大型煤礦長(zhǎng)斜井TBM掘進(jìn)管片自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)

呂春雷

(中鐵十三局集團(tuán)第五工程有限公司，四川成都 610017)

近年來(lái)隨著TBM掘進(jìn)技術(shù)的完善與推廣，預(yù)制管片的需求量也隨之大增，鋼筋混凝土管片的預(yù)制生產(chǎn)進(jìn)入了高速發(fā)展期。目前國(guó)內(nèi)管片的預(yù)制生產(chǎn)，大多采用的是固定的生產(chǎn)方式，其生產(chǎn)效率相對(duì)較低，模具的利用率也較低。近年來(lái)開始推廣使用的管片自動(dòng)化生產(chǎn)線，從入模、澆筑、養(yǎng)護(hù)、脫模等整條工序，全部在自動(dòng)化生產(chǎn)線上進(jìn)行。模具直接在生產(chǎn)線上，自動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)入下一道工序，操作工人在固定的工位上作業(yè)，不必再像傳統(tǒng)的制作方法，圍著固定模具滿場(chǎng)地跑。我公司承建的神華新街臺(tái)格廟礦區(qū)TBM工法長(zhǎng)斜井工程中的管片預(yù)制廠，采用自動(dòng)化生產(chǎn)線模式施工。

新街臺(tái)格廟礦區(qū)位于鄂爾多斯市境內(nèi)，行政隸屬鄂爾多斯市伊金霍洛旗和烏審旗。礦區(qū)一號(hào)礦井的主、副斜井(1#，2#試驗(yàn)井)采用TBM掘進(jìn)施工，斜井采用-10.5%(6°)下坡，長(zhǎng)度6 314 m，斜井間距(中心距)為50m。其中明槽段205m，TBM施工段6 109 m。本工程采用預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌。試驗(yàn)井的內(nèi)徑為6.6 m，管片厚度取0.35m，管片寬度1.5m，斜井管片環(huán)采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)的形式。每條斜井有4 073環(huán)管片，兩條斜井共有8 146環(huán)管片。

1 管片自動(dòng)生產(chǎn)流水線

自動(dòng)流水線指模具在生產(chǎn)線上有規(guī)律地按著一定節(jié)拍行走，操作工人站在固定的工位上完成本工序的操作，完成一個(gè)等待下一個(gè)［1］。振動(dòng)臺(tái)采用整體式的，固定在生產(chǎn)線的某個(gè)位置上。振動(dòng)臺(tái)的上方是混凝土料斗，攪拌好的混凝土直接輸送至料斗中，等待澆筑。管片澆筑成型抹面后，進(jìn)入養(yǎng)護(hù)房蒸養(yǎng)。

自動(dòng)流水線由控制系統(tǒng)、生產(chǎn)線、養(yǎng)護(hù)線、振動(dòng)臺(tái)、平移小車、澆筑系統(tǒng)和養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)組成，見(jiàn)圖1。

圖1 管片自動(dòng)流水線模型

依據(jù)管片模具生產(chǎn)實(shí)踐［2-3］，結(jié)合各項(xiàng)技術(shù)條款、管片結(jié)構(gòu)圖，采用重型鋼模具(見(jiàn)圖2)?；炷恋乃涠纫鬄?0～30mm，管片推進(jìn)方有凸臺(tái)，止水槽深度達(dá)20mm，工藝采用自動(dòng)流水生產(chǎn)線，整體振動(dòng)平臺(tái)配底部振動(dòng)成型。

圖2 管片模具結(jié)構(gòu)

按管片生產(chǎn)技術(shù)要求［4-6］，管片生產(chǎn)包括鋼筋制作、鋼模準(zhǔn)備、混凝土澆筑、脫模、養(yǎng)護(hù)、儲(chǔ)存等，其工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 管片生產(chǎn)工藝流程

2 管片生產(chǎn)工序

結(jié)合目前管片生產(chǎn)工藝［7-8］，自動(dòng)生產(chǎn)工序如下:

1)模具清理及組模。①鋼模清理:對(duì)管片脫模后模具內(nèi)混凝土殘積物進(jìn)行清理，并對(duì)模具噴涂脫模油。②組模:在檢查模具各部件后，將側(cè)模板向內(nèi)輕輕推進(jìn)就位，用手旋緊定位螺栓，使用模端的推上螺栓，將模推至吻合標(biāo)志，把端模板與側(cè)模板連接螺栓裝上，用手初步擰緊后用專用工具均衡用力擰至牢固，特別注意嚴(yán)格使吻合標(biāo)志完全對(duì)正位。

2)鋼筋骨架入模。在鋼筋籠上指定位置裝上保護(hù)層墊塊后由橋吊配合專用吊具按規(guī)格把鋼筋籠吊放入模具，檢查周側(cè)、底部保護(hù)層是否勻稱。

3)混凝土澆搗。采用整體振動(dòng)平臺(tái)完成混凝土振搗工作，同時(shí)采用插入式振搗棒輔助振搗。模具進(jìn)入振搗平臺(tái)后，混凝土由接料斗卸入模板內(nèi)，同時(shí)開動(dòng)整體振動(dòng)臺(tái)，并采用振搗棒將模具中段混凝土推向模具兩端，逐步完成混凝土振搗工作。

4)光(拾)面。拆卸面板的時(shí)間應(yīng)隨氣溫及混凝土凝結(jié)情況而決定，一般在澆筑完成后10min，以掀開中間的薄塑布用手按微平凹痕為準(zhǔn)。

5)蒸汽養(yǎng)護(hù)。采用流水線施工，在整個(gè)蒸汽養(yǎng)護(hù)期間，模具除蓋板打開外，管片養(yǎng)護(hù)期間不拆模，模具與管片一同在養(yǎng)護(hù)房養(yǎng)護(hù)。蒸汽養(yǎng)護(hù)分靜養(yǎng)和蒸養(yǎng)兩個(gè)階段，蒸養(yǎng)又分成升溫、恒溫、降溫三個(gè)步驟。

6)管片拆模及修整。管片經(jīng)蒸養(yǎng)房蒸養(yǎng)后，一般混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%左右，即滿足脫模強(qiáng)度要求。脫模強(qiáng)度由試驗(yàn)室在脫模前提供試驗(yàn)報(bào)告，若管片經(jīng)蒸養(yǎng)后達(dá)不到試驗(yàn)脫模強(qiáng)度，暫停流水作業(yè)，加長(zhǎng)蒸養(yǎng)時(shí)間，待管片強(qiáng)度滿足要求后，恢復(fù)流水作業(yè)，進(jìn)入下一道工序作業(yè)。

7)管片養(yǎng)護(hù)。管片養(yǎng)護(hù)分浸水養(yǎng)護(hù)與噴淋養(yǎng)護(hù)兩個(gè)階段，管片由運(yùn)輸小車運(yùn)至水養(yǎng)區(qū)后，由天車起吊移至浸水養(yǎng)護(hù)水池，經(jīng)浸水養(yǎng)護(hù)7 d后，再移至噴淋養(yǎng)護(hù)區(qū)進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)。

8)管片成品標(biāo)識(shí)。在每塊鋼模的內(nèi)弧面的統(tǒng)一位置鑄有管片類型、鋼模編號(hào)等凹形標(biāo)志，便于控制質(zhì)量和發(fā)運(yùn)。

3 管片成品拼裝及精度

圖4 管片三環(huán)水平拼裝

表1 拼裝成品精度 mm

管片投產(chǎn)后生產(chǎn)滿50環(huán)進(jìn)行試拼裝，其成品見(jiàn)圖4所示，三環(huán)水平拼裝后精度各項(xiàng)指標(biāo)列于表1。從圖4和表1可以看出，采用文中確定的自動(dòng)生產(chǎn)工藝可以快速生產(chǎn)出復(fù)雜條件下，特別是長(zhǎng)斜井TBM掘進(jìn)所需的工程管片，并且精度完全可以滿足工程要求。

4 結(jié)語(yǔ)

1)大型煤礦長(zhǎng)斜井TBM掘進(jìn)條件較為復(fù)雜，工程管片要求質(zhì)量較高，必須選擇合理且可行的生產(chǎn)設(shè)備、工藝和工序，據(jù)此才能確保工程施工達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2)依據(jù)本文中確定的管片自動(dòng)生產(chǎn)流水線、管片生產(chǎn)模具結(jié)構(gòu)、管片生產(chǎn)工藝流程和管片生產(chǎn)工序可以快速地生產(chǎn)出批量管片成品，且拼裝后精度能夠達(dá)到較高水平，可滿足大型地下煤礦長(zhǎng)斜井TBM掘進(jìn)施工要求。

3)鑒于大型煤礦長(zhǎng)斜井TBM掘進(jìn)管片要求較高，對(duì)管片的質(zhì)量控制技術(shù)應(yīng)進(jìn)一步研究。

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