懸臂移動(dòng)龍門式布料機(jī)在箱涵混凝土入倉中的應(yīng)用

袁野 王德智 王鈺

摘要：作為南水北調(diào)中線天津干線工程的組成部分--廊坊市段代建工程，在解決工程沿線的飲水問題上發(fā)揮著重要作用。針對(duì)泵送和移動(dòng)龍門式布料機(jī)運(yùn)輸?shù)热雮}方式從技術(shù)、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采用布料機(jī)解決垂直入倉問題是切實(shí)可行的。

關(guān)鍵詞：懸臂移動(dòng)龍門布料機(jī)混凝土澆筑南水北調(diào)中線

中圖分類號(hào)： TV544 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

一、立項(xiàng)背景

南水北調(diào)中線天津干線工程是南水北調(diào)中線一期工程的組成部分，其主要供水目標(biāo)是天津市，并為沿線河北省部分城鎮(zhèn)供水。天津干線廊坊市段代建項(xiàng)目工程位于河北省廊坊市的霸州市、安次區(qū)境內(nèi)。線路全長(zhǎng)19.76km。其中TJ4-4標(biāo)段采用了懸臂移動(dòng)龍門式布料機(jī)對(duì)標(biāo)段的箱涵涵身混凝土進(jìn)行澆筑。TJ4-4標(biāo)段的主體工程為有壓箱涵混凝土澆筑，混凝土澆筑方量約為35.02萬m3。

二、主要科學(xué)技術(shù)內(nèi)容

2.1懸臂移動(dòng)龍門式水平布料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（一）結(jié)構(gòu)參數(shù)

(1)結(jié)構(gòu)尺寸： 龍門布料機(jī)支腿高6750mm左右，頂部桁架高2400mm(分為兩層，依布料機(jī)而設(shè)定)，寬2400mm，側(cè)部桁架高1500mm；

(2)軌距：兩側(cè)為17700mm左右(居中對(duì)稱布置)。

(3)操作空間：側(cè)部有1500mm左右的支模操作空間，頂部有1650mm的鋼筋編織和抹面空間，桁架內(nèi)部有兩側(cè)800mm左右的行走空間；

（二）行走系統(tǒng)

一套系統(tǒng)共設(shè)置四個(gè)車輪，其中兩個(gè)主動(dòng)輪，兩套動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中每套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含一臺(tái)電動(dòng)機(jī)、一臺(tái)減速機(jī)、一條完整電路、一套電控箱、一套液壓制動(dòng)系統(tǒng)。內(nèi)部車輪：直徑為400mm的鑄鋼車輪(45號(hào)鋼)。軸承為錐形軸承，每個(gè)軸承承載力為10噸。輪槽70mm、雙邊、表面淬火處理煮黑；減 速 機(jī)：行走速度約為10m/min；

（三）布料系統(tǒng)

一套布料機(jī)共設(shè)置三條皮帶，通過上料斗至卸料口分別是：上料斗，上料皮帶桁架，主桁架皮帶，布料小車。

2.2布料機(jī)配置

（一）布料機(jī)澆筑強(qiáng)度：理論混凝土入倉強(qiáng)度為100m3/h，而根據(jù)各倉號(hào)其它澆筑因素綜合考慮最大澆筑速度不小于50 m3/h，所以該布料機(jī)能夠滿足混凝土入倉強(qiáng)度要求。

（二）采用“3拖1”形式搭配：即每3臺(tái)鋼模臺(tái)車配1臺(tái)龍門式布料機(jī)，僅考慮布料機(jī)閑時(shí)用于各倉號(hào)間調(diào)運(yùn)側(cè)模，不吊裝鋼筋。

（三）布料機(jī)總體配置：根據(jù)施工總進(jìn)度計(jì)劃需要，本工程沿線共布置6臺(tái)懸臂移動(dòng)龍門式布料機(jī)，平均每臺(tái)布料機(jī)控制長(zhǎng)度為1.76km，負(fù)責(zé)118節(jié)箱涵的施工任務(wù)。

2.3與泵車方案機(jī)械使用費(fèi)比較

布料系統(tǒng)全套成本費(fèi)為642.78萬元，而泵車成本費(fèi)為891萬元，布料系統(tǒng)全套成本費(fèi)遠(yuǎn)比泵車便宜，澆筑速度卻提高1倍以上，大大提高了運(yùn)輸車輛和拌合系統(tǒng)的有效利用率，降低了混凝土澆筑全過程的機(jī)械使用與人工等費(fèi)用。

2.4與泵車澆筑方案比較節(jié)約材料費(fèi)

表2-3

從上表可見，由于布料機(jī)澆筑混凝土和泵送混凝土相比，每方節(jié)約水泥等膠凝材料約40kg，35.02萬m3混凝土總共可節(jié)約水泥等膠凝材料1.4萬t左右，節(jié)約材料費(fèi)約為380萬元。

2.5布料機(jī)節(jié)能分析

采用布料機(jī)澆筑方案耗電14.31萬元，而泵車澆筑方案耗柴油81.99萬元，將減少67.69萬元的能耗成本。

2.6懸臂移動(dòng)龍門式布料系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)分析

通過施工實(shí)踐，懸臂移動(dòng)龍門式布料機(jī)達(dá)到了預(yù)期的使用效果，布料系統(tǒng)在使用中表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)的主要有：

（一）遮陽防雨：布料系統(tǒng)全長(zhǎng)36 m，在整個(gè)鋼架上搭設(shè)遮陽、防雨棚，既可減少混凝土水分流失，又可防止雨天淋雨，從而保證混凝土入倉質(zhì)量。

（二）節(jié)省人力：整套布料系統(tǒng)只需4～6人操作布料和負(fù)責(zé)監(jiān)控，節(jié)省人力。同時(shí)便于對(duì)不合格混凝土料和異物隨時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)清除，杜絕雜物入倉。

（三）安全可靠：布料系統(tǒng)基本為半封閉式，兩側(cè)設(shè)有防護(hù)欄網(wǎng)，工作面用木板和鐵板鑲鋪，可以保證操作人員安全和防止雜物下落。

（四）環(huán)保節(jié)能：布料系統(tǒng)行走機(jī)構(gòu)及皮帶均為電機(jī)帶動(dòng)，使用的清潔能源，相比泵送和反鏟澆筑節(jié)約了大量的柴油。

（五）節(jié)省投資：布料系統(tǒng)全套成本費(fèi)遠(yuǎn)比泵車便宜，澆筑速度卻提高1倍以上，大大提高了運(yùn)輸車輛和拌合系統(tǒng)的有效利用率，降低了混凝土澆筑全過程的機(jī)械使用與人工等費(fèi)用。

三、主要技術(shù)發(fā)現(xiàn)、發(fā)明、創(chuàng)新點(diǎn)

3.1上料皮帶桁架懸臂結(jié)構(gòu)

布料機(jī)受料皮帶桁架采用懸臂式結(jié)構(gòu)既節(jié)省了一道軌道也，可以避免基坑邊坡遭到布料機(jī)行走時(shí)破壞。

3.2卸料口、橡皮筒

每臺(tái)布料機(jī)共設(shè)7個(gè)卸料口，各卸料口分別對(duì)準(zhǔn)箱涵的邊墻、底板/頂板、中墻，沿橫向移動(dòng)布料小車和沿縱向行走布料機(jī)可向倉號(hào)各點(diǎn)卸料。

橡皮筒，為保證卸料的穩(wěn)定性，防止混凝土落差太大產(chǎn)生離析等，在布料機(jī)卸料口采用了串筒及緩降橡皮管結(jié)合將混凝土送入倉內(nèi)。

3.3倉號(hào)照明

倉號(hào)照明，在布料機(jī)桁架上安裝了6盞照明燈，夜間澆筑時(shí)照明燈光隨布料機(jī)行走而移動(dòng)，保持直射澆筑面，澆筑面猶如白晝，對(duì)作業(yè)方便和安全有利。

四、與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類研究、同類技術(shù)的綜合比較，目前在南水北調(diào)中線工程及國(guó)內(nèi)其它工程中已完成了數(shù)量眾多的箱涵及倒虹吸工程澆筑，已積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，其入倉方式亦多樣化，可直接借鑒引用于本工程。下面將其入倉方式與目前常用的入倉方式進(jìn)行橫向、縱向比較：

4.1與反鏟、泵車等入倉手段橫向比較

本次布料機(jī)方案主要是解決箱涵混凝土入倉問題，從目前（4個(gè)月完成5.2萬m3混凝土澆筑）的施工實(shí)踐來看，采用布料機(jī)解決垂直入倉問題是切實(shí)可行的，并且在使用過程中也突顯出它獨(dú)有的多方面的優(yōu)點(diǎn)。

從入倉強(qiáng)度上，解決了單倉澆筑歷時(shí)長(zhǎng)的問題，減少膠凝材料和拌合用水量利于預(yù)防裂縫，保證了澆筑的質(zhì)量。布料機(jī)入倉可比長(zhǎng)臂反鏟入倉節(jié)約大量的其它輔助工程費(fèi)用，比泵車入倉節(jié)約了大量的機(jī)械費(fèi)用。

4.2與其它工程布料機(jī)入倉縱向比較

本工程采用了鋼模臺(tái)車與布料機(jī)“3拖1”的組合方式，使得平均每臺(tái)布料機(jī)控制長(zhǎng)度為1.76km，負(fù)責(zé)118節(jié)箱涵（布料機(jī)設(shè)計(jì)使用壽命為120節(jié)）的施工任務(wù)，提高了布料機(jī)的利用率。

通過細(xì)節(jié)優(yōu)化設(shè)計(jì)，較大的提高了布料機(jī)的實(shí)用性能，本工程所用懸臂移動(dòng)龍門式布料機(jī)與其它工程使用的布料機(jī)相比具有操作更靈活、故障率更低、使用更方便、造價(jià)較低等綜合優(yōu)勢(shì)。

4.3綜合比較結(jié)果

通過上述可見，本工程所用懸臂移動(dòng)龍門式布料機(jī)不論橫向與泵車反鏟等常用混凝土入倉方式比較，還是縱向與其它工程所用普通布料機(jī)相比較，在技術(shù)上切實(shí)可行，在工程質(zhì)量上能有效保障，經(jīng)濟(jì)上節(jié)約了成本，值得在類似的工程中廣泛推廣。

五、課題研究成果

5.1經(jīng)濟(jì)效益

與其它標(biāo)段采用全泵送相比，采用移動(dòng)龍門式布料機(jī)首先每月減少泵車租賃81臺(tái)，節(jié)約設(shè)備使用費(fèi)208.22萬元；其次節(jié)約膠凝材料1.4萬噸，節(jié)約材料費(fèi)用380萬元；最后節(jié)約柴油122.57噸，節(jié)約能源消耗費(fèi)用67.69萬。共產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益655.91萬元。

5.2社會(huì)效益（安全可靠）

布料系統(tǒng)基本為半封閉式，兩側(cè)設(shè)有防護(hù)欄網(wǎng)，工作面用木板和鐵板鑲鋪，可以保證操作人員安全和防止雜物下落，有效的保障了施工人員的安全，為工程創(chuàng)造了和諧安全的良好建設(shè)環(huán)境。

5.3推廣前景

該項(xiàng)技術(shù)目前已在舉世矚目的南水北調(diào)工程中得到了廣泛應(yīng)用和推廣，在南水北調(diào)工程的很多個(gè)標(biāo)段的倒虹吸、箱涵等混凝土結(jié)構(gòu)施工中均采用布料機(jī)作為主要入倉手段，澆筑強(qiáng)度和質(zhì)量均能滿足要求，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和一定的社會(huì)效益。

懸臂移動(dòng)龍門式布料機(jī)入倉，將是以后箱涵、倒虹吸等類似結(jié)構(gòu)混凝土澆筑的首選方式。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。