渠道削模襯砌技術在涇惠渠灌區中的應用

程 維

（陜西省涇惠渠灌溉中心,陜西 三原 713800）

1 涇惠渠灌區基本情況

涇惠渠灌區位于關中平原中部地帶的陜西三原縣,其前身屬于史上著名的“鄭國渠”,經過一代代的發展,灌區現已擴展到西安、咸陽、渭南三個城市的高陵、臨潼、三原、富平等多縣,共覆蓋145.3 萬公頃的耕地,屬關中地區的Ⅱ型灌區,由涇河引水而成,下轄16 個管理站,2 個管理處,7個局屬單位。主干、分支、斗及渠道全長為3618.03 km。為進一步發揮灌溉對國家的服務職能、積極發揮灌溉工程的戰略性引導效應,近年來積極開展灌區改造工程,改造渠道已完成2818.36 km,占總規模的78%,灌區渠道改造工程目前仍在積極進行中。

2 灌區渠道襯砌的機械開挖削模技術應用

2.1 主要目標

從改變渠道襯砌中最費時、費力的人工削模著手,結合運用 U 型截面襯砌機,發揮機械化水平,將渠道襯砌改造從清表、清淤到竣工的渠岸培土區間的所有工序都采用機械化施工,開展機械為主、以人工為輔的施工方式,實現灌區渠道襯砌機械化、系統化,節約施工期間大量的人力、財力和施工時間,也有效避免人工操作失誤問題。

2.2 主要技術要點,創新之處

本施工技術削模初期是采用反鏟式挖機利用定型挖斗來實現,而土模品質的好壞,很大程度取決于挖掘機駕駛員的操作技術水準、機械化操作的熟練程度,因此必須挑選能力過硬、具備一定工作經驗的駕駛員來完成,并安排現場指揮人員與挖機駕駛員密切配合。另外,在全斷面回填后使用刮平機對回填土面進行刮平處理,并使用紅外定位裝置對其進行定位,解決了以往傳統的木樁掛繩法可能存在的誤差,實現了在沒有人指揮的情況下,仍可實現開挖斷面精度高、口線直的施工效果。

2.3 主要施工方法分析

依照渠道的設計截面尺寸,選擇反鏟挖掘機的型號,并根據斷面設計來加工定型挖斗以及襯砌機,將以前在渠道改造過程中,在機械清表、清淤及清理腐植土之后,使用人工分層回填、人工削模的低效率施工模式,轉變為機械清表、清淤以及全斷面回填土,利用壓路機分層碾壓達到設計高度,并通過現場布置控制軸線,保證施工精度,這種以機械為主的施工技術可以實現快速開挖、高精度、高機械化。

（1）在渠道進行襯砌之前,將挖土機的鏟斗替換掉,并利用結合斷面尺寸自行加工的鏟斗,根據設計的軸線方向進行全斷面開挖,這樣挖出的斷面邊線平順,偏差不超過2 cm。之后經過實測檢驗,達到規定的標準后,由監理人員復核驗收。經過對比,確定渠道底寬、坡比、開口寬度、深度等開挖尺寸滿足設計規范要求后,確認基面驗收合格,再進行接下來的施工。

（2）在上一道工序驗收合格后,將襯砌機移至施工現場。在襯砌以前,首先要以渠道的截面尺寸和襯砌機寬度為依據,來確定兩側行走寬度和安裝的高度,并按照適宜的軌道,軌道采用槽鋼,鋪設在已開挖形成截面的兩邊。在安裝完畢之后,對軌道線路走向和高度進行檢查,檢查并確定其正確與否,在確定之后,使用汽車吊把襯砌機吊到設計的位置,并進行設備校驗,保證設備和開挖面之間的距離能夠達到設計的渠道襯砌厚度的要求。

（3）先在渠道斜面和渠道底部噴灑潤濕水,防止砼襯砌帶來的水分流失,從而對襯砌質量造成不利的影響。C20 襯砌混凝土在拌和站進行拌和,再經過試驗室內的檢驗,確定混凝土的各個技術指標都達到了設計及規范的要求之后,再使用混凝土攪拌車,經過沿渠道的施工公路運輸到工作面。在襯砌機械和混凝土混合車間之間的砼的輸送可以通過延長攪拌車的下料孔長度來實現,將從攪拌車上的混凝土從攪拌器下料孔中直接送入到襯砌機械的料倉中。

（4）在襯砌機進料倉中的混凝土快要裝滿時,起動牽引系統、布料以及混凝土攤鋪振動系統,使襯砌機沿著布置好的軌道前進,同時,混凝土攪拌車也一同啟動,保證不間斷地提供混凝土,使其不間斷地構成襯砌面,并在混凝土未凝固之前,對襯砌成形中出現的一些瑕疵進行人工修補。

（5）在渠邊、渠底襯砌完成后,根據設計中每5 m 切割一條裂縫,切割出2 cm 寬度的建筑裂縫。裁剪后緊跟人工修鄭,保證了流水線的施工操作。

（6）在每隔50 m 的距離,將Φ50 mm 鋼筋插入溝槽底部以及Φ10 mm 的鋼索,通過襯砌機尾上的卷揚機,拖拉著襯砌機設備均勻地沿著既定路線向前行駛。

（7）在進行完最后一次抹面后,應立即鋪上土工織物,并噴灑清水維護,以保證施工完成后的質量,維護14 天后,再對伸縮縫進行填充以及壓頂回填。

2.4 質量控制及注意事項

（1）在渠道襯砌之前,需要測量員對現場根據施工設計進行相關尺寸的復核,做到精確定位及放線,然后由施工方根據定位點、控制點進行施工,保證施工精度。

（2）在施工時,施工作業人員要與測量人員一起檢查渠槽的底部寬度、高程、坡度比、開口大小以及襯砌機械運行軌跡的走向和高程等,以保證截面尺寸和襯砌精度。

（3）渠道在開挖成型后要經過監督人員的檢查,如果沒有達到要求,就不能繼續進行下一步的工作。在施工過程中,每臺襯砌機的行進路線及導軌的高程,都要經過現場實測,并由專業的質檢人員檢查后,才能施工。

（4）實驗室在規定的期限內,對內襯的混凝土進行采樣和檢驗,以保證混凝土的品質。

（5）對攪拌站稱重裝置做好計量校驗工作,保證計量的準確性；加大對裝置的維護力度,確保襯砌過程中,裝置能夠運行正常。

（6）確認襯砌機的斷面與渠道剖面是否保持一致,和地基及混凝土的接觸部分是否平整,并確認振搗裝置、牽引系統運行是否良好。

3 技術應用成效

以上施工技術已在涇惠灌區2016 續配（Ⅱ）九支分渠及四支分渠改造工程中進行了試驗并獲得了成功,有效提升了灌區渠道工程的自動化施工水平與灌區工程的施工特點及要求相匹配,實現了縮短時間、節約資金、保證質量、施工效果美觀的目的。

以涇惠渠2016 續配Ⅱ四支分渠改造工程為例,其設計改造長度為7500 m,使用傳統的人工與基于機械削模的全斷面回填機械拉模成型技術相比,在時間成本、經濟成本、施工效果方面具有如下差異。

（1）傳統的人工配合機械施工

采用排水-除草-機械除泥清淤-回填-手刨模-跳倉砼澆注-渠岸整修。時間成本：根據工程的劃分和各個步驟的嚴密、連續進行,結合以往同類工程人工施工模式的經驗,對時間成本進行推算,預計總的工期為75 個工作日。經濟成本總成本共計約525萬元。成效方面：回填土的壓實性不夠好、手工裁剪模板有很大的偏差、口線不直、混凝土表面不平整、振搗也不均等。

（2）斷面回填機械拉模

排水—除草—機械出泥清淤—全斷面土體回填—機械挖?！r砌機拉模。時間成本：在四條分支渠道中進行了實際的建設,實際建設周期是43 個工作日。共花費300 萬元。成效方面：成形的幾何大小均勻、線面光滑平整、振動均勻一致、外形美觀。

傳統人工模式預計75 個工作日,機械削模用時為43 個工作日,可節省32 個工作日。同時,還節省了225 萬元的經濟費用,可以看出,該設備的優越性要超過常規人工施工方式。

機械削模技術可有效克服人工作業中的弊端,通過機械設備的應用,極大提高工作效率,適用于大中型灌區停水間隙期間的斷面渠道襯砌工程。該技術能夠逐步拓寬更大的截面,形成多種的形態結構,并將挖掘和襯砌一體串聯,實現高效一體化施工,同時也適用于灌區短期停水間隙對末級渠道改造施工。

4 未來展望及技術推廣

4.1 未來展望

全斷面回填機械拉模成型技術經工程實踐應用取得了理想的施工效果,但這一技術還有待進一步改進升級,使其更加易于操作,自動化、智能化,力爭在今后的各類截面形狀及大小的渠道襯砌改造中,得到更多的推廣應用。對進一步升級該技術的未來構想是運用隧道盾構機的原理,將土方開挖與襯砌設備相融合,形成一種將土方開挖削?！乓r砌成型—伸縮縫施工于一身的綜合性挖掘襯砌裝備,實現對渠道襯砌改造的全線自動化。并進一步提升挖掘襯砌機（設備統稱）的智能化水平,在純機械設備的系統中加入計算機系統,使該設備可以實現集中控制、遠程控制,從而真正地實現通道襯砌的全機械化、智能化。將來,還會在裝置上增加紅外線定位裝置,并通過施工現場加入軸線控制線,使得它的位置更加準確,誤差控制在10 mm 以內。

4.2 技術推廣

該技術的推廣預計可以將原本以人工削模為主的總削模時間降低43%,顯著地減少了工程成本,最高可降低50%的成本,是一種值得在灌區水利工程中使用并推廣的施工新技術和新工藝。該技術普遍適用于關中地區及類似地質情況的渠道襯砌改造工程,具備普遍性、實用性。

5 結語

綜上,針對傳統人工為主的渠道襯砌作業工作效率低、成本高等弊端,提出一種基于機械開挖削模的全斷面回填機械拉模成型技術,目前此項技術已經完成試驗基礎階段,并通過涇惠灌區的工程實踐應用,實現了對技術的初步驗證。并在實際工程及試驗場地不斷完善和修改,不斷提高設備的可操作性及精度要求。此項目前期理論得到充分肯定,初期已經在實際工程中得到應用,項目的可操作性真實有效,正在進一步完善和攻克階段,推廣意義深遠,研制成功后市場前景廣闊。