陳勝蓮

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

0 引言

近年來(lái)，隨著超長(zhǎng)隧道TBM掘進(jìn)技術(shù)和地鐵盾構(gòu)技術(shù)的推廣應(yīng)用，混凝土預(yù)制管片作為護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)配套施工工藝，具備以下特點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)和支護(hù)同時(shí)進(jìn)行，加快了掘進(jìn)進(jìn)度，提高了TBM工作效率，TBM月平均進(jìn)尺可達(dá)600～800 m（最高日進(jìn)尺可達(dá)113 m）；②施工安全、環(huán)境好，TBM施工作業(yè)工作人員始終在護(hù)盾和已襯砌的管片的保護(hù)下有效地進(jìn)行；③成洞條件好，襯砌面光滑平整。

國(guó)內(nèi)甘肅引大入秦、山西省萬(wàn)家寨引黃工程、新疆達(dá)坂工程、青海引大濟(jì)湟工程、甘肅引洮工程、陜西省引紅濟(jì)石工程、山西省中部引黃工程、晉中東山供水工程以及國(guó)內(nèi)大中城市地鐵項(xiàng)目中大量應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，在應(yīng)用中混凝土預(yù)制管片生產(chǎn)的進(jìn)度和質(zhì)量直接關(guān)系到工程的施工安全和成型質(zhì)量。

1 自動(dòng)化混凝土預(yù)制管片生產(chǎn)線介紹

在近20年國(guó)內(nèi)長(zhǎng)隧洞TBM施工和地鐵施工進(jìn)展中，涌現(xiàn)出各種不同形式的混凝土預(yù)制管片生產(chǎn)線，而根據(jù)生產(chǎn)工藝分析主要分為以下三種混凝土預(yù)制管片生產(chǎn)線：①單模固定窯蒸養(yǎng)式生產(chǎn)線，②特定溫度控制流水蒸養(yǎng)窯生產(chǎn)線，③動(dòng)態(tài)溫度控制POP窯流水生產(chǎn)線。

下面根據(jù)三種生產(chǎn)線的不同特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1.1 單模固定窯蒸養(yǎng)式生產(chǎn)線特點(diǎn)

單模固定窯蒸養(yǎng)式生產(chǎn)線由固定蒸養(yǎng)窯、鋼筋籠入模吊機(jī)、混凝土拌和站、混凝土吊罐、混凝土吊罐專用吊機(jī)、真空吸盤、管片出模吊機(jī)、翻片機(jī)等組成，主要工作集中在固定蒸養(yǎng)窯位置進(jìn)行，模具不需要移動(dòng)，但物料運(yùn)輸和作業(yè)人員均需要頻繁移動(dòng)，蒸養(yǎng)窯的養(yǎng)護(hù)溫度需要根據(jù)養(yǎng)護(hù)要求作動(dòng)態(tài)單獨(dú)控制，見圖1，單模固定窯蒸養(yǎng)式生產(chǎn)線布置圖。

圖1 單模固定窯蒸養(yǎng)式生產(chǎn)線布置圖

1.2 特定溫度控制流水蒸養(yǎng)窯生產(chǎn)線特點(diǎn)

特定溫度控制流水蒸養(yǎng)窯生產(chǎn)線由特定溫度控制流水蒸養(yǎng)窯、管片脫模區(qū)、模具清理區(qū)、刷脫模劑區(qū)、鋼筋籠入模區(qū)、合模區(qū)、混凝土澆筑和振搗區(qū)、模具搬運(yùn)小車、混凝土拌和站、鋼筋籠入模吊機(jī)、真空吸盤、管片出模吊機(jī)、翻片機(jī)等組成，主要工作在排成一排的管片脫模區(qū)、模具清理區(qū)、刷脫模劑區(qū)、鋼筋籠入模區(qū)、合模區(qū)、混凝土澆筑和振搗區(qū)、模具搬運(yùn)小車運(yùn)行區(qū)進(jìn)行，作業(yè)人員在固定工位作業(yè)，物料在固定位置投放，模具隨生產(chǎn)線作流水循環(huán)移動(dòng)。蒸養(yǎng)窯溫度分預(yù)養(yǎng)區(qū)、主養(yǎng)區(qū)和降溫區(qū)，每個(gè)區(qū)域的溫度相對(duì)固定。見圖2，特定溫度控制流水蒸養(yǎng)窯生產(chǎn)線布置圖。

圖2 特定溫度控制流水蒸養(yǎng)窯生產(chǎn)線布置圖

1.3 動(dòng)態(tài)溫度控制POP蒸養(yǎng)窯流水生產(chǎn)線特點(diǎn)

動(dòng)態(tài)溫度控制POP蒸養(yǎng)窯流水生產(chǎn)線由POP蒸養(yǎng)窯、管片脫模區(qū)、模具清理區(qū)、刷脫模劑區(qū)、鋼筋籠入模區(qū)、合模區(qū)、混凝土澆筑和振搗區(qū)、模具搬運(yùn)小車、混凝土拌和站、鋼筋籠入模吊機(jī)、真空吸盤、管片出模吊機(jī)、翻片機(jī)等組成，主要工作在排成一排的管片脫模區(qū)、模具清理區(qū)、刷脫模劑區(qū)、鋼筋籠入模區(qū)、合模區(qū)、混凝土澆筑和振搗區(qū)以及模具搬運(yùn)小車回轉(zhuǎn)運(yùn)輸區(qū)進(jìn)行，作業(yè)人員在固定工位作業(yè)，物料在固定位置投放，模具先進(jìn)后出、后進(jìn)先出呈堆棧和POP狀態(tài)作流水循環(huán)移動(dòng)。蒸養(yǎng)窯的養(yǎng)護(hù)溫度需要根據(jù)養(yǎng)護(hù)要求作動(dòng)態(tài)單獨(dú)控制。見圖3，動(dòng)態(tài)溫度控制POP蒸養(yǎng)窯流水生產(chǎn)線布置圖。

圖3 動(dòng)態(tài)溫度控制POP蒸養(yǎng)窯流水生產(chǎn)線布置圖

2 混凝土預(yù)制管片生產(chǎn)線的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

2.1 單模固定窯蒸養(yǎng)式生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

（1）不需要建設(shè)流水生產(chǎn)線，需要場(chǎng)地面積小，布置簡(jiǎn)單；

（2）模具不需要移動(dòng)，因此也不需要移動(dòng)或搬運(yùn)小車；

（3）投資少。

缺點(diǎn)：

（1）單模固定窯場(chǎng)地分散，工作人員需要頻繁移動(dòng)；

（2）物料運(yùn)輸需要多臺(tái)橋式起重機(jī)完成，廠房建設(shè)需要考慮橋式起重機(jī)的交叉運(yùn)行；

（3）混凝土蒸養(yǎng)需要對(duì)單個(gè)模具獨(dú)立控制，控制單元多而分散；

（4）單模固定窯密封性差，浪費(fèi)蒸汽較多，同一管片不同部位蒸養(yǎng)效果相差較大；

（5）多個(gè)模具同時(shí)作業(yè)時(shí)，由于橋式起重機(jī)交叉運(yùn)行會(huì)發(fā)生一定的相互干擾；

（6）一旦廠房建設(shè)完成，能夠容納的模具數(shù)量和生產(chǎn)規(guī)模即已固定，無(wú)法根據(jù)工程的需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

（7）作業(yè)人員和橋式起重機(jī)頻發(fā)移動(dòng)，運(yùn)行效率低下，不便于現(xiàn)場(chǎng)管理。

2.2 特定溫度控制流水蒸養(yǎng)窯生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

（1）工作人員只需要在固定工位進(jìn)行作業(yè)，不需要頻繁移動(dòng)作業(yè)；

（2）物料運(yùn)輸只需要在固定工位投放，不存在交叉運(yùn)輸相互干擾；

（3）蒸養(yǎng)窯蒸養(yǎng)溫度只需要設(shè)置預(yù)養(yǎng)、主養(yǎng)和降溫三個(gè)特定溫度控制區(qū)，溫度控制簡(jiǎn)單；

（4）生產(chǎn)線呈流水作業(yè)，運(yùn)行效率較高，便于現(xiàn)場(chǎng)管理。

缺點(diǎn)：

（1）蒸養(yǎng)窯兩端為開放式，蒸汽消耗量較大；

（2）一旦廠房建設(shè)完成，能夠容納的模具數(shù)量和生產(chǎn)規(guī)模即已固定，而且即使生產(chǎn)少量管片，也需要全部模具循環(huán)運(yùn)行，無(wú)法根據(jù)工程的需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

（3）流水作業(yè)線和蒸養(yǎng)窯占地面積較大，需要建設(shè)場(chǎng)地面積較大；

（4）必須在蒸養(yǎng)窯兩端分別布置一臺(tái)模具搬運(yùn)小車才能保證流水線的循環(huán)作業(yè)；

（5）模具在蒸養(yǎng)過(guò)程需要不斷移動(dòng)模具，會(huì)在一定程度減緩混凝土的終凝。

2.3 動(dòng)態(tài)溫度控制POP蒸養(yǎng)窯流水生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

（1）工作人員只需要在固定工位進(jìn)行作業(yè)，不需要頻繁移動(dòng)作業(yè)；

（2）物料運(yùn)輸只需要在固定工位投放，不存在交叉運(yùn)輸相互干擾；

（3）模具可全部投入生產(chǎn)，也可僅僅一個(gè)、一套或幾套投入生產(chǎn)，生產(chǎn)能力可根據(jù)TBM的施工進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

（4）生產(chǎn)線呈流水作業(yè)，運(yùn)行效率較高，便于現(xiàn)場(chǎng)管理；

（5）模具在蒸養(yǎng)窯處于靜止?fàn)顟B(tài)，有利于混凝土的終凝；

（6）蒸養(yǎng)窯密封好，同時(shí)處于蒸養(yǎng)狀態(tài)的蒸養(yǎng)窯較少，可大大節(jié)省蒸養(yǎng)成本；

（7）現(xiàn)場(chǎng)施工成本較低；

（8）適用范圍廣，可輕松改造用于生產(chǎn)PCCP管、地鐵站、廠房、軌道板等預(yù)制構(gòu)件。

缺點(diǎn)：

（1）流水作業(yè)線和蒸養(yǎng)窯占地面積較大，需要建設(shè)場(chǎng)地面積較大；

（2）必須布置搬運(yùn)小車回轉(zhuǎn)通道，并根據(jù)日生產(chǎn)強(qiáng)度考慮配置一臺(tái)或多臺(tái)搬運(yùn)小車；

（3）混凝土蒸養(yǎng)需要對(duì)每個(gè)蒸養(yǎng)窯獨(dú)立控制，控制單元較多而分散。

2.4 混凝土預(yù)制管片生產(chǎn)線適用范圍

（1）單模固定窯蒸養(yǎng)式生產(chǎn)線適用范圍：

施工布置場(chǎng)地緊張，日生產(chǎn)強(qiáng)度較低，前期資金緊張投入少的項(xiàng)目。

（2）特定溫度控制流水蒸養(yǎng)窯生產(chǎn)線適用范圍：

TBM設(shè)備成熟穩(wěn)定，工程地質(zhì)條件較好，施工布置場(chǎng)地不受制約，工程資金充足，日生產(chǎn)強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定的項(xiàng)目。

（3）動(dòng)態(tài)溫度控制POP蒸養(yǎng)窯流水生產(chǎn)線適用范圍：

施工布置場(chǎng)地不受制約，工程資金充足，TBM設(shè)備性能未知、工程地質(zhì)未知、日生產(chǎn)強(qiáng)度難以預(yù)測(cè)的項(xiàng)目。

3 自動(dòng)化混凝土預(yù)制管片生產(chǎn)線的應(yīng)用實(shí)例

國(guó)內(nèi)自動(dòng)化混凝土預(yù)制管片生產(chǎn)線應(yīng)用實(shí)例見表1。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)幾十個(gè)工程驗(yàn)證總結(jié)，自動(dòng)化混凝土預(yù)制管片動(dòng)態(tài)溫度控制POP蒸養(yǎng)窯生產(chǎn)線由于工藝改進(jìn)，膠凝材料可節(jié)省約1%，工作效率提高約50%，成本節(jié)約約3.27%，勞動(dòng)力可減少33%，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益推廣價(jià)值，市場(chǎng)前景看好。

表1 自動(dòng)化混凝土預(yù)制管片生產(chǎn)線國(guó)內(nèi)應(yīng)用實(shí)例