王曉方曹云祥梁 恩

1. 云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司 云南 昆明 650501；2. 云南建投安裝股份有限公司 云南 昆明 650032

傳統(tǒng)超前注漿小導(dǎo)管的制作加工是在隧道口附近設(shè)置加工點，純?nèi)斯みM(jìn)行加工，工人勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量差。

近年來，國內(nèi)外開發(fā)出了各種隧道超前注漿小導(dǎo)管制作加工專用設(shè)備，使得超前注漿小導(dǎo)管的制造效率及質(zhì)量得到顯著提高，但存在各類專用設(shè)備不集中，難以形成工廠化規(guī)模生產(chǎn)。

我公司在承擔(dān)的香麗高速公路隧道的超前注漿小導(dǎo)管制作加工過程中，將不同功能的小導(dǎo)管制作專用設(shè)備進(jìn)行合理集成組合，形成了超前注漿小導(dǎo)管工廠化規(guī)模生產(chǎn)工藝，但仍存在部分設(shè)備功能不夠完善、故障多等問題，以致注漿小導(dǎo)管的加工制作難以實現(xiàn)順暢的流水線生產(chǎn)。為此，通過在生產(chǎn)過程中對設(shè)備進(jìn)行不斷的技術(shù)改進(jìn)、優(yōu)化制作工序，形成了較完善的超前注漿小導(dǎo)管工廠化生產(chǎn)線和數(shù)字化生產(chǎn)工藝。經(jīng)項目實施應(yīng)用證明，本技術(shù)可靠和先進(jìn)。

1 注漿小導(dǎo)管生產(chǎn)工藝及設(shè)備改進(jìn)

1.1注漿小導(dǎo)管生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

1.1.1 傳統(tǒng)的注漿小導(dǎo)管生產(chǎn)工藝

傳統(tǒng)的注漿小導(dǎo)管制作加工方法是由隧道施工作業(yè)隊在隧道口附近設(shè)置臨時加工點，各制作工序采用純?nèi)斯さ姆绞竭M(jìn)行。小導(dǎo)管錐頭采用氧乙炔焰切割后，由人工壓制成形，成形后的質(zhì)量及強(qiáng)度較差，嚴(yán)重影響注漿小導(dǎo)管在安裝過程中的準(zhǔn)確性以及貫入度。注漿小導(dǎo)管上的溢漿孔采用臺鉆制作，甚至采用氣割的方式進(jìn)行加工，導(dǎo)致溢漿孔的貫通率以及加工幾何尺寸精度低，嚴(yán)重影響隧道的注漿質(zhì)量以及工作效率[1-2]。

1.1.2 改進(jìn)后的注漿小導(dǎo)管工廠化、數(shù)字化生產(chǎn)工藝

注漿小導(dǎo)管工廠化、數(shù)字化生產(chǎn)工藝是按照注漿小導(dǎo)管制作工序需要的設(shè)備進(jìn)行劃分的，根據(jù)劃分出的設(shè)備類型進(jìn)行分類，將近年來國內(nèi)研發(fā)出來的各類專業(yè)生產(chǎn)機(jī)械、數(shù)控設(shè)備進(jìn)行有序組合和合理集成后，形成具有一定自動化程度的生產(chǎn)作業(yè)線，實現(xiàn)注漿小導(dǎo)管的流水線生產(chǎn)，大幅提高了小導(dǎo)管生產(chǎn)效率和制作質(zhì)量（圖1）。

圖1 注漿小導(dǎo)管制作加工設(shè)備的集成

1.2注漿小導(dǎo)管溢漿孔制作工藝的改進(jìn)

1.2.1 原設(shè)備存在的不足

1）原溢漿孔的加工通常采用臺鉆或者熱切割，需要投入較多的人員及設(shè)備，以每班生產(chǎn)200根為例，采用臺鉆制孔需要投入8臺臺鉆、8名操作工，工作10 h才能完成，并且鉆孔過程中操作人員須全程緊盯構(gòu)件制孔，容易造成視覺疲勞，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下及出現(xiàn)漏鉆現(xiàn)象，并存在較大的安全隱患。

2）原專業(yè)數(shù)控沖剪設(shè)備在沖剪過程中，因沖頭摩擦產(chǎn)生的熱量對沖頭產(chǎn)生退火效應(yīng)，極大地降低了沖頭使用壽命，而且沖頭退火后，硬度會下降甚至變形，影響溢漿孔的成形質(zhì)量。

1.2.2 改進(jìn)措施及效果

1）根據(jù)原設(shè)備存在的不足，經(jīng)過技術(shù)人員研究后，對設(shè)備進(jìn)行針對性改進(jìn)。一是在原設(shè)備的基礎(chǔ)上設(shè)定了沖頭行程，確保每個溢漿孔在沖剪過程中，能完全穿透且不會出現(xiàn)漏鉆的情況；二是在原設(shè)備上增加了冷卻、潤滑裝置，利用皂化液對沖頭進(jìn)行物理降溫及潤滑，既降低了沖頭反復(fù)做功產(chǎn)生的熱量，又減小了摩擦熱量，降低了沖頭的退火效應(yīng)，大幅提高了沖頭使用壽命以及溢漿孔的成形質(zhì)量[3-5]。

2）改進(jìn)后的數(shù)控沖剪設(shè)備極大地降低了勞動力使用，注漿小導(dǎo)管制孔過程中僅需1名操作工人檢查沖剪設(shè)備是否運行正常，另配備2名輔助工負(fù)責(zé)添加原材料和成品搬運即可，每班8 h可完成300～350根小導(dǎo)管的生產(chǎn)（圖2）。

圖2 采用臺鉆和數(shù)控沖剪設(shè)備制孔對比

1.3注漿小導(dǎo)管錐頭制作工藝的改進(jìn)

1.3.1 原設(shè)備存在的不足

1）原設(shè)備需由人工將構(gòu)件端部推入和抽出加熱線圈，且構(gòu)件端部在加熱過程中容易與加熱線圈發(fā)生碰撞。加熱線圈為薄壁紫銅管（內(nèi)通冷卻水），一旦發(fā)生碰撞會導(dǎo)致加熱線圈損壞。

2）構(gòu)件錐頭在錐頭成形機(jī)內(nèi)熱塑成形過程中，要承受模具的夾緊約束、旋轉(zhuǎn)及尾部軸向推力的綜合作用，如構(gòu)件出現(xiàn)微彎，錐頭成形后容易產(chǎn)生卡殼現(xiàn)象。

1.3.2 改進(jìn)措施及效果

1）經(jīng)過生產(chǎn)過程中的反復(fù)摸索，在加熱線圈前設(shè)計了1套導(dǎo)向定位裝置，增加導(dǎo)向定位裝置后，操作人員在構(gòu)件端進(jìn)行加熱作業(yè)時，可順利地將構(gòu)件從導(dǎo)向定位裝置內(nèi)推入和抽出加熱線圈，有效避免了構(gòu)件與加熱線圈發(fā)生碰撞的情況，進(jìn)而大大降低了加熱線圈的損壞率和作業(yè)人員的操作難度（圖3）。

圖3 加熱線圈前設(shè)計增加的導(dǎo)向定位裝置

2）鑒于模具卡構(gòu)件的現(xiàn)象，經(jīng)過多次摸索改進(jìn)，在模具內(nèi)部增設(shè)了一段彈簧，當(dāng)軸向推力作用于構(gòu)件時，通過構(gòu)件自身旋轉(zhuǎn)后，彈簧給構(gòu)件一個反向推力，能有效解決脫?？さ默F(xiàn)象。

2 注漿小導(dǎo)生產(chǎn)工藝改進(jìn)后實施效果對比

2.1注漿小導(dǎo)管生產(chǎn)效率方面對比

2.1.1 傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝難以滿足隧道施工的進(jìn)度要求

根據(jù)香麗高速項目指揮部的部署及各施工標(biāo)段的需求計劃，注漿小導(dǎo)管每天的需求量約為3 000根，采用傳統(tǒng)模式的加工方法需投入的人員、設(shè)備及輔材數(shù)量更多，生產(chǎn)效率無法滿足施工進(jìn)度要求。

2.1.2 實現(xiàn)流水生產(chǎn)在很大程度上提高生產(chǎn)效率

采用傳統(tǒng)制造工藝，一個作業(yè)班組每天最多加工制造超前注漿小導(dǎo)管120根左右。

采用經(jīng)改進(jìn)的集成專用設(shè)備工廠化集中制造工藝，一個作業(yè)班組每天可制作加工注漿小導(dǎo)管400根左右，生產(chǎn)效率為傳統(tǒng)工藝的3倍多，而加工作業(yè)人員的投入較傳統(tǒng)模式減少2/3。

2.1.3 對專業(yè)生產(chǎn)設(shè)備存在缺陷及生產(chǎn)工藝的改進(jìn)使得流水線生產(chǎn)更加順暢

通過對專業(yè)生產(chǎn)設(shè)備存在缺陷和生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，大幅降低了制孔沖頭的損耗率和更換沖頭占用的時間，高頻感應(yīng)圈的使用壽命得到大幅延長，并消除了錐頭成形后的卡殼現(xiàn)象，使得注漿小導(dǎo)管的生產(chǎn)效率更高、生產(chǎn)工藝更成熟和完善。

2.2注漿小導(dǎo)管生產(chǎn)質(zhì)量方面對比

2.2.1 傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝缺陷影響注漿小導(dǎo)管質(zhì)量

1）傳統(tǒng)模式下制作加工的注漿小導(dǎo)管錐頭在經(jīng)過人工熱氣體切割抽條后，采用手工錘擊至類錐頭或直接呈“鴨嘴”狀，然后將抽條接縫進(jìn)行焊接，生產(chǎn)成形的錐頭外觀不統(tǒng)一，部分錐頭甚至出現(xiàn)偏心情況，嚴(yán)重影響小導(dǎo)管安裝過程中的準(zhǔn)確度，以致在錨入土體過程中阻力較大，既增加了安裝人員的勞動強(qiáng)度，又經(jīng)常發(fā)生小導(dǎo)管貫入長度不夠等情況，降低了隧道的支護(hù)質(zhì)量。

2）采用氣割制孔的方式，注漿小導(dǎo)管溢漿孔貫通率及幾何尺寸精度低，甚至影響注漿小導(dǎo)管本身強(qiáng)度，導(dǎo)致需要進(jìn)行注漿的隧道周圍土體、巖體不能注漿或注漿效果達(dá)不到要求，嚴(yán)重影響隧道開挖預(yù)支護(hù)強(qiáng)度。

2.2.2 工廠化、數(shù)字化生產(chǎn)工藝有利于質(zhì)量控制

利用工廠化、數(shù)字化生產(chǎn)工藝進(jìn)行注漿小導(dǎo)管的加工，解決了以往在隧道洞口附近利用小場地、小機(jī)具設(shè)備進(jìn)行加工制作過程中，小導(dǎo)管加工質(zhì)量難以管控的問題，通過集中統(tǒng)一管理，從原材料的進(jìn)場、存放，到下料制孔、錐頭制作，再到打包運輸，每一步制作工序都能得到較好的管控，可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化施工管理，能夠從下料長度、制孔精度、錐頭質(zhì)量等各項細(xì)節(jié)實現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化加工（圖4）。

圖4 采用傳統(tǒng)工藝和工廠化生產(chǎn)工藝的小導(dǎo)管錐頭質(zhì)量效果對比

2.3注漿小導(dǎo)管生產(chǎn)在綠色施工方面的對比

2.3.1 傳統(tǒng)生產(chǎn)不利于資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)

采用傳統(tǒng)模式制作加工小導(dǎo)管，需在每個隧道口設(shè)置加工場地，每個加工區(qū)域至少需要約200 m2的加工場地，以香麗高速項目為例計算，全線25條隧道按每條隧道1個加工點計算共需要占地5 000 m2，需要大量征地用于加工場地設(shè)置，不利于環(huán)境生態(tài)保護(hù)，且制作加工點較多和分散，不利于小導(dǎo)管加工過程的質(zhì)量、安全管控。

2.3.2 工廠化、數(shù)字化生產(chǎn)有利于資源節(jié)約及實現(xiàn)綠色施工

傳統(tǒng)注漿小導(dǎo)管錐頭加工采用氧乙炔焰切割、焊接及人工打磨成形的方式，工廠化、數(shù)字化生產(chǎn)無需進(jìn)行錐頭切割、焊接，不需要人工打磨和輔材，并且采用工廠化、數(shù)字化生產(chǎn)工藝，整個項目只需統(tǒng)一設(shè)置1個加工場即能滿足整條線路注漿小導(dǎo)管的生產(chǎn)和供應(yīng)，避免在每個隧道口大面積增加臨時制作場地，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞，符合交通運輸部2019年度重點節(jié)能低碳技術(shù)運用的要求。

3 結(jié)語

經(jīng)過在生產(chǎn)過程中不斷改進(jìn)和完善的注漿小導(dǎo)管工廠化、數(shù)字化生產(chǎn)工藝，各制作專業(yè)設(shè)備功能更加完善，達(dá)到了制作工序質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的目的，形成了較為理想的流水作業(yè)生產(chǎn)，提高了注漿小導(dǎo)管的制作質(zhì)量和生產(chǎn)效率，顛覆了傳統(tǒng)工藝在隧道口設(shè)置臨時加工作業(yè)點的生產(chǎn)模式，為云南省高速公路建設(shè)注漿小導(dǎo)管的制作加工，提供了先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和成熟的管理經(jīng)驗。