李明
汉中市石门水库管理局
摘要：结合南水北调中线一期工程总干渠温博段第三施工标段工程渠道机械化衬砌的施工实践，对渠道机械化衬砌技术的施工工艺要点进行说明，介绍了几种衬砌设备的机械性能特点及应用条件，为大型渠道机械化衬砌施工提供参考。
关键词：渠道机械化衬砌技术，施工工艺要点，衬砌设备
1 前言
南水北调工程中线以明渠自流为主，砼衬砌的渠道工程量大。大型渠道机械化衬砌技术则是南水北调工程建设的关键技术，熟悉大型渠道混凝土衬砌工艺，选用合适的衬砌设备，掌握渠道机械化衬砌技术，以取得高质量的渠道衬砌混凝土，是我们在大型渠道机械化衬砌施工研究的课题之一。
南水北调中线一期工程总干渠温博段第三施工标作为国家的战略性工程，工期紧、任务重，我有幸参与这一世界瞩目的项目并参加了温博段第三施工标的施工，对大型渠道机械化衬砌技术的应用进行了有益的探索。
2 工程概况
温博段是南水北调中线一期工程总干渠Ⅳ渠段（黄河北～羑河北）的组成部分，位于Ⅳ渠段的最南部，黄羑段总共分有9个设计单元，温博段是黄羑段的首段。地域上属于河南省焦作市的温县和博爱县。渠段南起温县南张羌乡马庄村，与总干渠穿黄工程末端S点相接，北端止于博爱大沙河左岸约700m处，与焦作1段相接，全长 28.5km，扣除其中作为另一设计单元的沁河渠道倒虹吸工程段 1.38km后，温博段总长为27.12km。起点总干渠设计桩号为Ⅳ0+000，终点设计桩号为Ⅳ28+500。
温博段全长27.12km(不包括沁河渠倒虹工程段)，其中明渠长 25.833 km，建筑物长1.287km。明渠段中渠道全挖方段长约 4.411km，半挖半填段长约 21.422km。渠道最大挖深约9m，最大填高约6m。渠道过水断面呈梯形，设计渠底宽度为 17.0～22.0m，渠道内一级边坡系数相应为 2.75～1.75，设计纵坡为 1/29000。
本标段为温博段第三施工标段，设计桩号为Ⅳ22+000～Ⅳ28+500， 标段长度6.5km。渠道过水断面为梯形断面，内坡一级坡为1：2.0，挖方渠道一级坡以上边坡略陡于一级坡，填方及半挖半填渠道外坡为1：1.5～1：2.0。起点渠底高程为99.438m，终点渠底高程为98.892m，渠道纵坡为 1/29000, 设计底宽为 21m～22m。全渠段采用砼衬砌，渠坡厚度10cm，渠底厚度 8cm。砼衬砌强度等级为 C20，抗冻标号F150，抗渗标号W6。全渠段采用复合土工膜防渗。在渠底及渠坡防渗复合土工膜下均铺设保温板防冻层。
衬砌施工开始前首先进行生产工艺性试验，然后按照确定的施工参数全面施工直至结束。
3 施工工艺控制要点
削坡及基底→自排排水系统集水暗管粗砂铺筑→渠道砂砾石垫层→铺保温板/土工膜→机械化混凝土衬砌→抹光→混凝土分缝→混凝土养护
3.1 削坡及基底
削坡由人工配合带刮板的液压挖掘机进行，以人工精修为主，削坡后的平整度不大于1cm/2m。
削坡质量的好坏，直接关系到保温板、土工膜的铺设质量，进而影响混凝土的衬砌质量。质量控制要点：设置适当的坡面控制测量网络，测量网络间距以不大于4×4m为宜。
渠底精平由平地机进行，边角部位辅以人工，渠底整平后，再进行原面碾压。
3.2 自排排水系统集水暗管粗砂铺筑
人工按设计尺寸开挖沟槽，开挖成型后人工先铺设5cm厚粗砂；集水暗管铺设完成后，回填粗砂至设计高度后开始洒水，到表面有积水为止，停2小时后采用φ30振捣棒捣实，捣实标准为砂料不再下沉，然后缓慢拔出。振捣布置形式为集水暗管两侧平行对称振捣，间距30cm振捣再将粗砂补充至设计高程，表面采用ZW-7型电动夯板分别夯实2遍。
渠道自排排水系统集水暗管结构如下图所示（图中标注尺寸单位为mm）。
.png)
3.3 渠道砂砾石垫层
渠道IV22+047.6～IV24+367渠坡砂砾石垫层厚度为10cm，渠底砂砾石垫层厚度为20cm，其余渠道渠坡、渠底砂砾石垫层厚度均为20cm。砂砾料虚铺厚度11.5cm～12cm，将砂石料摊铺机调整至虚铺面高度，20t自卸汽车将合格的砂砾料运至施工现场，Z10装载机卸入摊铺机铺筑。砂砾料采用夯实机夯实，夯实机电动夯板功率1.1KW，垂直于渠道轴线夯实，每次压夯上次0.5倍夯板宽度，自下而上分别夯实4遍。
3.4 铺保温板
保温板为聚苯乙烯泡沫板，现场人工拼装铺设。铺装前应挂好面板控制线，铺设板面平整、无凹凸面，板间无错台、拼缝严密。保温板沿渠道轴线方向有序错缝铺设。铺设自下而上进行，边铺设边固定。固定材料采用U形钢钎，梅花型布置，钢钎嵌入保温板内，以防止破坏上层土工膜；其中砂土区钢钎长度28cm，粘土区钢钎长度18cm。
3.5 复合土工膜
铺设前清除铺设面的一切杂物，保证铺设面清洁、无污物；土工膜铺设平整，沿水流垂直方向铺设，压茬上游边压下游边，用坡顶、坡脚侧模压紧定位，以防土工膜鼓包、下滑；土工膜的搭接接缝不得在同一位置，错缝50cm。
土工膜的接缝利用两侧预留的10cm宽光面膜，采用TH-501型专用热焊机进行双焊缝搭接焊接，焊接温度根据天气情况控制在250～380℃，焊接速度2～4m /min，焊缝宽度单缝宽1.0cm，双缝间空腔1.0cm，焊接接缝平缓、舒展，无虚焊、过焊。
焊缝检测现场采用充气法对双缝间空腔充气加压，充气压力值控制在0.15～0.2Mpa，保持1-5min内压力值无下降即为合格。若压力值达不到标准值，即对焊缝进行全面检查，对脱焊、过焊部位进行补焊或热吹修补，直到符合要求的标准值。
土工布缝合采用手提缝包机，将土工布铺平、搭接对齐后进行缝合。缝合时，针距控制在6mm左右，连接面应松紧适度、自然平顺。
3.6 混凝土衬砌的施工
3.6.1 混凝土的拌制、运输
混凝土的拌制采用HZS-60型拌和站进行拌制，混凝土配合比、拌制时间按工程师批准或规范进行。混凝土出机后，质检员对拌和物按不同型号衬砌机的要求对塌落度进行检测。混凝土运输采用6m3/8m3混凝土搅拌运输车运至各衬砌作业面，在运输过程中保持运输车罐体低速运转，以防混凝土出现分离、泌水现象。
3.6.2 混凝土的浇筑
混凝土运至衬砌作业面在入机布料前，质检员再次对混凝土拌和物进行塌落度检测，防止混凝土在运输过程中塌落度的损失，以满足不同衬砌机工作性能的要求。混凝土衬砌机工作前，先复核行走轨道高程，调整机架坡比、高程，复核无误后启动衬砌机。利用衬砌机布料系统的布料车或螺旋布料器将混凝土均匀输送到渠底、坡面、坡顶渠肩处，利用振动成型系统进行振捣密实、成型压面、提浆，人工配合抹面。
过程控制要点：
1）根据华洋HTP-1渠道混凝土数字化自动摊铺机性能，砼一次铺料宽度2m,根据其它工程经验，铺料厚度取11cm，用测量仪器调整摊铺机至铺料厚度，自下而上摊铺；
2）HTP-1型摊铺机振捣频率为0～1200Hz，边摊铺边振捣，自下而上一次性摊铺振捣完成，铺料应饱满，局部缺料的地方人工进行补充。坡脚齿槽砼采用Φ50振捣棒振捣。局部边、角摊铺机振捣不到的地方，采用Φ20或Φ30振捣棒振捣；
3）摊铺机边摊铺边振捣，一遍成型，摊铺机行走速度2.5-3.5m/min，确保混凝土密实度；
4）抹光机抹面及人工收面时间以浇筑成型2小时左右为最佳时机，以确保混凝土表面的外观质量；
5）采用随机抽样取芯的办法，检查混凝土浇筑成型的厚度及密实度。
3.7 混凝土抹光
砼浇筑完成后，停置2小时左右为最佳时机，开始进行抹光。先用抹光机自下而上、自上而下分别提浆抹光，然后人工进行抹光。首次抹光自下而上进行，抹光机每次移动间距为2/3抹盘直径。机械抹面在砼浇筑完成1.5小时开始抹面；第一遍和第二遍连续进行，间隔约0.5h后，进行第三遍和第四遍抹面。抹光机行走速度：9.2m/min左右。
机械抹面完成后，人工收面紧跟进行，人工收两次面，间隔时间约1.5～2h，确保在初凝前完成最后一遍。局部边、角等抹盘抹不到的部位，人工抹面，采用木抹子抹两遍，钢抹子抹三遍。
3.8 混凝土切缝
渠道衬砌混凝土设计上分缝为：纵缝、横缝，缝间间距4m。纵缝为半缝，10cm板厚缝深7cm，缝宽1.0cm；横缝为通缝、半缝，通缝12m一道，10cm板厚缝深9cm，缝宽2.0cm，半缝4m一道，10cm板厚缝深7cm，缝宽1.0cm。
为便于机械化衬砌施工，混凝土的分缝均采取人工切缝机切缝，切缝时必须控制好切缝的深度，避免破坏底部防渗、保湿层。切缝完毕，及时清理冲洗缝间松散杂物，保证缝内清洁。
掌握好切缝时间则很重要，过早容易损伤、掉角，过晚达不到分缝的作用，混凝土易出现裂缝。一般切缝顺序：先切横缝，再切纵缝；先切通缝再切半缝。在混凝土浇筑24小时后开始切缝，在48小时内要完成切缝。切缝机行走速度：纵缝0.83 m/min（平行于渠道轴线），横缝1.3 m/min（垂直于渠道轴线）。
3.9 混凝土养护
渠道机械化衬砌施工，一次浇筑成型量大，混凝土外露面多且衬砌厚度较薄，为保证新浇筑混凝土的初期强度，避免混凝土表面出现干缩、裂缝，混凝土人工收面结束后，尽快采用塑料薄膜覆盖，加盖养护土工布，定期专人洒水养护，特殊气候条件下，还可喷涂养护剂，使混凝土存水保湿。
4 渠道衬砌机性能特点
4.1 渠道衬砌机械化现状
大型渠道混凝土衬砌机械化成型设备包括渠坡修整设备、垫层摊铺及压实设备、振动碾压成型设备、自动切缝设备等系列设备，该系列设备可完成从渠道边坡的修坡一直到混凝土的切缝等渠道混凝土衬砌的所有工序，真正实现渠道衬砌施工的机械化。该系列设备于2005年年底开始推广，而在此之前我国在这方面的技术尚属空白。
渠道机械化衬砌技术在国外发展已有几十年的历史，国际上大型渠道衬砌设备的生产厂家主要有意大利、美国、德国等公司，他们的产品大都采用燃油机为动力，集机械、液压和自动化为一体，而我国从2003年由国家立项开始研究大型渠道衬砌设备。短短几年里，在引进、消化国外技术设备的基础上，自行研制出了具有自主知识产权的衬砌系列设备，并在南水北调工程上推广应用，并在推广应用过程中加以优化完善。
4.2 渠道衬砌机机械性能
根据工程需要，项目部配置了两种类型的坡面衬砌机、一种渠底衬砌机。坡面衬砌机分别是：PH系列衬砌机和PMCQ650系列衬砌机。渠底衬砌机是PMCQ650型坡面衬砌机改装机型，性能特点与坡面衬砌机相似。
PH系列衬砌机包括PHB—23000C渠道坡面振动布料机和PHZ—23000C渠道坡面自动振捣成型机以及混凝土抹面台车三部分。布料机采用螺旋输送器布料，配备插片式振捣器振捣，振动成型机主要由振动辊轮组成。该系列设备技术可靠，设计合理，维修方便，布料速度快，混凝土成型面平整。
PMCQ650系列衬砌机集混凝土布料、摊铺、振捣、碾实、轧光等功能于一体，实现了功能一体化，机体轻便，操作简单，移动方便，成本低廉。大部分设备备件为通用型号，便于更换维修。
4.3 渠坡衬砌机性能参数表
渠坡衬砌机性能参数表
.png)
5 结语
南水北调中线工程干渠全长1420公里，温博段第三施工标段工程仅为中线工程的一部分，在渠道衬砌施工中，采用大型机械化衬砌设备，已经成为渠道衬砌砼施工质量良好控制的必然选择，我们有幸在温博段第三施工标段工程参与渠道机械化衬砌的施工实践，将为其他类似项目的渠道砼衬砌机械化施工起到借鉴和参考作用。