l 前言
南水北调中线瀑河渠道倒虹吸工程管身段总长1 090 m，分为深埋段和浅埋段两部分，其中：倒虹吸管身深埋段底高程4O．17 m，平均开挖深度15．63 m，底宽23．5 m，开挖断面平均顶口宽79．0 m，齿槽底底高程39．67 m，边坡1：1．5，6 m高一个马道，马道宽2 m；倒虹吸管身浅埋段底高程49．20 m，齿槽底底高程48．70 m，平均开挖深度1O．O0 m，底宽23 m，开挖断面平均顶口宽6O．00m，边坡1：1．5，马道宽2m。深埋段和浅埋段之间由三节管身(60 m)斜坡段连接。倒虹吸管身段混凝土浇筑主要依靠大型混凝土施工设备一布料机来输送混凝土熟料，布料机以往都是只能在水平段工作，瀑河渠道倒虹吸中间的斜坡段，如果不能解决布料机的斜坡行走就意味着：布料机只能在深埋段施工或只能在浅埋段施工，布料机在深埋段和浅埋段之间转移时，就必须再拆除和安装一次，而布料机拆除安装一次大约需要25 d的时间。
为了确保2007年12月底竣工，2008年4月份通水，在南水北调中线京石段的工期一再压缩的情况下，瀑河渠道倒虹吸管身深埋段和浅埋段必须同时或穿插施工才能按期完工。因此，首先必须解决布料机的斜坡工作难题，而使布料机能很方便的通过斜坡段在深埋段和浅埋段进行自由行走并穿插混凝土的浇筑施工。
经过多方案比较，设计了一套升降机系统，让布料机水平开行到升降机上，然后让升降机载着布料机通过斜坡段，这样，布料机就很方便地通过斜坡段到达深埋段或浅埋段，成功解决了布料机的斜坡行走技术难题。
2 升降系统机械部分的设计
升降机机械部分主要包括承载布料机的滑车式升降机的设计。本工程斜坡段总长60 m，坡度为1：6，根据斜坡段的坡比设计了一套纵断面为直角三角形的滑车式升降机，使升降机在斜坡上滑行时，其顶面一直保持水平，其目的是保证升降机载着布料机在斜坡上滑行时，布料机一直保持水平状态，而且保持其在任一位置的工作正常。
瀑河渠道倒虹吸所使用布料机为三轨自行式布料机，其中主机有两条轨道，辅机一条轨道。为了使斜坡行走升降机保持稳定，每个升降机使用双排行走轮，即使用双排轨道，升降机的顶面也铺设了一根可以和斜坡上下游主机轨道对接的钢轨，如果布料机要从斜坡上游开行到斜坡下游去，先将升降机上的钢轨与布料机上游钢轨道对接，让布料机自行到升降机上，然后让升降机载着布料机滑行到斜坡下游后，升降机上的钢轨再与布料机下游钢轨道对接，布料机自行从升降机开行到下游，完成布料机的斜坡行走，反之亦然。
升降机的设计采用了钢绗架式结构(如图1示)，结构尺寸顶面长8 m，主要是考虑其长度能满足布料机主机支腿的长度，使布料机主机支腿能完全放在升降机上。
升降机的受力计算：升降机的受力主要是布料机主机的自重，布料机开行到升降机上后，布料机的自重通过布料机主机支腿传递给升降机钢架，钢架再将受力传递给升降机支撑轮，在进行升降机设计的受力分析时，以升降机的支撑轮为支点将其简化为一个简支梁进行计算，升降机的上水平面沿长度方向每隔78 CTI1设计一根横向I36工字钢，作为升降机顶面钢轨的枕梁，枕梁通过竖向I36工字钢支撑到升降机底梁上，底梁为四根32槽钢。底梁通过支撑轮支撑将力传递给底部钢轨道。
升降机的受力计算主要是验算底梁的强度和刚度是否能满足受力要求，布料机主机自重4O t，斜坡行走时，有两个升降机承担主机的自重，每个升降机承受的荷载为2O t，假设20 t的压力均匀分布到底梁上，支撑轮之间的距离为8 m，按均布线形荷载计算，所受荷载为20×10÷8=25 kN.
3 升降机牵引部分的设计升降机的牵引部分采用卷扬机牵引，在斜坡的上部布料机3条钢轨旁固定了3台同步慢速卷扬机，通过钢丝绳牵引升降机沿轨道上坡或下坡。卷扬机的拉力计算：布料机主机自重G=40 t，在斜坡上行走时，卷扬机的拉力f.
由于斜坡坡比为1：6，根据力的分解，很容易计算出拉力f=GX sina=40×1／6．1=6．56 t，靠虑摩擦力等的影响，乘以1．5的安全系数，拉力厂一1．5×6．56=9．8 t。考虑牵引用钢丝绳使用一个动滑轮拉力减少一半，因此每台卷扬机的实际拉力为：9．8÷2÷2=2．5 t。
通过受力计算，每台卷扬机的拉力约2．5 t，考虑两倍的安全系数，主机选择了两台额定拉力为5 t的慢速卷扬机做为牵引动力。为了保持同步，副机也选用了一台5 t的卷扬机。
4 升降机同步运行部分的设计
同步运行部分设计的关键是保证升降系统内的同步，就是要保证拉动布料机斜坡行走的3个升降机同时启动，同时停止，在行走过程中速度一致。如果不同步，会存在很大的安全隐患，会造成布料机的扭曲变形，严重时会造成布料机脱轨和翻车事故。
考虑到斜坡的长度，及允许的不同步偏差，对于同步运行部分的设计进行了简化。为了保证升降机行走过程中速率一致，首先使用了3台同型号的慢速卷扬机，其次3台卷扬机牵引钢丝绳的缠绕方式和使用的滑轮组也一致，这样基本解决了升降机行走过程中的速度一致问题。为防止意外，还在3条轨道上设置刻度，在运行过程中随时检查，遇有意外，立即停止待处理。
电气控制主要是控制升降机同时启动，同时停止，3台卷扬机的控制开关布置在了一个配电箱内，每台卷扬机配了一个200 A的交沆接触器，将三个交流接触器的二次线并联在一起，接在一个三联控制按钮盒上，这样，使用一个控制按钮盒来控制三台卷扬机的同时启动和同时停止。
为了在运行过程中单独对每个升降机进行微调，在每个交流接触器前端的一次线上增加了一个200 A的闸刀开关，这样，当需要对一个升降机进行微调时，可以先切断其余两个卷扬机的电源，很方便的使用控制按钮盒来控制其中一台卷扬机。
5 布料机斜坡行走时需要注意的几个问题
(1)布料机斜坡行走时要明确专人统一指挥，明确口令信号，防止误操作。斜坡行走过程中要有专人密切观察升降机是否同步，如果出现大的误差要立即停车并进行纠偏处理，正确后再运行。
(2)平时要做好卷扬机及钢丝绳的维护和保养，每次斜坡行走前都要逐一检查卷扬机的制动系统是否正常，钢丝绳是否完好无损，防止溜坡事故的发生。
(3)布料机如果在斜坡上长时间停留，必须在钢轨道上做车挡对升降机进行固定。
6 结论
(1)布料机升降系统在瀑河渠道倒虹吸的应用得到了成功，其创新应用具有普遍性，在相似情况下均可采用。
(2)本研究及应用使理论成果得以实践的验证，取得了较好的效果，体现了理论与实践相结合的意义和价值，并且本系统初次运行即得到成功。
(3)本研究首先解决了布料机在斜坡上运行的难题，节约了一次拆装费用，尤其在当前工期紧张的情况下的贡献尤为重要；其次是在斜坡段可进行砼施工作业，免去了搭设满堂脚手架的费用，进一步节约了工期；第三是解决了吊车在斜坡上难于作业的难题，布料机借助升降系统对大型钢模板进行拼装及吊装作业。
(4)对布料机的设计应进一步改进，尤其是轻巧一些，便于拆装运行。最好设计时考虑结构去掉辅机轨道，以减少升降机同步设计的麻烦。