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关键词：南水北调 渠道 砂砾料铺筑 铺砂机
中图分类号：TU472文献标识码： A
摘要：南水北调中线工程渠道断面大、边坡长，渠坡结构层有20cm砂砾反滤层，通过对HHJG-1型渠道铺砂机的研制，整合上料输送系统、布料摊平系统、振压夯实系统于一体，使得砂砾料上料、摊铺、整平、夯实多道工序连续作业一次完成，提高了工作效率，加快了施工进度、保证了施工质量比采用人工铺筑极大的节约了施工成本。
我国南水北调工程通过跨流域的水资源合理配置，大大缓解北方水资源严重短缺问题，促进南北方经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。中线一期工程引水主体为明挖渠道，渠道结构层由底至过水面多为排水系统、反滤层、保温板、复合土工膜、混凝土面板等，其中渠道20cm反滤层采用砂砾料进行铺筑，因渠道坡长大部分在20-33.4m之间，人工铺砂、整平、夯实已经无法满足现行施工进度、质量要求，而且随着人工费大幅上涨，靠人工铺筑将是一笔巨大支出。
1.研制背景
黄河建工集团有限公司承建的潮河段六标为总干渠中线一期工程，位于郑州航空港区，标段全长8km, 渠道深度8.5m～9.15m，坡长22.87m～33.34m。渠道结构设计由底层至过水面依次为:软式透水管及单向排水阀等渠道自排水结构布置、20cm厚砂砾料、2(3)cm厚聚苯乙稀保温板、600(800)g/m2的复合土工膜、10cm厚砼面板。其中20cm砂砾料采用连续级配，粒径小于0.075mm的颗粒含量不超过5%，最大粒径小于20mm，要求不均匀系数Cu>5，曲率系数Cc=1-3满足滤土、排水要求。
施工中砂砾料在1：2-1：3.5的渠道边坡进行铺设、摊平、振动压实，压实后相对密度不小于0.75，表面平整度≤10mm/2m。传统施工方法采用人工铺设、整平、小型机具振动压实，但需要投入较多人力且施工进度缓慢，施工精度也无法保证。本标段全长8km,加上当前人工费用上涨，仅铺砂所需人工费用一项就会造成施工成本的巨大增加。鑒于以上情况，公司自行研制加工了HHJG-1型渠道铺砂机。
2.铺砂机结构装置及作业原理
HHJG-1型渠道铺砂机主要由主机结构、横向移动、上料输送系统、布料系统、摊铺夯实系统等组成。主要技术参数：主机尺寸：长20-33.4m,宽1m，高0.9m。上料斗尺寸：上口宽1.9m,下口宽0.5m,深1m。输送皮带：宽65cm；平板振动器：30kw；螺旋滚轴：Ф20cm，长1.6m；整机功率：50kw；行走速度：0-4m/min；生产效率：500-800m2/台班
2.1主机框架
主机框架在铺砂机工作中主要承受上料、输送、布料等系统部件重量，各作业系统的运行平台。普通桁架结构形式在短渠坡中可以满足刚度要求，但在长渠坡中同一种截面形式容易造成铺砂机主架结构较大的挠度变形。HHJG-1型铺砂机主机结构主要由方钢组成，四角采用4根60×100矩形管，四周立、斜撑采用40×60方钢。由于跨度大，挠度变形影响容易造成框架中部向下弯曲，为确保下部水平采用双斜桁架结构形式以提高主机结构抗变形能力保证砂砾料铺筑过程的稳定运行和施工精度，根据设计指标砂砾料平整度要求误差在20cm±2cm,实际施工中经检测平整度均满足施工要求。
图1：铺砂机结构示意图
2.2横向移动
铺砂施工过程中沿渠道水流方向设铺砂机的横向移动系统，主要有主框架端部可调节支撑及横向轨道。横向轨道与衬砌机共用同一轨道装置，形成铺轨——铺砂机铺筑——衬砌机衬砌流水作业。
2.3上料系统
上料时在铺砂机顶部设上料斗，由小型铲车上料，经输送皮带将砂砾料输送至卸料口，布料斗沿铺砂机上部纵向轨道利用卷扬机钢丝绳牵引控制，行走至需卸料处进行布料。砂砾料由上料斗进入输送皮带后，布料斗可以选择由上向下移动布料和由下向上移动布料，施工中为避免出现皮带机送料不均，布料斗优先选择由下向上移动进行布料。布料采用两次分层铺筑，第一次铺筑15cm左右，第二次铺筑5cm进行找平。上料斗、输送皮带、布料斗的综合应用使铺砂得到准确控制，实现了砂砾料的均匀出料摊铺。
2.4摊铺夯实系统
由螺旋叶片滚轴和振动夯实设备组成，反滤层布料后利用螺旋叶片将砂砾料摊平，同时开启振动夯实设备对铺设好的砂砾料进行振动夯实，实现了布料、摊平、夯实的连续作业，减少了施工工序。摊平与振动夯实设备固定在同一个平台，利用卷扬机钢丝绳沿渠道坡面往复运动进行摊平、振动夯实。
按设计要求砂砾料压实后相对密度不小于0.75，通过HHJG-1型铺砂机夯实系统施工的渠道砂砾料坡面检测，均达到设计指标要求，检测结果合格率100%。
2.5控制装置及作业流程
在铺砂机底部设控制系统，用以控制设备横向移动、输送皮带运转、布料斗纵向移动、摊平夯实部件纵向移动等。作业流程：打开电源开关——行走至作业面——铲运砂砾料入上料斗——开启输送皮带——控制移动布料斗——沿渠道横向坡面卸料——开启摊平、夯实部件——运行螺旋叶片及振动夯——向下游移动铺砂机。
2.6主要技术创新点
上料输送系统，实现了砂砾料上料、输送、布料的机械化，相对人工作业提高了工作效率。螺旋叶片滚轴、振动部件的一体式研制与应用，使上料、卸料、摊铺、整平、振动压实连续作业，减少了施工工序。上下端部可调节式连杆装置，在坡比1：2~1：3.5渠道坡度均可使用，并可根据工程情况进行坡度调节，方便施工
3.结论
渠道衬砌施工中反滤层砂砾料铺筑机械化施工的实现，相比人工铺筑加快了施工进度、确保了施工质量、极大的节约了施工成本，在类似的工程中达到了国内先进水平，实际施工中取得了业主、监理的一致好评，并取得了良好的经济效益。随着铺砂机施工技术的成熟，在其它类似项目中进一步推广应用。
图2：HHJG-1型铺砂机全景照
中图分类号：TU472文献标识码： A
摘要：南水北调中线工程渠道断面大、边坡长，渠坡结构层有20cm砂砾反滤层，通过对HHJG-1型渠道铺砂机的研制，整合上料输送系统、布料摊平系统、振压夯实系统于一体，使得砂砾料上料、摊铺、整平、夯实多道工序连续作业一次完成，提高了工作效率，加快了施工进度、保证了施工质量比采用人工铺筑极大的节约了施工成本。
我国南水北调工程通过跨流域的水资源合理配置，大大缓解北方水资源严重短缺问题，促进南北方经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。中线一期工程引水主体为明挖渠道，渠道结构层由底至过水面多为排水系统、反滤层、保温板、复合土工膜、混凝土面板等，其中渠道20cm反滤层采用砂砾料进行铺筑，因渠道坡长大部分在20-33.4m之间，人工铺砂、整平、夯实已经无法满足现行施工进度、质量要求，而且随着人工费大幅上涨，靠人工铺筑将是一笔巨大支出。
1.研制背景
黄河建工集团有限公司承建的潮河段六标为总干渠中线一期工程，位于郑州航空港区，标段全长8km, 渠道深度8.5m～9.15m，坡长22.87m～33.34m。渠道结构设计由底层至过水面依次为:软式透水管及单向排水阀等渠道自排水结构布置、20cm厚砂砾料、2(3)cm厚聚苯乙稀保温板、600(800)g/m2的复合土工膜、10cm厚砼面板。其中20cm砂砾料采用连续级配，粒径小于0.075mm的颗粒含量不超过5%，最大粒径小于20mm，要求不均匀系数Cu>5，曲率系数Cc=1-3满足滤土、排水要求。
施工中砂砾料在1：2-1：3.5的渠道边坡进行铺设、摊平、振动压实，压实后相对密度不小于0.75，表面平整度≤10mm/2m。传统施工方法采用人工铺设、整平、小型机具振动压实，但需要投入较多人力且施工进度缓慢，施工精度也无法保证。本标段全长8km,加上当前人工费用上涨，仅铺砂所需人工费用一项就会造成施工成本的巨大增加。鑒于以上情况，公司自行研制加工了HHJG-1型渠道铺砂机。
2.铺砂机结构装置及作业原理
HHJG-1型渠道铺砂机主要由主机结构、横向移动、上料输送系统、布料系统、摊铺夯实系统等组成。主要技术参数：主机尺寸：长20-33.4m,宽1m，高0.9m。上料斗尺寸：上口宽1.9m,下口宽0.5m,深1m。输送皮带：宽65cm；平板振动器：30kw；螺旋滚轴：Ф20cm，长1.6m；整机功率：50kw；行走速度：0-4m/min；生产效率：500-800m2/台班
2.1主机框架
主机框架在铺砂机工作中主要承受上料、输送、布料等系统部件重量，各作业系统的运行平台。普通桁架结构形式在短渠坡中可以满足刚度要求，但在长渠坡中同一种截面形式容易造成铺砂机主架结构较大的挠度变形。HHJG-1型铺砂机主机结构主要由方钢组成，四角采用4根60×100矩形管，四周立、斜撑采用40×60方钢。由于跨度大，挠度变形影响容易造成框架中部向下弯曲，为确保下部水平采用双斜桁架结构形式以提高主机结构抗变形能力保证砂砾料铺筑过程的稳定运行和施工精度，根据设计指标砂砾料平整度要求误差在20cm±2cm,实际施工中经检测平整度均满足施工要求。
图1：铺砂机结构示意图
2.2横向移动
铺砂施工过程中沿渠道水流方向设铺砂机的横向移动系统，主要有主框架端部可调节支撑及横向轨道。横向轨道与衬砌机共用同一轨道装置，形成铺轨——铺砂机铺筑——衬砌机衬砌流水作业。
2.3上料系统
上料时在铺砂机顶部设上料斗，由小型铲车上料，经输送皮带将砂砾料输送至卸料口，布料斗沿铺砂机上部纵向轨道利用卷扬机钢丝绳牵引控制，行走至需卸料处进行布料。砂砾料由上料斗进入输送皮带后，布料斗可以选择由上向下移动布料和由下向上移动布料，施工中为避免出现皮带机送料不均，布料斗优先选择由下向上移动进行布料。布料采用两次分层铺筑，第一次铺筑15cm左右，第二次铺筑5cm进行找平。上料斗、输送皮带、布料斗的综合应用使铺砂得到准确控制，实现了砂砾料的均匀出料摊铺。
2.4摊铺夯实系统
由螺旋叶片滚轴和振动夯实设备组成，反滤层布料后利用螺旋叶片将砂砾料摊平，同时开启振动夯实设备对铺设好的砂砾料进行振动夯实，实现了布料、摊平、夯实的连续作业，减少了施工工序。摊平与振动夯实设备固定在同一个平台，利用卷扬机钢丝绳沿渠道坡面往复运动进行摊平、振动夯实。
按设计要求砂砾料压实后相对密度不小于0.75，通过HHJG-1型铺砂机夯实系统施工的渠道砂砾料坡面检测，均达到设计指标要求，检测结果合格率100%。
2.5控制装置及作业流程
在铺砂机底部设控制系统，用以控制设备横向移动、输送皮带运转、布料斗纵向移动、摊平夯实部件纵向移动等。作业流程：打开电源开关——行走至作业面——铲运砂砾料入上料斗——开启输送皮带——控制移动布料斗——沿渠道横向坡面卸料——开启摊平、夯实部件——运行螺旋叶片及振动夯——向下游移动铺砂机。
2.6主要技术创新点
上料输送系统，实现了砂砾料上料、输送、布料的机械化，相对人工作业提高了工作效率。螺旋叶片滚轴、振动部件的一体式研制与应用，使上料、卸料、摊铺、整平、振动压实连续作业，减少了施工工序。上下端部可调节式连杆装置，在坡比1：2~1：3.5渠道坡度均可使用，并可根据工程情况进行坡度调节，方便施工
3.结论
渠道衬砌施工中反滤层砂砾料铺筑机械化施工的实现，相比人工铺筑加快了施工进度、确保了施工质量、极大的节约了施工成本，在类似的工程中达到了国内先进水平，实际施工中取得了业主、监理的一致好评，并取得了良好的经济效益。随着铺砂机施工技术的成熟，在其它类似项目中进一步推广应用。
图2：HHJG-1型铺砂机全景照