弧底梯形全断面混凝土衬砌机应用对比

王一杰

（山西黄河禹门口水务集团有限公司 山西侯马 043000）

1 工程简介

西范灌区东扩工程一级总干渠位于万荣县裴庄乡，为旧渠道改造工程，渠道从西范一级泵站出水池至一级总干渠2#隧洞进口，全长7.14 km，渠道过水流量为13.8～12.6 m3/s，沿线渠道建筑物30 座。渠道开口宽度分别为8.89 m、8.77 m、8.64 m，对应渠道深度为3.2 m、3.15 m、3.1 m，弧底半径为3.4 m。

2 混凝土衬砌施工工艺

2.1 滑模衬砌工艺

渠道滑模衬砌施工，一般先衬砌渠道弧底段，待弧底段达到设计强度的50%以上后再衬砌渠道斜坡段，弧底段和斜坡段施工均采用滑模间隔跳仓方式，模板分为一序板（编号为1、3、5、7、9……）和二序板（编号为2、4、6、8、10……）逐步施工，编号是沿渠道轴线按照结构缝（确定间距为4 m）等间距进行划分。当一序板混凝土强度达到50%以上后利用其横侧边缘做为二序板滑道浇筑混凝土，施工工序见图1。

图1 施工工序平面图

弧底段混凝土施工：根据设计尺寸，在复合土工膜上将弧底段模板固定好，通过溜槽将混凝土输送至仓内，人工进行平整，平板振捣器振捣。移动间距不大于振捣作用半径的1.5 倍，振捣过程中将缺陷处补满料，完成振捣的部位确保表面达到规范要，然后由人工收面抹光。

斜坡段混凝土施工：先固定斜坡段滑道，再锚固卷扬机在渠顶适当位置，最后安放滑动模板于滑道下部。待所有机具就位后，方可开始浇筑混凝土，首次将混凝土填满，利用插入式振捣器振捣，控制好滑模的提升高度，每次控制在滑模宽度的1/3 左右，振捣时将捧头插入下层10 cm 左右，以使施工缝衔接良好。滑模提升时必须缓慢均匀，提升速度在5 m/min 左右，防止混凝土断裂。面层随打随抹，保证为原浆作业。

伸缩缝施工：纵横向伸缩缝分别布置在弧底与斜坡段相交处和斜坡段与斜坡段或建筑物相交处，横向伸缩缝沿轴线每隔5 m 设一道，纵横向伸缩缝缝宽均为2 cm；填充前采用手持切割机将多余混凝土渣稍加切除清理，吹风机冲洗干净后，及时填充高密度聚乙烯闭泡沫板，迎水侧采用沥青砂浆封口。

2.2 全断面衬砌机

西范灌区东扩工程一级总干渠弧底梯形渠道混凝土衬砌施工时，施工单位根据渠道断面结构形式自行研发设计制作了一套全断面混凝土衬砌机。全断面混凝土衬砌机是一种弧底梯形渠道现浇混凝土过程中可将仓面布料、平仓摊铺、振捣融为一体的混凝土衬砌机械，其机身为可自行式的整体结构。由于全断面混凝土衬砌机的机架为整体式钢架结构，布料系统和衬砌系统为一个整体，具有良好的整体刚性，施工过程中可确保渠道斜坡段和弧形渠底段的衬砌厚度，且具有生产率高，摊铺均匀、振捣密实，平整度高。与传统施工技术相比较其具有功效高且节省劳动力总体成本低等特点。

3 全断面混凝土衬砌机与滑模衬砌对比

3.1 工艺方面

根据一般的渠道断面形式，渠道顶部一侧布置的巡渠道路在施工期间可作为机械通行的道路，另一侧宽度往往只能作为人工通道；滑模衬砌需首先完成弧底浇筑，然后再分序进行右侧斜坡段浇筑，最后再借助起重机垂直加水平运输至左侧分序完成斜坡段浇筑，每个部位的浇筑均需要跳仓浇筑来完成，设备需要多次重复进行搬运、周转，辅助工作占据的比例较多；相比而言全断面混凝土衬砌机利用机身皮带机将混凝土料布料至各仓面内，及摊铺、振捣一次成型，厚度通过导轨铺设时测量计算控制，后期混凝土初凝后需要及时切割伸缩缝。

3.2 质量方面

滑模衬砌主要依靠人工进行仓面布料、振捣、控制卷扬机的提升速度等，主观因素较多，渠道外观平整度尤其是面板衔接处存在一定欠缺，局部存在漏振的情况，强度不够均匀。全断面混凝土衬砌机将混凝土仓面布料、平仓摊铺、振捣等工序融为一体，机械化施工程度较高，混凝土振捣充分，强度能够保证，断面整体一次性成型能更好的提高外观质量。

3.3 进度方面

滑模衬砌每个作业班组配备5 个施工人员，跳仓法浇筑平均每天衬砌成型约20 m，同时由于渠道左岸无施工道路，浇筑时只能依靠起重机吊装混凝土输送至左侧仓面，施工人员起主要作用，作业强度较大。

全断面混凝土衬砌机每个作业班组配备5 个施工人员，平均每天全断面衬砌成型70 m，施工人员主要起辅助性作用，作业强度适中；后期混凝土初凝后要及时切割伸缩缝，一个班组需配备2 人，1 台切割机，1 台小型发电机，每天切缝12 条左右（需注意必须混凝土初凝后及时进行切割，否则切割效率将大大降低）。设备自重大，跨越渠系建筑物时搬运困难，拆装周期长，适宜直线段较长的且中间建筑物较少的部位。

3.4 经济方面

全断面混凝土衬砌机造价约10 万元左右，工作效率是传统滑模衬砌的3 倍左右，可大大缩短施工时间，人员工资和管理费等可大幅减少，但衬砌机是根据渠道断面量身定做，重复利用率不高，特别适用于工期要求紧的工程项目。滑模衬砌设备造价约4 000 元左右，但工作效率低，且渠道左侧边坡施工时需要采用起重机吊装混凝土，后期施工成本投入大，人工工资和管理费较高，且工期长。

4 结论

全断面混凝土衬砌机适宜在渠道断面变化不大、直线段较长、渠系建筑物较少且工期较紧的情况下使用，可以大大提高工作效率，缩短工期。在渠道断面变化大且渠系建筑物较多的情况下可选用传统滑模施工工艺技术。

在西范灌区东扩工程一级总干渠渠道施工中，利用弧底梯形全断面混凝土衬砌机施工工艺，充分展现了浇筑速度快、外观质量优良率高等优点，减轻了作业人员的劳动强度，提高了施工效率。弧底梯形全断面混凝土衬砌机经申报已获得国家实用新型专利，工程实践中总结形成的施工工法获得水利部部级工法。

综上所述，全断面混凝土衬砌机可实现了弧底梯形渠道混凝土衬砌的连续作业，提高了渠道的整体外观质量，能够使渠道的弧底段与斜坡结合平顺、光滑，避免了滑膜衬砌人工操作过程中出现漏振从而发生的麻面的等质量问题，而且极大地提高了施工速度，减少人工作业，相比较总体施工成本降低，同时可减少施工设备卷扬机的投入以及其它施工材料来回调动机械的投入，避免了人机交叉作业，安全隐患降低，且具有操作简单，维护方便等优点。该施工技术在类似的工程施工中具有很好的推广价值。