雙護盾TBM混凝土預制管片廠的設計與運用

張 龍 斌， 程 學 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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雙護盾TBM混凝土預制管片廠的設計與運用

張 龍 斌， 程 學 剛， 梁 和

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

通過雙護盾TBM管片預制廠的設計和實際運用，對預制廠房的布置、生產線配置和工位設計、管片混凝土出模強度驗證等進行了分析與總結，對今后的管片預制廠設計提供了參考依據。

雙護盾TBM；混凝土預制管片；廠房；運用

1 工程概況

西藏某公路隧道工程項目采用TBM掘進，掘進長度約4 700 m，采用6+1型四邊形預制混凝土管片襯徹。混凝土管片預制廠是TBM掘進過程中的配套設施，主要為TBM掘進過程中提供管片的提前預制和養護、貯備工作。

2 管片預制廠的設計依據

(1)根據項目總施工進度要求，TBM掘進月進尺計劃為450 m/月，管片堆放場的管片貯量不低于3個月正常掘進使用的貯量。

(2)管片構造：管片環外徑為8 800 mm；內徑為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《預制混凝土襯砌管片》、JC/T 2030一2010《預制混凝土襯砌管片生產工藝技術規程》。

3 管片預制廠的規劃與布置

3.1 管片預制廠規模的確定

預制廠的建設規模主要根據管片產量、管片養護方式確定。該項目管片預制廠的月生產量根據與掘進進度要求相一致設定為450 m/月；為了加強管片模具的周轉效率，避免人為因素，管片生產采用自動化生產線，管片出模前采用蒸養方式；根據工程區氣溫晝夜變化較大的特點，管片出模后，在室內采用噴淋的方式靜養3 d后再轉到室外自然養護。

3.2 管片預制廠的布置

主體廠房布置為長×寬=84 m×38 m，建筑面積為3 192 m2，配置生產區、蒸養區、室內養護區、室外堆存區等功能區域和配套設施。按照功能劃分為三跨車間，在主廠房區配置一個中轉養護區存貯約1 d的管片，在主廠房外側配置1 092 m2的恒溫養護室，管片在恒溫室內養護2 d后轉至室外堆放場存貯。

管片預制廠設計為三跨車間：

第一跨：主要功能為通過飛行料斗與混凝土拌和系統結合布置管片蒸養線，其高度和跨度主要考慮滿足蒸養室安裝寬度和生產線飛行料斗上料系統的高度。經計算，該跨設計為最低高度3.1 m，最高高度4.1 m，跨度為10 m，主要布置順序為：進模通道+三條蒸養線+出模通道+鍋爐房+空壓機室+試塊、墊塊間+辦公室。

第二跨：主要功能是管片混凝土生產、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橋機脫模和25 t門機管片吊裝轉運高度，經計算，該跨設計為最低高度12.6 m，廠房最高高度13.4 m，跨度16 m。主要布置順序為：出模通道+一條生產線+鋼筋喂料區+出模通道+翻轉平臺+管片暫存區，主要配置2 t葫蘆、16 t橋機及25 t門機。

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鋼筋籠生產量和工位數以及所布置的一臺門機高度確定。經計算，該跨設計為最低高度7.6 m，考慮屋頂坡度因素時設計最高高度為8.6 m，跨度為12 m。管片預制廠平面布置情況見圖1。

3.3 管片生產線的生產能力計算和養護線配置

根據總進度，TBM月進尺按450 m/月的要求生產管片，每月生產時間按25 d計，在TBM開始掘進前3個月開始生產管片并進行貯備。

圖1 管片預制廠平面布置圖

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 全自動流水生產線1條，管片混凝土的蒸養溫度、養護時間、進出養護室全部采用自動控制，真空吸盤脫模方式。生產線平均每15 min生產一塊管片，每天3班生產，每班工作時間為7 h；管片每天的平均產量為：(3×7×60/15)=84(片)，能夠滿足管片產量要求。

模具數量的確定：根據技術規程要求和管片混凝土蒸養配合比試驗結果：在60 ℃～65 ℃環境中蒸養3.5～4 h后，混凝土出模強度能夠達到規范要求的15 MPa以上強度；

蒸養混凝土技術對靜停、升溫、恒溫、降溫的時間和溫度要求：管片混凝土從下料生產到出模，整個過程約7 h能夠完成一個循環，每天約能進行三個循環的混凝土澆筑。據此推算出的模具數量如下：

模具數量=單日總產量/模具單循環次數/單套模具數量=70/3/7 =3.3(套)。配置管片模具4套、1條生產線、3條養護線，即1套模具在生產線上運行、3套模具在養護線上進行混凝土養護。

3.4 管片室外堆放場規劃

管片室外堆放場布置在管片預制場外側。考慮到管片提前3個月的生產堆存量(約5 250片)，按一環堆兩垛放置，約需堆放面積22 512 m2。

4 管片生產工藝設計

4.1 生產流水線設計方案

4.1.1 線型設計

主要設計技術參數：流水生產線設計為4 線制，即1 條作業線、3 條養護線，最大滿足4 套管片模具同時運轉。

4.1.2 適用模具

模具的設計使用壽命按大于1 500 環考慮。配置模具4 套，管片模具規格見表1。

表1 模具規格表

4.1.3 工作進度

每日工作21 h，生產線設計最大產能為日均3 個循環。

4.2 管片生產和蒸養

4.2.1 養護窯

蒸汽養護窯設計在車間的內部，靜養區設置在蒸養房與進模坑道之間，靜養時間設計為2.25 h。

4.2.2 蒸汽養護

管片在蒸汽養護窯內共進行蒸汽養護3.75 h。其中升溫0.75 h、恒溫2.25 h、降溫區0.75 h。溫度值可按照技術標準要求設置，由電腦自動控制。

4.3 管片混凝土生產

在生產流水線車間內部澆筑工位設計一個移動料斗，連接拌和系統和生產線進行混凝土供料，附著式振搗器振搗；為了解決振搗器作業時影響模具行走系統的問題，在作業線上設計了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；在澆筑振動工位設計澆筑振動隔音室，以降低振動噪聲對作業人員的傷害和對周邊環境的影響。

4.4 生產流水線工位設計

生產線生產工藝流程見圖2。

圖2 管片生產工藝流程圖

4.5 管片出模

管片混凝土出主養護室后，用安裝在主養護室的轉換小車將模具(管片混凝土)轉運到準備線上；然后打開模具，用16 t橋機及管片脫模裝置(真空吸盤)將管片從模具內吊出。

管片翻轉：管片吊出模具后，用16 t橋機直接將管片吊入管片翻轉臺，將管片翻轉180°,使管片內側面向上、外側面向下(蒸養時管片外側向上)。

管片室內養護：管片翻轉后，用25 t門機將管片吊入預制廠室內養護中轉區進行室內養護，中轉區配置面積為30 m×13.5 m，考慮30 m×3.5 m的轉運交通通道后，按每環分兩垛堆放(3+4)，可堆存91片、約1.2 d的生產量，管片之間用墊木隔開。

管片質量檢查：管片質量檢查主要包括外觀尺寸檢查、表觀質量檢查和同期工況下的強度檢測以及管片每生產200環后進行一次管片試拼裝檢查。

管片室外養護：管片在恒溫室養護2 d后，用25 t叉車將管片運輸到室外養護。只有經質量檢查合格后的管片方可運輸到洞內進行安裝。

4.6 鋼筋加工區

鋼筋籠加工車間寬12 m，長84 m，劃分為鋼筋堆放區、鋼筋加工區、半成品堆放區、鋼筋籠綁扎區。鋼筋籠綁扎區共設18個工位，每天每個工位可生產鋼筋籠5.25個，18個工位可生產鋼筋籠94個,遠大于管片產能84塊。配置10 t門機一臺、鋼筋籠轉運叉車一臺，可滿足鋼筋籠的及時轉運與貯存。

4.7 管片室內養護區

該管片預制廠配置了1 092 m2的室內養護區，可堆存約237塊管片，管片從中轉區轉移至室內養護區進行室內恒溫養護，室內恒溫養護約2 d后轉運至室外堆存。

5 結 語

(1)C35混凝土管片出模后的強度為16～19 MPa，室內養護3 d后混凝土管片強度為28～32 MPa，養護28 d后混凝土管片強度為39～48 MPa，出模后的管片沒有發現裂紋、大面積氣泡等缺陷，管片生產工藝滿足設計要求。

(2)管片廠的整體設計和分區基本能滿足450 m/月的產能要求，但鋼筋籠生產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線予以解決。

(3)脫模劑經過高溫蒸養后容易出現脫模劑粘模、掉渣、結晶等現象，嚴重影響清模進度和質量，從而影響混凝土生產線的整個運行時間和混凝土管片的外觀質量，因此，對脫模劑的選擇尤為重要。

(責任編輯：李燕輝)

2016-08-15

TV554+.3;TV545;TV51

B

1001-2184(2016)05-0027-03

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

程學剛(1977-)，男，四川都江堰人，助理工程師，從事建設工程施工技術與管理工作；

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