料的摊铺、整平、压实情况；③记录一套自行式渠道衬砌机系统投入的人力情况。

经过两个月的试验及对记录数据分析，通过自行式渠道衬砌机工艺与国内传统的翻模逐层浇筑、分块分段的拉模渠道衬砌方法对比和分析。在质量方面，传统工法分两次浇筑，先浇筑底板再浇筑边墙，整体性较差，而且振捣时容易漏振形成蜂窝麻面和烂根的现象。自行式渠道衬砌机工法为整体浇筑，内有附着式振捣器不间断振捣，通过振捣及反复挤压后混凝土密实、整体性好，质量更可控；在工效方面，采用国内传统工法，平均每人每天可完成1.4m，采用自行式渠道衬砌机工法可以达到平均每人每天8.0m，速度是传统工艺的5倍多，工效更高；在经济方面，传统工法在保护层开挖和模板安装方面都需要大量人工，人力投入较大，每完成100m渠道约需要70个工天，而采用自行式渠道衬砌机工法，机械化程度更高，每套系统只需布置2～3人配合即可，每完成100m渠道只需要17个工天，更节约成本。因此，无论从质量、工效还是经济方面均是自行式渠道衬砌机工法要更胜一筹。自行式渠道衬砌机在毗河供水一期工程总干渠一流量段上段的截排水沟和灌溉农渠上得到了成功应用。同时自行式渠道衬砌机在保障工程质量，加快施工进度，节约施工成本上也得到了各参建单位的一致好评。

5 结语

通过以上的对比分析，自行式渠道衬砌机工法在控制施工质量、降低工程成本、提高施工工效等方面具有显著的优势，在今后的工程配套项目和小农灌溉项目施工中，应大力推广。同时通过对自行式渠道衬砌机的运用和推广，为水利工程渠道施工提供经验和借鉴。