南水北调坡面衬砌施工机械

南水北调坡面衬砌施工机械

摘要：南水北调中线渠道衬砌要求采用机械化施工，本文分析国内外各种渠道衬砌机的特点及应用，主要介绍了河北省水利工程局研制的排振滑模式坡面砌筑机结构及特点。

关键词：衬砌机械化 排振滑模

1. 概述

2002年开工建设的举世瞩目的国家重点工程——南水北调工程，渠坡砌筑工程量之大，世界罕有，仅中线就达1200公里之多。同时，南水北调工程对质量要求很高，很多标准超过现行国家和水利行业标准。为保证渠道混凝土施工工期和施工质量，所有参建单位均承诺施行机械化施工。因此，选择适宜的衬砌设备成为各施工单位必须面对的一个问题。

2. 国内外生产厂家

目前，国外生产的渠道衬砌设备有美国的高马克（GOMACO）公司、意大利的玛森萨（Massenza）公司、美国的G＆Z公司、美国的拉克•汉斯（Racho•hasson）公司和德国维特根公司的设备。但以上国外设备动辄上百万美元，存在造价高、生产周期长、使用成本高、运行维护费用大等问题。

国内有多家渠道衬砌机生产厂，但于2009年得到南水北调中线建设管理局认可的厂家只有有四家，包括有山东省调水工程技术研究中心研制开发的振动滑模衬砌机、山东蒙荫产的渠坡衬砌机、北京华洋建设开发公司研制的HTP-1水渠混凝土数字自动化摊铺设备和河北省水利工程局生产的排振滑模式坡面砌筑机。这几个厂家制造生产的渠道衬砌机有相似点也有不同处，都采用振捣设备和找平装置，但振捣设备有采用振捣棒的、有采用平板振捣器的、还有二者皆用的，找平装置有滑模、有碾压滚；价格相差也很多，多的有二百多万人民币，少的几十万。下面分别介绍这四个厂家生产的衬砌设备的各自特点，其中河北省水利工程局生产的排振滑模式坡面砌筑机造价最低，我主要介绍一下。

3. 排振滑模式坡面砌筑机主要功能和组成部分

排振滑模式坡面砌筑机是河北省水利工程局自主研制的，为满足本单位南水北调中线中标的施工标段渠道衬砌机械化施工要求而研制的，经过不断改进并得到推广的渠道混凝土坡面衬砌设备。

3.1主要功能

排振滑模式坡面砌筑机是由河北省水利工程局为解决本单位在南水北调中线施工标段渠道混凝土衬砌施工而研制的，集受料、运料、布料、铺平、提浆、

出面等多个功能为一体的成套衬砌设备，将混凝土斜坡布料、摊铺整平、振捣、提浆、找平、行走等功能集中设计与整体机架上，实现了功能一体化，适应渠道坡度较长，适合连仓浇筑与跳仓浇筑。

3.2主要组成部分

排振滑模式坡面砌筑机主要由上料辅机、主机、皮带输送机、分料刮浆装置、摊铺振捣装置、行走机构、摊铺振捣装置、滑模、升降机构及电气系统组成，见下示意图。

1.主机桁架2.皮带输送机3.卸料刮浆装置4.行走机构

5.摊铺振捣装置 6.滑模7.升降机构 8. 电气控制室 9.辅机

排振滑模式坡面砌筑机示意图

4. 排振滑模式坡面砌筑机主要特点

4.1功能集中

排振滑模式坡面砌筑机将混凝土布料、摊铺整平、深层振捣、碾实、表面提浆、找平、轧光、行走等功能集中设计与整体机架上，实现了功能一体化，连续性强。

4.2采用排振滑模振捣方式

砌筑机振捣采用排振滑模式，在3m方向上均匀布置多根振捣棒。振捣棒选用AT49型电动自振震捣器，布置见下图

振捣棒布置示意图

该设备利用多个自振式振捣棒组成振捣排进入混凝土内，对混凝土进行深层振捣和表面提浆，保证了混凝土实体密实度和表面浆液丰富。

4.3垂直轴线方向布料

砌筑机采垂直轴线方向布料，每次布料宽度等于混凝土分缝宽度，解决了顺轴线方向砌筑设备无法跳仓浇筑的难题，可减少混凝土切缝工作量，同时解决了坡面混凝土因切缝不及时面造成的应力裂缝问题。

4.4布料系统实现无极变速

布料系统采用变频调速，布料速度可在0～3m/min内任意调节。这样可以调节振捣棒在混凝土内的行走，可对不同配比、不同塌落度的混凝土振捣时间进行调节。布料一般控制在1.5m/min，回程时速度可调至最大，减少等待时间。

4.5主皮带机采用分料刮浆装置配合水平绞笼均匀布料

主皮带机用分料刮浆装置将混凝土物料通过两侧缓浆器将混凝土输送至料仓内，再通过水平绞笼将混凝土在3m范围内均布。

分料刮浆装置可将混凝土分为两部分向两侧输送，通过缓浆器均匀分布到水平铰笼两端，再通过铰笼将混凝土由两端向中间推送，这样可减少水平绞笼输送混凝土距离，降低混凝土产生骨料分离的可能性。水平铰笼装置由于两端螺旋叶片的旋转方向不同，通过电机正转和反转，实现混凝土物料在摊铺系统料仓内的水平正反向移动，使混凝土物料在摊铺范围内均布，作到整个工作面不出现缺料。

5. 排振滑模式坡面砌筑机效果分析

1．具有构思新颖、结构合理、功能多样、性能优越、适应性强、体积小、耗能低、可靠性能高，适合南水北调渠道施工项目的渠道混凝土衬砌；

2. 采用滑模排振系统，振捣时效果好，混凝土衬砌密实度高；

3．布料系统采用变频调速，可适用于不同配比、不同塌落度的混凝土砌筑；

4.机架采用多节组合式连接，可灵活改变机架长度以满足不同坡长需要。拆装方便，适用于建筑物较多需多次倒运的渠道项目工程；

5.可跳仓衬砌，减少割缝工作量（指每12m通缝），降低了施工成本；

6.使用排振滑模式坡面砌筑机，减少了人员，提高了渠道施工机械化成程度，大幅度提高了工作效率，加快了施工进度，排振滑模式坡面砌筑机的使用为南水北调工程如期完工奠定了基础。

7.排振滑模式坡面砌筑机将混凝土布料、摊铺整平、深层振捣、碾实、表面提浆、找平、轧光、行走等功能集中设计与整体机架上，实现了功能一体化。对渠道混凝土尤其是斜坡面混凝土布料能达到理想的整平度、密实度及光滑度，渠道断面尺寸准确，保证了渠道混凝土工程施工的质量。

8.排振滑模式坡面砌筑机的主要性能指标均达到国外同类设备技术水平，同时价格低，大幅度降低使用成本。

5. 其它型号衬砌设备

5.1山东省调水工程技术研究中心研制开发的振动滑模衬砌机（SCFM型）

由山东省调水工程技术研究中心研制开发的振动滑模衬砌机主要由混凝土皮带布料系统、混凝土振捣密实系统、混凝土成型压光系统及电气自动平衡系统等组成。

山东省调水工程技术研究中心研制开发的振动滑模衬砌机在这四家设备中自动化程度最高，采用顺轴线方向布料，衬砌速度快，相对造价高。其振捣系统采用8套CP4T-4型优噪音插入式振动棒用变频机组，每套机组可带动4台高频自振式振捣棒。

5.1山东蒙阴生产的渠道渠坡衬砌机

山东蒙阴生产的渠道渠坡衬砌机由PHB型坡面混凝土振动布料机和PHZ系列坡面混凝土振动成型机两部分组成。其布料机主要工作部分为混凝土螺旋输送器、板式振捣器、行走及电气操作系统；成型机部分工作部分有两部分，螺旋布料器将混凝土布设均匀，振动辊起到整平、提浆、密实作用。但其布料系统混凝土螺旋输送还需要解决在较长坡面时可能产生的混凝土骨料分离现象。

5.3北京华洋建设开发公司研制的HTP-1水渠混凝土数字自动化摊铺设备

HTP-1水渠混凝土数字自动化摊铺设备主机架分两体，采用钢网架结构，工作系统在两机架中间。其特点是混凝土塌落度适应范围广，可跳仓施工，减少混凝土切缝工作量。

5. 总结

随着南水北调中线工程的不断进展，刚开始阶段的多种多样的衬砌机现象已经改变，有一些设备已被淘汰，现在由南水北调工程中线局认可的几种渠道衬砌机基本能满足工程要求，各标段应根据自身特点进行选择。

参考文献： 1．南水北调工程建设专用技术标准《渠道混凝土衬砌机械化施工技术规程》NSBD5-2006

2．南水北调工程建设专用技术标准《渠道混凝土衬砌机械化施工操作指南》

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。