摘要:结合我国南水北调工程建设和国外大型渠道衬砌技术现状,就南水北调工程渠道机械化衬砌技术,详细介绍了国家立项研制渠道衬砌设备、引进国外先进设备及自主研制滚筒衬砌设备和滑模衬砌设备等情况,分析了国外滚筒设备存在的问题,并提出了优化改造方案。在分析国内现有研制设备和立项研制项目存在的主要问题的基础上,阐述了大型渠道衬砌设备在我国的发展趋势。
关键词:衬砌技术;渠道;混凝土;滑模;滚筒;南水北调工程
南水北调工程需衬砌的渠道工作量大,东线约有400km,中线约有1000km。渠道衬砌技术是南水北调工程建设所急需的重大技术,为缩小我国与国外在这项技术上的差距,保证南水北调工程渠道衬砌的顺利实施,提升我国大型渠道衬砌机械化技术水平,填补我国在这方面技术的空白,研制和发展我国的渠道衬砌设备已势在必行[1]。渠道机械化衬砌技术在国外发展已有几十年的历史。目前,国际上大型渠道衬砌设备的生产厂家主要有意大利玛森萨(massenza)公司、美国高马克(gomaco)公司、美国g&z公司、美国拉克•汉斯(rachohasson)公司和德国的韦特根(wirtgen)公司等[2,3]。这些公司的产品大都采用燃油机为动力,集机械、液压和自动化于一体。山东省水利厅曾于1988年购进美国高马克公司两套c-450渠道衬砌机,用于引黄济青输水渠道衬砌施工[4],为我国大型渠道机械化衬砌技术的应用和研制积累了宝贵的经验。从衬砌成型技术方面,渠道衬砌设备可分为滚筒衬砌机和滑模衬砌机。滚筒设备行走有履带式和导轨式两种;滑模衬砌机由于自重较大,采用履带行走,自动升降和自动导向。两种衬砌设备均需配置混凝土维护工作台车。
1 南水北调渠道机械化衬砌技术研制现状
1•1 国家立项研制大型渠道衬砌设备
2003年,国家南水北调重大技术装备项目———大型渠道衬砌设备的研制立项。该项目由陕西省建设机械厂承担,要求针对南水北调中线工程渠道衬砌结构,自主完成大型渠道衬砌设备的研制。在2005年2月完成了大型渠道衬砌设备的设计,2005年年底完成了样机试制工作。其设计方案为:布料机采用皮带输送形式,衬砌机成型方式为振动滚筒式,布料机和衬砌机行走均采用导轨式。
1•2 引进国外大型渠道衬砌技术
2004年,水利部“引进国外大型渠道衬砌先进技术”科技引进项目(“948”项目)立项。该项目由山东省南水北调工程建设指挥部联合山东省水利勘测设计院共同实施,现已正式启动,拟在引进意大利玛森萨公司的mcp9000-4滑模衬砌机的关键技术和关键设备的同时,采用消化、吸收方式,研制开发适合我国国情的大型渠道衬砌设备,以满足现已开工的南水北调工程之急需,进而在其他引水、调水、平原调蓄水库、大型灌区改造等工程建设中推广使用。
1•3 自主研制大型渠道衬砌设备
在吸收国外先进技术、总结经验的基础上,山东省南水北调工程建设指挥部联合山东省水利勘测设计院自主研制开发了ccfm04型电动导轨滚筒衬砌设备和scfm04型电动导轨滑模衬砌设备。现已完成样机制造并通过鉴定和检验,它们采用模块式框架结构,增减或更换模块可适应坡长和坡度的改变,样机(见图1)已在济平干渠进行衬砌施工。
图1 ccfm04型和scfm04型设备在车间安装调试
a.ccfm04型电动导轨滚筒衬砌设备包括铣刨滚筒修坡机、螺旋布料机和滚筒衬砌三部分,主要由行走系统、升降调整系统、框架结构、振动成型系统和自动控制系统等部分组成。布料机可一次均匀地完成坡角、坡面和渠肩的摊铺;成型滚筒振捣采用外置高频电动振捣方式,整机行走速度可实现无级自动调节,可一次完成渠道坡角、坡面和渠肩的振捣、提浆、成型等功能。每台设备配套功率为25kw,设计衬砌厚度为8~20cm。该项技术已经申报发明专利、实用新型专利各2项。该套设备造价是液压导轨滚筒式造价的1/3,是液压履带滚筒式造价的1/6。
b.scfm04型电动导轨滑模衬砌设备包括电动
导轨筒滚修坡机和滑模衬砌机两部分,主要由行走系统、升降调整系统、框架料仓结构、螺旋布料系统、自动控制系统等部分组成。料仓内设有24套12000hz插入式高频振动棒,料仓后面挡板兼作滑模板,料仓尾部设有料位计,与控制系统形成封闭控制。布料系统有两套螺旋布料器,可将混凝土从渠道顶部均匀地输送到渠底坡角、渠坡和渠肩处。设计衬砌厚度为8~25cm。振捣系统另设有4套高频电动振捣器,其成型、振捣原理是:料仓内置高频振捣棒先将混凝土内部气泡逸出,捣实、提浆,外置高频振捣器进一步振捣、提浆,靠设备自重利用滑模板挤压成型。采用plc控制器控制设备自动行走和转弯,行走速度无级自动调节。该设备可一次完成渠底坡角、渠坡和渠肩的混凝土布料、输料、振捣、提浆、成型衬砌。该技术已申报2项发明专利和2项实用新型专利。其造价是液压履带滑模衬砌机造价的1/8。
1•4 对美国高马克公司设备的技术改造
山东省水利勘测设计院于2003年8月完成了对美国高马克公司c-450渠道衬砌机的技术改造。原设备为导轨式液压滚筒衬砌设备,存在的主要问题有:①碾压成型没有振动密实功能;②顺坡面牵引衬砌小车上下行走,链传动机构出现卡死、爬链的频率很高;③经常出现衬砌小车脱轨现象;④结构件基本锈蚀报废;⑤存在故障多,施工速度慢,衬砌的混凝土不密实,且需人工拖动平板振动器辅助进行混凝土振捣。为解决上述问题,采取的措施有:①在衬砌小车滚筒支撑架上增加了高频振动器,并在滚筒支撑架和衬砌小车架之间增加了减震器,使衬砌小车碾压的混凝土充分振动密实和减轻对整机的冲击;②衬砌小车的动力由8.82kw(12马力)提高到14.7kw(20马力),相应的液压系统做了改动;③将小车升降驱动部分由渠道底部移至渠道顶部;④重新配置了框架与结构件。经技术改造后的设备,在南水北调工程济平干渠完成了4种衬砌结构方案的衬砌施工试验,取得了良好的效果。通过对衬砌后的混凝土观测和取样试验,表明内部和表面质量均达到了设计要求。改造后的设备,衬砌工效最大12m3/h,折合衬砌长度12m/h[5]。
2 大型渠道衬砌设备研制存在的问题
a.液压导轨滚筒衬砌设备.皮带机布料需要人工辅助摊铺均匀才能满足衬砌机的衬砌要求;不能衬砌渠肩和坡脚;施工速度慢,衬砌工效低,最大12m3/h。每套设备施工人员约80人,存在施工人员多、劳动强度大等问题。
b.ccfm04型电动导轨滚筒衬砌设备.施工质量相对较差,施工速度慢,其衬砌工效最大为15m3/h;需要配备移动发电机组;施工人员较多(每套设备需配备60名施工人员)。
c.scfm04型电动导轨滑模衬砌设备.施工速度不及液压滑模衬砌设备,衬砌工效最大20m3/h;
需要配备移动发电机组;施工人员较多(每套设备需配备60名施工人员)。
d.导轨式衬砌设备需人工铺设导轨,劳动量大且精度不易控制,自动化程度不高。此外,国内大型渠道衬砌设备研制项目存在的主要问题是科研经费不足。
3 大型渠道衬砌设备在我国的发展趋势
a.滚筒衬砌设备:逐渐向履带式滚筒衬砌设备发展;皮带布料机将被螺旋布料机代替;衬砌机的衬砌小车行走由链传动牵引改为自行机构。
b.滑模式衬砌设备:振捣、输送布料部分的动力采用电驱动,行走、升降采用液压传动。这样可充分降低设备的体积和重量,使用起来更为灵活。
c.无论是滑模衬砌设备还是滚筒衬砌设备均朝着智能化和模块化方向发展。改变其装配形式可满足不同坡长和坡度的渠道衬砌及平面混凝土的衬砌要求。
4 结 语
抽水蓄能电站水库蓄水后库水反复循环使用,为保证电站正常运行,库区不允许库水发生永久性渗漏,因此对库区进行库水外渗条件的专题调查和分析显得非常重要。惠州抽水蓄能电站上、下水库库周以雄厚山体为主,仅主副坝址、单薄分水岭及低矮垭口地形低矮,存在渗漏问题。库水外渗主要沿通往库外的断裂构造与强风化带连通形成的渗漏通道渗漏,而库周坡积土及全风化带具相对隔水作用,充分利用其作为水平防渗铺盖可以降低库水外渗量,减少防渗处理措施;对渗漏库段采用以垂直防渗体为主的防渗措施,主坝址上游侧结合水平防渗铺盖是能够满足防渗要求的。总体上看,惠州抽水蓄能电站上、下水库库容大,防渗处理工程量不太大,是工程地质条件较好的天然库盆。
|
