張 龍 斌， 程 學(xué) 剛， 梁 和

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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雙護(hù)盾TBM混凝土預(yù)制管片廠的設(shè)計(jì)與運(yùn)用

張 龍 斌， 程 學(xué) 剛， 梁 和

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

通過雙護(hù)盾TBM管片預(yù)制廠的設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)用，對預(yù)制廠房的布置、生產(chǎn)線配置和工位設(shè)計(jì)、管片混凝土出模強(qiáng)度驗(yàn)證等進(jìn)行了分析與總結(jié)，對今后的管片預(yù)制廠設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

雙護(hù)盾TBM；混凝土預(yù)制管片；廠房；運(yùn)用

1 工程概況

西藏某公路隧道工程項(xiàng)目采用TBM掘進(jìn)，掘進(jìn)長度約4 700 m，采用6+1型四邊形預(yù)制混凝土管片襯徹?；炷凉芷A(yù)制廠是TBM掘進(jìn)過程中的配套設(shè)施，主要為TBM掘進(jìn)過程中提供管片的提前預(yù)制和養(yǎng)護(hù)、貯備工作。

2 管片預(yù)制廠的設(shè)計(jì)依據(jù)

(1)根據(jù)項(xiàng)目總施工進(jìn)度要求，TBM掘進(jìn)月進(jìn)尺計(jì)劃為450 m/月，管片堆放場的管片貯量不低于3個月正常掘進(jìn)使用的貯量。

(2)管片構(gòu)造：管片環(huán)外徑為8 800 mm；內(nèi)徑為8 100 mm；管片厚度為35 cm；管片最大幅寬為1 818 mm，最小幅寬為1 778 mm。

(3)GB/T22082-2008《預(yù)制混凝土襯砌管片》、JC/T 2030一2010《預(yù)制混凝土襯砌管片生產(chǎn)工藝技術(shù)規(guī)程》。

3 管片預(yù)制廠的規(guī)劃與布置

3.1 管片預(yù)制廠規(guī)模的確定

預(yù)制廠的建設(shè)規(guī)模主要根據(jù)管片產(chǎn)量、管片養(yǎng)護(hù)方式確定。該項(xiàng)目管片預(yù)制廠的月生產(chǎn)量根據(jù)與掘進(jìn)進(jìn)度要求相一致設(shè)定為450 m/月；為了加強(qiáng)管片模具的周轉(zhuǎn)效率，避免人為因素，管片生產(chǎn)采用自動化生產(chǎn)線，管片出模前采用蒸養(yǎng)方式；根據(jù)工程區(qū)氣溫晝夜變化較大的特點(diǎn)，管片出模后，在室內(nèi)采用噴淋的方式靜養(yǎng)3 d后再轉(zhuǎn)到室外自然養(yǎng)護(hù)。

3.2 管片預(yù)制廠的布置

主體廠房布置為長×寬=84 m×38 m，建筑面積為3 192 m2，配置生產(chǎn)區(qū)、蒸養(yǎng)區(qū)、室內(nèi)養(yǎng)護(hù)區(qū)、室外堆存區(qū)等功能區(qū)域和配套設(shè)施。按照功能劃分為三跨車間，在主廠房區(qū)配置一個中轉(zhuǎn)養(yǎng)護(hù)區(qū)存貯約1 d的管片，在主廠房外側(cè)配置1 092 m2的恒溫養(yǎng)護(hù)室，管片在恒溫室內(nèi)養(yǎng)護(hù)2 d后轉(zhuǎn)至室外堆放場存貯。

管片預(yù)制廠設(shè)計(jì)為三跨車間：

第一跨：主要功能為通過飛行料斗與混凝土拌和系統(tǒng)結(jié)合布置管片蒸養(yǎng)線，其高度和跨度主要考慮滿足蒸養(yǎng)室安裝寬度和生產(chǎn)線飛行料斗上料系統(tǒng)的高度。經(jīng)計(jì)算，該跨設(shè)計(jì)為最低高度3.1 m，最高高度4.1 m，跨度為10 m，主要布置順序?yàn)椋哼M(jìn)模通道+三條蒸養(yǎng)線+出模通道+鍋爐房+空壓機(jī)室+試塊、墊塊間+辦公室。

第二跨：主要功能是管片混凝土生產(chǎn)、鋼筋喂料、管片翻身、管片暫存，其高度和跨度主要考慮滿足16 t橋機(jī)脫模和25 t門機(jī)管片吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)高度，經(jīng)計(jì)算，該跨設(shè)計(jì)為最低高度12.6 m，廠房最高高度13.4 m，跨度16 m。主要布置順序?yàn)椋撼瞿Ｍǖ?一條生產(chǎn)線+鋼筋喂料區(qū)+出模通道+翻轉(zhuǎn)平臺+管片暫存區(qū)，主要配置2 t葫蘆、16 t橋機(jī)及25 t門機(jī)。

第三跨：主要功能為鋼筋籠堆存、鋼筋籠加工、材料堆放，其寬度和跨度主要根據(jù)鋼筋籠生產(chǎn)量和工位數(shù)以及所布置的一臺門機(jī)高度確定。經(jīng)計(jì)算，該跨設(shè)計(jì)為最低高度7.6 m，考慮屋頂坡度因素時設(shè)計(jì)最高高度為8.6 m，跨度為12 m。管片預(yù)制廠平面布置情況見圖1。

3.3 管片生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力計(jì)算和養(yǎng)護(hù)線配置

根據(jù)總進(jìn)度，TBM月進(jìn)尺按450 m/月的要求生產(chǎn)管片，每月生產(chǎn)時間按25 d計(jì)，在TBM開始掘進(jìn)前3個月開始生產(chǎn)管片并進(jìn)行貯備。

圖1 管片預(yù)制廠平面布置圖

每月管片需求量為：(450/1.8×7 )=1 750(片)。

平均每天需要管片：1 750/25=70(片)。

選用HSL28GP 全自動流水生產(chǎn)線1條，管片混凝土的蒸養(yǎng)溫度、養(yǎng)護(hù)時間、進(jìn)出養(yǎng)護(hù)室全部采用自動控制，真空吸盤脫模方式。生產(chǎn)線平均每15 min生產(chǎn)一塊管片，每天3班生產(chǎn)，每班工作時間為7 h；管片每天的平均產(chǎn)量為：(3×7×60/15)=84(片)，能夠滿足管片產(chǎn)量要求。

模具數(shù)量的確定：根據(jù)技術(shù)規(guī)程要求和管片混凝土蒸養(yǎng)配合比試驗(yàn)結(jié)果：在60 ℃～65 ℃環(huán)境中蒸養(yǎng)3.5～4 h后，混凝土出模強(qiáng)度能夠達(dá)到規(guī)范要求的15 MPa以上強(qiáng)度；

蒸養(yǎng)混凝土技術(shù)對靜停、升溫、恒溫、降溫的時間和溫度要求：管片混凝土從下料生產(chǎn)到出模，整個過程約7 h能夠完成一個循環(huán)，每天約能進(jìn)行三個循環(huán)的混凝土澆筑。據(jù)此推算出的模具數(shù)量如下：

模具數(shù)量=單日總產(chǎn)量/模具單循環(huán)次數(shù)/單套模具數(shù)量=70/3/7 =3.3(套)。配置管片模具4套、1條生產(chǎn)線、3條養(yǎng)護(hù)線，即1套模具在生產(chǎn)線上運(yùn)行、3套模具在養(yǎng)護(hù)線上進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。

3.4 管片室外堆放場規(guī)劃

管片室外堆放場布置在管片預(yù)制場外側(cè)?？紤]到管片提前3個月的生產(chǎn)堆存量(約5 250片)，按一環(huán)堆兩垛放置，約需堆放面積22 512 m2。

4 管片生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

4.1 生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)方案

4.1.1 線型設(shè)計(jì)

主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)：流水生產(chǎn)線設(shè)計(jì)為4 線制，即1 條作業(yè)線、3 條養(yǎng)護(hù)線，最大滿足4 套管片模具同時運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.1.2 適用模具

模具的設(shè)計(jì)使用壽命按大于1 500 環(huán)考慮。配置模具4 套，管片模具規(guī)格見表1。

表1 模具規(guī)格表

4.1.3 工作進(jìn)度

每日工作21 h，生產(chǎn)線設(shè)計(jì)最大產(chǎn)能為日均3 個循環(huán)。

4.2 管片生產(chǎn)和蒸養(yǎng)

4.2.1 養(yǎng)護(hù)窯

蒸汽養(yǎng)護(hù)窯設(shè)計(jì)在車間的內(nèi)部，靜養(yǎng)區(qū)設(shè)置在蒸養(yǎng)房與進(jìn)模坑道之間，靜養(yǎng)時間設(shè)計(jì)為2.25 h。

4.2.2 蒸汽養(yǎng)護(hù)

管片在蒸汽養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)共進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)3.75 h。其中升溫0.75 h、恒溫2.25 h、降溫區(qū)0.75 h。溫度值可按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置，由電腦自動控制。

4.3 管片混凝土生產(chǎn)

在生產(chǎn)流水線車間內(nèi)部澆筑工位設(shè)計(jì)一個移動料斗，連接拌和系統(tǒng)和生產(chǎn)線進(jìn)行混凝土供料，附著式振搗器振搗；為了解決振搗器作業(yè)時影響模具行走系統(tǒng)的問題，在作業(yè)線上設(shè)計(jì)了1 個定位隔振平臺。通過定位隔振平臺將模具抬升，防止將混凝土振搗時產(chǎn)生的振動傳遞到地面或通過鋼軌傳到其他模具，從而防止振動能量損失，提高混凝土的振搗效率，提高模具的使用壽命；在澆筑振動工位設(shè)計(jì)澆筑振動隔音室，以降低振動噪聲對作業(yè)人員的傷害和對周邊環(huán)境的影響。

4.4 生產(chǎn)流水線工位設(shè)計(jì)

生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程見圖2。

圖2 管片生產(chǎn)工藝流程圖

4.5 管片出模

管片混凝土出主養(yǎng)護(hù)室后，用安裝在主養(yǎng)護(hù)室的轉(zhuǎn)換小車將模具(管片混凝土)轉(zhuǎn)運(yùn)到準(zhǔn)備線上；然后打開模具，用16 t橋機(jī)及管片脫模裝置(真空吸盤)將管片從模具內(nèi)吊出。

管片翻轉(zhuǎn)：管片吊出模具后，用16 t橋機(jī)直接將管片吊入管片翻轉(zhuǎn)臺，將管片翻轉(zhuǎn)180°,使管片內(nèi)側(cè)面向上、外側(cè)面向下(蒸養(yǎng)時管片外側(cè)向上)。

管片室內(nèi)養(yǎng)護(hù)：管片翻轉(zhuǎn)后，用25 t門機(jī)將管片吊入預(yù)制廠室內(nèi)養(yǎng)護(hù)中轉(zhuǎn)區(qū)進(jìn)行室內(nèi)養(yǎng)護(hù)，中轉(zhuǎn)區(qū)配置面積為30 m×13.5 m，考慮30 m×3.5 m的轉(zhuǎn)運(yùn)交通通道后，按每環(huán)分兩垛堆放(3+4)，可堆存91片、約1.2 d的生產(chǎn)量，管片之間用墊木隔開。

管片質(zhì)量檢查：管片質(zhì)量檢查主要包括外觀尺寸檢查、表觀質(zhì)量檢查和同期工況下的強(qiáng)度檢測以及管片每生產(chǎn)200環(huán)后進(jìn)行一次管片試拼裝檢查。

管片室外養(yǎng)護(hù)：管片在恒溫室養(yǎng)護(hù)2 d后，用25 t叉車將管片運(yùn)輸?shù)绞彝怵B(yǎng)護(hù)。只有經(jīng)質(zhì)量檢查合格后的管片方可運(yùn)輸?shù)蕉磧?nèi)進(jìn)行安裝。

4.6 鋼筋加工區(qū)

鋼筋籠加工車間寬12 m，長84 m，劃分為鋼筋堆放區(qū)、鋼筋加工區(qū)、半成品堆放區(qū)、鋼筋籠綁扎區(qū)。鋼筋籠綁扎區(qū)共設(shè)18個工位，每天每個工位可生產(chǎn)鋼筋籠5.25個，18個工位可生產(chǎn)鋼筋籠94個,遠(yuǎn)大于管片產(chǎn)能84塊。配置10 t門機(jī)一臺、鋼筋籠轉(zhuǎn)運(yùn)叉車一臺，可滿足鋼筋籠的及時轉(zhuǎn)運(yùn)與貯存。

4.7 管片室內(nèi)養(yǎng)護(hù)區(qū)

該管片預(yù)制廠配置了1 092 m2的室內(nèi)養(yǎng)護(hù)區(qū)，可堆存約237塊管片，管片從中轉(zhuǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移至室內(nèi)養(yǎng)護(hù)區(qū)進(jìn)行室內(nèi)恒溫養(yǎng)護(hù)，室內(nèi)恒溫養(yǎng)護(hù)約2 d后轉(zhuǎn)運(yùn)至室外堆存。

5 結(jié) 語

(1)C35混凝土管片出模后的強(qiáng)度為16～19 MPa，室內(nèi)養(yǎng)護(hù)3 d后混凝土管片強(qiáng)度為28～32 MPa，養(yǎng)護(hù)28 d后混凝土管片強(qiáng)度為39～48 MPa，出模后的管片沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、大面積氣泡等缺陷，管片生產(chǎn)工藝滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)管片廠的整體設(shè)計(jì)和分區(qū)基本能滿足450 m/月的產(chǎn)能要求，但鋼筋籠生產(chǎn)工位全部由人工操作，人的因素影響相對較大。今后可考慮管片鋼筋籠的自動化生產(chǎn)線予以解決。

(3)脫模劑經(jīng)過高溫蒸養(yǎng)后容易出現(xiàn)脫模劑粘模、掉渣、結(jié)晶等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響清模進(jìn)度和質(zhì)量，從而影響混凝土生產(chǎn)線的整個運(yùn)行時間和混凝土管片的外觀質(zhì)量，因此，對脫模劑的選擇尤為重要。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-08-15

TV554+.3;TV545;TV51

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1001-2184(2016)05-0027-03

張龍斌(1976-)，男，四川都江堰人，工程師，從事建設(shè)工程施工技術(shù)與管理工作；

程學(xué)剛(1977-)，男，四川都江堰人，助理工程師，從事建設(shè)工程施工技術(shù)與管理工作；

梁 和(1980-)，男，四川都江堰人，助理工程師，從事建設(shè)工程施工技術(shù)與管理工作.