朱智勇

(山東匯通建設(shè)集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250000)

1 引 言

近年來(lái)我國(guó)采用裝配式施工的地下結(jié)構(gòu)越來(lái)越多，裝配式地下結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍由盾構(gòu)隧道、管廊逐步向地鐵車(chē)站、地下交通等大斷面地下結(jié)構(gòu)發(fā)展[1]。大斷面地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，往往分塊較多，造成結(jié)構(gòu)整體存在大量接縫，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的整體性與防水能力[2]。對(duì)于富水地層，過(guò)多的接縫不利于結(jié)構(gòu)防水，結(jié)構(gòu)往往需設(shè)置多道防水條[3]。對(duì)此，富水地層地下裝配式結(jié)構(gòu)宜采用較少的結(jié)構(gòu)分塊。大斷面裝配式地下結(jié)構(gòu)分塊較少時(shí)，預(yù)制構(gòu)件體積往往較大，大體積預(yù)制構(gòu)件加工難度遠(yuǎn)大于管片、管廊等小體積預(yù)制構(gòu)件，而目前我國(guó)針對(duì)地下工程預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量控制的研究多集中在體積較小預(yù)制構(gòu)件，針對(duì)大體積預(yù)制構(gòu)件研究較少。大體積預(yù)制構(gòu)件加工將面臨兩個(gè)重要難題：大鋼筋加工量大，質(zhì)量要求高，加工難度大，加工速度慢，需采用自動(dòng)化加工設(shè)備；混凝土澆筑體積大，振搗、養(yǎng)護(hù)等控制難度大[4]。對(duì)此，亟需開(kāi)展大體積地下裝配式結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制技術(shù)研究。

針對(duì)大斷面裝配式地下結(jié)構(gòu)大體積預(yù)制構(gòu)件鋼筋加工和混凝土澆筑難題，研究依托濟(jì)陽(yáng)有軌電車(chē)項(xiàng)目，開(kāi)展了大體積預(yù)制構(gòu)件鋼筋自動(dòng)化加工及混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)研究，并探討了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧大體積預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量智能管控，研究可為大斷面地下交通結(jié)構(gòu)大體積預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)提供相應(yīng)的借鑒。

2 預(yù)制構(gòu)件及生產(chǎn)平臺(tái)

新建至濟(jì)陽(yáng)區(qū)有軌電車(chē)工程線路全長(zhǎng)約35.5 km，是連接濟(jì)南城區(qū)至新舊動(dòng)能起步區(qū)的重要交通線路，其中光明街站至工業(yè)北路站，全長(zhǎng)6.3 km，設(shè)6站6區(qū)間，采用明挖施工，主體結(jié)構(gòu)采用裝配式施工，為兩艙結(jié)構(gòu)。為保證結(jié)構(gòu)的整體性，主體結(jié)構(gòu)采用了較少的分塊型式。預(yù)制構(gòu)件直線段斷面尺寸10.3 m×6.1 m，曲線段斷面尺寸10.6 m×6.1 m，結(jié)構(gòu)為上、下分體，高度分別為2.85 m、3.25 m，構(gòu)件縱向長(zhǎng)度2 m。預(yù)制構(gòu)件疊合段斷面尺寸9.9 m×6.1 m，結(jié)構(gòu)為上、下分體，高度分別為2.85 m、3.25 m，構(gòu)件縱向長(zhǎng)度2.4 m。

預(yù)制節(jié)段上、下部分采用承插口+預(yù)應(yīng)力鋼筋連接，結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)留槽口用以布置精軋螺紋鋼筋，豎向螺紋鋼筋施加永久預(yù)應(yīng)力后在進(jìn)行相鄰節(jié)段的連接。相鄰兩節(jié)連接分為臨時(shí)連接和永久連接，相鄰節(jié)段靠攏后通過(guò)臨時(shí)預(yù)應(yīng)力光圓鋼棒張拉連接，5環(huán)拼裝完成后進(jìn)行永久連接，采用鋼絞線連接，連接前先拆除光圓鋼棒，安裝鋼絞線，并進(jìn)行張拉，鋼絞線全部張拉完畢后進(jìn)行灌漿，形成管節(jié)段的永久連接。

有軌電車(chē)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)車(chē)間分為混凝土車(chē)間、生產(chǎn)主車(chē)間、鋼筋車(chē)間。生產(chǎn)主車(chē)間跨度36 m，布置上、下分體式拼裝有軌電車(chē)預(yù)制構(gòu)件模具30套、自動(dòng)三級(jí)布料系統(tǒng)一套；混凝土車(chē)間建有180攪拌站一座；鋼筋加工車(chē)間布置全自動(dòng)鋼筋網(wǎng)焊接彎曲成型生產(chǎn)線2套、數(shù)控鋼筋液壓剪切生產(chǎn)線1套、數(shù)控立式鋼筋彎曲機(jī)1套、數(shù)控對(duì)焊機(jī)1套、自動(dòng)彎箍機(jī)1套。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線單日鋼筋加工焊接產(chǎn)能約200 t，單日混凝土澆筑作業(yè)約1 000 m3。

3 鋼筋自動(dòng)加工技術(shù)

鋼筋加工過(guò)程由鋼筋進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、鋼筋加工、鋼筋網(wǎng)片焊接、鋼筋骨架組裝、鋼筋骨架驗(yàn)收、鋼筋骨架轉(zhuǎn)場(chǎng)6個(gè)環(huán)節(jié)組成。具體生產(chǎn)流程為：鋼筋驗(yàn)收→分類(lèi)擺放→鋼筋切斷→彎曲加工→對(duì)焊加工→鋼筋網(wǎng)片制作→鋼筋骨架組裝→鋼筋骨架驗(yàn)收→鋼筋轉(zhuǎn)場(chǎng)。

鋼筋進(jìn)場(chǎng)時(shí)先對(duì)材料質(zhì)量、型號(hào)等進(jìn)行驗(yàn)收。通過(guò)數(shù)控鋼筋液壓剪切生產(chǎn)線對(duì)鋼筋進(jìn)行自動(dòng)切割，鋼筋切割參數(shù)可根據(jù)需求設(shè)定。需要彎曲和對(duì)焊的鋼筋通過(guò)彎曲主機(jī)和數(shù)控對(duì)焊機(jī)自動(dòng)加工，趕緊彎折需設(shè)置長(zhǎng)度、彎曲角度、補(bǔ)償角度等參數(shù)。鋼筋網(wǎng)片制作采用了全國(guó)首創(chuàng)的全自動(dòng)鋼筋網(wǎng)片焊接彎曲生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備由儲(chǔ)料架裝置、焊接主機(jī)機(jī)構(gòu)、橫筋落料機(jī)構(gòu)、上拉網(wǎng)機(jī)構(gòu)、托起機(jī)構(gòu)、彎曲機(jī)構(gòu)、升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)七大部分組成，可生產(chǎn)網(wǎng)寬2.5 m、網(wǎng)片長(zhǎng)度18 m的大型鋼筋網(wǎng)片。設(shè)備可設(shè)定任意橫筋間距和尺寸順序，并能同時(shí)施焊14個(gè)點(diǎn)位，同時(shí)彎曲角度0°～180°，彎曲速度約每秒30°。該設(shè)備約40 min就可完成一片鋼筋外網(wǎng)片的焊接與彎曲，人工制作則需要約2 h。鋼筋網(wǎng)片成型后，利用胎模架組裝、焊接形成鋼筋骨架。成型的鋼筋骨架上掛二維碼標(biāo)簽，質(zhì)檢員通過(guò)掃描二維碼錄入鋼筋骨架信息與質(zhì)量狀況。鋼筋骨架成型后，操作工人移動(dòng)懸掛自制吊架的橋式起重機(jī)，起重機(jī)8個(gè)鏈鉤同時(shí)鉤住鋼筋骨架頂板四角與中隔墻腋角處鋼筋，運(yùn)至待檢區(qū)，經(jīng)檢查合格后通過(guò)擺渡車(chē)運(yùn)至混凝土澆筑車(chē)間。

4 混凝土施工與養(yǎng)護(hù)

預(yù)制構(gòu)件混凝土澆筑過(guò)程由模具清理、涂刷脫模劑、預(yù)埋滑槽安裝、鋼筋籠安裝、波紋管安裝、鎖盒安裝、預(yù)埋件、合模、混凝土澆筑、收面、場(chǎng)內(nèi)蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)、模具開(kāi)啟等環(huán)節(jié)組成。

預(yù)制構(gòu)件模具主要由側(cè)模、端模、底座、內(nèi)模支撐架4個(gè)部分組成。側(cè)模、端模、內(nèi)模上下兩段通過(guò)法蘭板連接，生產(chǎn)時(shí)不需要拆卸。模具配件主要包括液壓缸、穿杠(固定張拉波紋管)、鎖盒(張拉槽口成型預(yù)埋件)。模具側(cè)門(mén)、端頭及內(nèi)模的開(kāi)合升降均由液壓缸驅(qū)動(dòng)。焊接成型的鋼筋骨架通過(guò)擺渡車(chē)由鋼筋車(chē)間移運(yùn)至生產(chǎn)車(chē)間，并吊運(yùn)至預(yù)制構(gòu)件模板上，隨后安裝波紋管、槽口等預(yù)埋件安裝，其中預(yù)埋件種類(lèi)包括固定模具的側(cè)墻鎖盒、后張法防止鋼絞線產(chǎn)生無(wú)損的金屬波紋管、預(yù)制工廠和現(xiàn)場(chǎng)需要起吊時(shí)所使用的吊釘、后期張拉處的槽口橡膠塊。預(yù)埋件安裝后依次合模，合膜先內(nèi)模后外模。行走式的混凝土布料機(jī)依次澆筑混凝土，澆筑時(shí)使用附著式振動(dòng)器振動(dòng)和插入式振搗棒振搗。振搗完成后對(duì)混凝土收面工作，收面有粗收面、精收面兩個(gè)程序。最后利用固定在模具旁邊的蒸養(yǎng)罩進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)蒸養(yǎng)，混凝土的養(yǎng)護(hù)要在混凝土表面覆蓋塑料薄膜，通過(guò)溫控設(shè)備，實(shí)時(shí)對(duì)蒸養(yǎng)罩內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)控，溫度保持在40 ℃左右。到達(dá)規(guī)定蒸養(yǎng)時(shí)間后(3～10月蒸養(yǎng)時(shí)間為12～14 h，10月-次年2月蒸養(yǎng)時(shí)間為24 h)，拉開(kāi)蒸養(yǎng)罩，降溫處理、準(zhǔn)備開(kāi)模、轉(zhuǎn)場(chǎng)。通過(guò)運(yùn)輸車(chē)將預(yù)制構(gòu)件運(yùn)輸至堆放場(chǎng)內(nèi)，并噴灑養(yǎng)護(hù)液，構(gòu)件養(yǎng)護(hù)完成后根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)需求先檢驗(yàn)后運(yùn)輸至工程現(xiàn)場(chǎng)。

5 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)智能管控

有軌電車(chē)主體結(jié)構(gòu)分塊較少，預(yù)制構(gòu)件體積較大，預(yù)制施工中管理難度大，對(duì)此基于裝配式構(gòu)件數(shù)字工程管理平臺(tái)，采用信息化、智能化的系統(tǒng)對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)行全過(guò)程物聯(lián)網(wǎng)管控。通過(guò)信息化管理打通了從原材進(jìn)場(chǎng)到產(chǎn)品出廠的全過(guò)程管理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、動(dòng)態(tài)分析、全域顯示。裝配式構(gòu)件數(shù)字工程管理平臺(tái)包括工作臺(tái)、人員管理、工程項(xiàng)目管理、計(jì)劃管理、技術(shù)管理、生產(chǎn)管理、外場(chǎng)管理、物資管理、設(shè)備管理、安全管理與報(bào)表中心等模塊(如圖1所示)，為整個(gè)流程提供了嚴(yán)格、有效、便捷的管理模式。

圖1 裝配式構(gòu)件數(shù)字工程管理平臺(tái)

生產(chǎn)管理模塊設(shè)置九個(gè)子項(xiàng)：半成品生產(chǎn)臺(tái)賬、半成品質(zhì)檢臺(tái)賬、鋼筋骨架、構(gòu)件生產(chǎn)、待澆筑構(gòu)件環(huán)信息、模具管理、養(yǎng)護(hù)溫度管理和檢驗(yàn)資料管理。生產(chǎn)管理模塊與鋼筋加工設(shè)備連通，能夠自動(dòng)采集每日鋼筋加工數(shù)量，形成半成品生產(chǎn)臺(tái)賬。質(zhì)檢員可根據(jù)半成品生產(chǎn)臺(tái)賬，抽檢鋼筋半成品質(zhì)量，并上傳質(zhì)檢結(jié)果形成半成品質(zhì)檢臺(tái)賬。抽檢時(shí)質(zhì)檢員可借助手持掃碼設(shè)備掃描鋼筋骨架上的二維碼，進(jìn)行鋼筋質(zhì)量檢驗(yàn)的信息錄入，質(zhì)檢信息可快速上傳至信息管理平臺(tái)，鋼筋骨架入模待質(zhì)檢員隱蔽驗(yàn)收后，生產(chǎn)部管理人員使用手持掃碼設(shè)備掃描鋼筋骨架與模具上的二維碼檢查鋼筋骨架與模具型號(hào)是否匹配。混凝土澆筑、構(gòu)件出模時(shí)，生產(chǎn)管理人員均需掃描二維碼上傳生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)。構(gòu)件生產(chǎn)頁(yè)面可查看已經(jīng)生產(chǎn)構(gòu)件的關(guān)鍵信息從而實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的質(zhì)量追溯。

6 結(jié) 論

針對(duì)大體積預(yù)制構(gòu)件鋼筋自動(dòng)化加工及混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)研究，并通過(guò)智能管控技術(shù)，對(duì)大體積預(yù)制構(gòu)件的加工，得到以下結(jié)論。

(1)大斷面預(yù)制構(gòu)件鋼筋采用全自動(dòng)鋼筋網(wǎng)片焊接彎曲生產(chǎn)設(shè)備加工可實(shí)現(xiàn)鋼筋網(wǎng)片的自動(dòng)加工，提升鋼筋加工速度與加工及質(zhì)量。

(2)利用預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)模板和可移動(dòng)式布料機(jī)進(jìn)行混凝土澆筑可提升混凝土澆筑速度，附著式振動(dòng)器振動(dòng)和插入式振搗棒振搗能夠保障振搗質(zhì)量，開(kāi)拉式蒸養(yǎng)罩可提供恒溫養(yǎng)護(hù)環(huán)境。

(3)通過(guò)全過(guò)程物聯(lián)網(wǎng)信息化管理打通了從原材進(jìn)場(chǎng)到產(chǎn)品出廠的全過(guò)程管理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、動(dòng)態(tài)分析、全域顯示。