(湖北水總水利水電建設(shè)股份有限公司，湖北 武漢 430000)

1 前 言

鄂北地區(qū)水資源配置工程是湖北省主導(dǎo)建設(shè)的最大水利工程，同時(shí)也是省委、省政府的重點(diǎn)項(xiàng)目，被稱為“湖北一號(hào)工程”，是我國(guó)172項(xiàng)全局性戰(zhàn)略性節(jié)水供水重大水利工程之一。其中位于老河口市的袁沖暗涵工程長(zhǎng)8.85km，采用雙孔箱涵結(jié)構(gòu)，過(guò)流凈斷面尺寸為2×4.5m×5.5m(孔數(shù)×寬×高)，設(shè)計(jì)流量38m3/s，15m一分縫。暗涵具有埋深大、占線長(zhǎng)、工作面分散、入倉(cāng)強(qiáng)度高、設(shè)備移動(dòng)頻繁等特點(diǎn)，同時(shí)暗涵最大開(kāi)挖深度達(dá)24.6m，地面為崗波狀平原，起伏高差達(dá)18m以上。為適應(yīng)不同埋深要求，暗涵外尺寸寬度有12.4m、11.8m、11.3m等不同截面型式。

暗涵工程施工具有作業(yè)面長(zhǎng)、基坑作業(yè)、管身結(jié)構(gòu)統(tǒng)一等特點(diǎn)，龍門式布料機(jī)可通過(guò)龍門架橫向移動(dòng)卸料車，實(shí)現(xiàn)二維平面固定位置布料。同時(shí)龍門式布料機(jī)具有軌道式行走、連續(xù)作業(yè)、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，為此我們選擇了龍門式布料機(jī)進(jìn)行受料。但袁沖暗涵具有基坑開(kāi)挖深度大、高差起伏大、截面尺寸多等特點(diǎn)，為此湖北水總水利水電建設(shè)股份有限公司在龍門式布料機(jī)的深入應(yīng)用上開(kāi)展了適應(yīng)不同暗涵截面、不同受料高度、混凝土離析問(wèn)題的多項(xiàng)研究，現(xiàn)將研究應(yīng)用情況進(jìn)行介紹說(shuō)明，為同類型工程提供參考。

2 龍門式布料機(jī)的設(shè)計(jì)

龍門式布料機(jī)由主、副皮帶輸送機(jī)組成，安裝在支撐鋼架上形成工作平臺(tái)，副皮帶負(fù)責(zé)將混凝土罐車運(yùn)送的混凝土料傳送至主皮帶，然后由主皮帶上的分料口將混凝土料卸入倉(cāng)號(hào)指定部位。主、副皮帶輸送機(jī)的支撐架通過(guò)鉸接形成整體，支撐架自帶支腿和行走系統(tǒng)，采用軌道方式行走，通過(guò)同步電機(jī)、齒輪傳動(dòng)，由操作室統(tǒng)一控制。主皮帶上的分料口由人工操作，利用開(kāi)合刮料板來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)號(hào)不同部位的卸料，混凝土料通過(guò)斜溜槽、伸縮式溜筒到達(dá)指定位置。

2.1 移動(dòng)門架式水平布料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

暗涵橫向最大跨度為12.4m，考慮邊墻外模板與支模桁架和行走軌道等，水平布料皮帶每邊須增加3.5m，整體水平橫梁長(zhǎng)度取20m；其凈空高度須高于外模臺(tái)車上部桁架頂部高度，加上頂板澆筑操作空間，確定布料機(jī)凈空高度為9.5m；橫梁斷面尺寸，經(jīng)過(guò)不同荷載標(biāo)準(zhǔn)保證率和不同斷面尺寸的結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算，進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化，選用1.2m×1.5m鋼結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計(jì)。

2.2 同步移動(dòng)式鋼架梁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

暗涵基礎(chǔ)開(kāi)挖深度較大，兩邊坡開(kāi)挖坡比為1∶1.5，由于地面高低起伏不平，開(kāi)挖深度11～25m，管身頂角距邊坡水平距離最大達(dá)40多m。開(kāi)挖深度大于18m的部位，為把混凝土攪拌車的混凝土傳送到門架水平皮帶上，設(shè)計(jì)用一鋼架梁連接水平門架。鋼架梁一端搭在門架上，另一端架在邊坡二級(jí)馬道上設(shè)置的軌道上，再用一桁架溜槽連接鋼架梁，一端鉸接在鋼架梁上，另一端架在邊坡坡頂設(shè)置的軌道上，使門架四個(gè)輪軸支點(diǎn)和鋼架梁兩個(gè)輪軸支點(diǎn)與桁架溜槽在坡頂軌道上的兩個(gè)輪軸支點(diǎn)形成八輪同步行走系統(tǒng)。為了減輕桁架溜槽的重量，減小了桁架結(jié)構(gòu)斷面，采用在桁架溜槽中部設(shè)置一電動(dòng)伸縮支撐，行走時(shí)收回支撐，工作時(shí)撐開(kāi)支撐。開(kāi)挖深度在11～18m之間，取消桁架溜槽和在坡頂車道上的兩個(gè)輪軸支點(diǎn)，改用小桁架溜槽用支架和拉索懸掛在鋼架梁上，形成六輪同步行走系統(tǒng)。

2.3 布料皮帶及上料、卸料裝置設(shè)計(jì)

在門架水平橫梁上面和鋼架梁內(nèi)安裝80cm寬輸送皮帶，并在門架與鋼梁連接端設(shè)置控制室，控制皮帶和卸料小車運(yùn)轉(zhuǎn)及三組行走輪軸同步前進(jìn)或后退?；炷翑嚢柢囋谶吰埋R道上直接把拌制好的混凝土料卸入皮帶受料斗，由皮帶傳輸運(yùn)送。根據(jù)不同澆筑部位，在水平皮帶一側(cè)設(shè)置卸料小車，由卸料口把混凝土送入緩降串筒，再由串筒把混凝土布入須澆筑的位置。

2.4 溜筒緩降裝置設(shè)計(jì)

布料機(jī)卸料小車距地面高超過(guò)10m，混凝土經(jīng)過(guò)溜筒溜至倉(cāng)面時(shí)有可能發(fā)生離析現(xiàn)象，在溜筒中設(shè)置緩降裝置，降低混凝土在下溜過(guò)程中的沖擊速度，保證混凝土溜至倉(cāng)面時(shí)不發(fā)生離析，確?；炷潦┕べ|(zhì)量。

形成一整套由混凝土運(yùn)輸皮帶、桁架梁、支腿、行走輪軸、主控室等組成的完整的混凝土布料系統(tǒng)。

2.5 龍門布料機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)布置典型示意圖

暗涵開(kāi)挖設(shè)計(jì)為6m一級(jí)，每級(jí)設(shè)置2.0m馬道平臺(tái)，不足3.0m高度的一坡到頂不分級(jí)。布料機(jī)主軌道為43門軌，下設(shè)60cm寬枕木，枕木高15cm，間距40cm，小桁架軌道規(guī)格改為24門軌，其余同主軌。布料機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)典型布置見(jiàn)圖1。

圖1 龍門布料機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)典型布置示意圖

3 龍門布料機(jī)解決不同高度受料問(wèn)題的研究

袁沖暗涵所處崗波狀平原，暗涵高差起伏較大、基坑深，同時(shí)位于膨脹土地區(qū)，混凝土罐車運(yùn)輸通道布置及受料口位置就顯得尤為重要，原先確定對(duì)一級(jí)馬道平臺(tái)進(jìn)行拓寬，將混凝土罐車運(yùn)輸通道、混凝土受料口布置在一級(jí)馬道平臺(tái)，但這樣會(huì)增加開(kāi)挖工程量，而且在邊坡上布置運(yùn)輸?shù)缆穼?duì)邊坡穩(wěn)定不利，交通安全隱患突出，須將運(yùn)輸通道及受料口布置在坡頂上，方能滿足經(jīng)濟(jì)、安全要求。

通過(guò)研究現(xiàn)場(chǎng)一、二、三工區(qū)的地形和暗涵高度，將布料機(jī)副皮帶及其行走輪布置在12.0m高度處(設(shè)計(jì)二級(jí)馬道高程)，同時(shí)針對(duì)不同地形高度采取三種不同的解決方案。

第一種：移動(dòng)溜槽配合布料機(jī)

二工區(qū)暗涵樁號(hào)11+880～13+710，長(zhǎng)1830m，開(kāi)挖邊坡高度在11.5～20m左右，大部分為二級(jí)坡，部分為三級(jí)坡。因?yàn)橐獙⒉剂蠙C(jī)副皮帶及其行走輪布置在12.0m高度處，因此在開(kāi)挖過(guò)程中，嚴(yán)格按照開(kāi)挖6m高度進(jìn)行分層，即9m高度分級(jí)開(kāi)挖，不再一坡到頂，以便布置行走輪。根據(jù)邊坡的不同高度，分為三種工況解決布料方案。

工況一：開(kāi)挖邊坡不足12.0m，設(shè)二級(jí)坡開(kāi)挖?？紤]到二工區(qū)不足12.0m高的僅有90m范圍，高差不超過(guò)0.5m，因此在施工過(guò)程中直接利用開(kāi)挖料回填0.5m，抬高至12.0m，以滿足典型布料機(jī)布置受料的要求。

工況二：開(kāi)挖邊坡高度12.0～15.0m，設(shè)二級(jí)坡開(kāi)挖。二工區(qū)大部分均為此類地形，范圍約1260m，在布料機(jī)典型布置受料的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在受料口上部接1m、2m、3m不同高度的活動(dòng)溜槽，活動(dòng)溜槽與小桁架反拉固定，具體見(jiàn)圖2。

工況三：開(kāi)挖邊坡高度15.0～21.0m，設(shè)三級(jí)坡開(kāi)挖。二工區(qū)后段小部分均為此類地形，范圍約480m，在布料機(jī)典型布置受料的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在三級(jí)開(kāi)挖邊坡上加裝移動(dòng)溜槽，溜槽分節(jié)可組合成不同高度，在坡上采用腳手架固定溜槽，具體見(jiàn)圖3。

第二種：固定桁架溜槽配合布料機(jī)

一工區(qū)暗涵樁號(hào)10+710～11+670，長(zhǎng)960m，開(kāi)挖邊坡高度在21～24m左右，設(shè)計(jì)為三至四級(jí)級(jí)坡?？紤]到固定桁架溜槽較重，應(yīng)盡可能縮短固定桁架溜槽長(zhǎng)度以減輕重量，故根據(jù)大部分地形高度在21m左右，按最小的高度21m設(shè)計(jì)固定桁架溜槽長(zhǎng)度，并在三級(jí)馬道上設(shè)立一電動(dòng)伸縮支撐，行走時(shí)收回支撐，工作時(shí)撐開(kāi)支撐，以確保桁架受力；頂部取消行走裝置。具體見(jiàn)圖4。

圖2 活動(dòng)溜槽配合布料機(jī)受料示意圖

圖3 坡面溜槽配合布料面受料示意圖

圖4 固定桁架溜槽配合布料機(jī)受料示意圖

對(duì)部分超過(guò)21m開(kāi)挖高度的暗涵澆筑，參照第一種形式的工況二，可在受料口上部接1m、2m、3m不同高度的活動(dòng)溜槽，以滿足布料要求。

第三種：小桁架鉸支變幅布料機(jī)

三工區(qū)暗涵樁號(hào)13+710～14+850，長(zhǎng)1140m，開(kāi)挖邊坡高度在10～15m左右，設(shè)計(jì)為二級(jí)坡?？紤]到低于12m開(kāi)挖高度的暗涵長(zhǎng)500m，占比較大，墊高至12.0m高度工程量較大，為此我們將副皮帶桁架與主桁架采用鉸接方式連接，在一定角度范圍可進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同高度要求。

對(duì)部分超過(guò)12m開(kāi)挖高度的暗涵澆筑，參照第一種形式的工況二，可在受料口上部接1m、2m、3m不同高度的活動(dòng)溜槽，以滿足布料要求。圖5為小桁架鉸支變幅布料面受料示意圖。

圖5 小桁架鉸支變幅布料面受料示意圖

4 龍門式布料機(jī)解決不同截面暗涵寬度的研究

為適應(yīng)不同暗涵埋深要求，暗涵外尺寸寬度有12.4m、11.8m、11.3m等不同截面型式，可以看到，暗涵開(kāi)挖寬度最大差達(dá)1.1m，在同一工區(qū)中存在不同的開(kāi)挖寬度。為滿足不同截面暗涵受料要求，減小開(kāi)挖工程量，節(jié)約投資，須研究制作能進(jìn)行門軌寬度調(diào)節(jié)的布料機(jī)。

4.1 變軌設(shè)計(jì)

為滿足門軌寬度調(diào)節(jié)的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)將主桁架跨度支柱處調(diào)整成三種跨度(分別為11.4m、11.8m、12.4m)，主桁架設(shè)不同寬度的卡扣伸縮調(diào)節(jié)，通過(guò)螺栓固定伸縮節(jié)。具體詳見(jiàn)圖6。

4.2 變軌安裝

布料機(jī)變軌安裝施工分六個(gè)階段，第一階段為布料機(jī)主桁架支柱挪動(dòng)端主桁架支護(hù)、頂起；第二階段為桁架吊裝小車起吊挪動(dòng)端支柱至螺栓不再受力，拆卸支柱與桁架鏈接螺栓；第三階段為吊裝小車向跨度方向挪動(dòng)位置；第四階段為桁架與支柱螺栓鏈接；第五階段為主桁架支護(hù)千斤頂下落直至支柱安放到導(dǎo)軌上；第六階段為拆卸支護(hù)，加固所用設(shè)備，變軌安裝完成；具體見(jiàn)圖7。

5 龍門式布料機(jī)解決混凝土離析問(wèn)題的研究

使用龍門式布料機(jī)進(jìn)行布料澆筑的混凝土垂直高度約8～12m，特別是底板混凝土，高差達(dá)11m，鋼筋密集。如何解決高落差產(chǎn)生的混凝土離析問(wèn)題、保證混凝土質(zhì)量，是必須解決的技術(shù)難題。結(jié)合工程實(shí)際，提出了魚刺式串筒、橡皮串筒等方式進(jìn)行緩沖，改善了離析問(wèn)題。

圖6 布料機(jī)門軌寬度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)圖

圖7 布料機(jī)變軌安裝示意圖

5.1 魚刺緩沖串筒的設(shè)計(jì)

魚刺式串筒是由長(zhǎng)度1m的串筒和串筒連接而成，串筒內(nèi)增加魚刺式橡皮板，在混凝土垂直運(yùn)輸過(guò)程中，“魚刺”可減緩混凝土的垂直下落速度，有效控制混凝土的骨料離析。魚刺串筒展開(kāi)具體見(jiàn)圖8。

圖8 魚刺串筒展開(kāi)圖

5.2 魚刺串筒緩沖操作要點(diǎn)

暗涵最大高度7.9m，布料機(jī)高度12m，布料小車至暗涵底板上層鋼筋高度達(dá)10.5m。施工過(guò)程中在上、中、下位置設(shè)3節(jié)魚刺型緩沖串筒，末端設(shè)1節(jié)橡皮溜筒；澆筑頂板墻身時(shí)，上部在臺(tái)車桁架上設(shè)溜斗緩沖；溜筒距鋼筋面層最大距離不得超過(guò)0.3m；串筒兩側(cè)均采用鋼絲繩進(jìn)行連接，以確保安全；施工過(guò)程中工人須來(lái)回移動(dòng)串筒，以防止堵管情況發(fā)生；施工過(guò)程中要及時(shí)對(duì)受串筒布料影響的鋼筋進(jìn)行復(fù)位；嚴(yán)格控制分層高度，邊角部位產(chǎn)生的骨料集中采用人工平倉(cāng)、摻同等級(jí)砂漿進(jìn)行處理；控制混凝土下料速度，防止下料過(guò)快堵塞串筒；混凝土澆筑結(jié)束后，及時(shí)進(jìn)行串筒的清理檢查、更換和保養(yǎng)。

6 結(jié) 語(yǔ)

鄂北地區(qū)水資源配置工程袁沖暗涵混凝土施工過(guò)程中，將龍門式布料機(jī)的性能發(fā)揮到極致，極大地方便了現(xiàn)場(chǎng)施工。通過(guò)該工程的深入研究，解決了基坑內(nèi)混凝土的垂直運(yùn)輸以及大范圍布料問(wèn)題，響應(yīng)了常態(tài)混凝土入倉(cāng)的設(shè)計(jì)意圖，特別是解決了崗波狀平原高差起伏大、暗涵截面變化、混凝土離析等問(wèn)題，滿足了工程實(shí)際所需，節(jié)約了工程成本。本文對(duì)龍門式布料機(jī)在鄂北調(diào)水袁沖暗涵工程施工中的研究應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，可供今后從事類似工程施工時(shí)參考。