預制混凝土襯砌管片生產工藝的設計選擇

王娜

摘 要：本文以山東電力管道工程公司湖北管片廠的建設為背景，以安全、優質、高效、節能生產為設計目標，對管片生產工藝進行分析，為管片預制廠選擇生產工藝、優化設計提供參考。

關鍵詞：預制管片；生產工藝；設計選擇

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.094

0 前言

隨著國內城市地鐵的快速發展，盾構法施工在隧道工程中得到廣泛應用，預制鋼筋混凝土襯砌管片作為盾構法施工隧道的主要構件，市場需求急劇增加，管片生產企業迎來了前所未有的發展機遇。2014年中國電建和武漢市政府就基礎設施業務簽訂戰略合作協議，積極擴展地鐵施工業務。取得了武漢軌道交通11號線東段工程和武漢地鐵8號線一期工程所需預制管片生產任務，需在武漢建設管片廠，要求年產能不低于18000環，日產不少于60環。

為實現安全、優質、高效、節能生產，管片生產工藝的選擇、優化組合設計成為管片生產線設計、建設的關鍵。

1 管片生產工藝分析

目前，國內預制鋼筋混凝土襯砌管片生產企業采用的主要生產工藝有三種[1]：固定模具法、固定振動臺法、自動化流水線法，每種工藝各有其優勢和特點。

（1）固定模具法。特別適合于短期一次性項目。

工藝相對簡單，建廠初期投資省，場地布置靈活，可輔助人工插搗成型，成型后的管片側面氣泡較少。

工藝特點：模具位置相對固定，用橋吊或混凝土運輸車將拌制好的混凝土運送到模具上方進行澆筑，采用附著式振動器或人工插入振搗器振動成型后加蓋養護罩進行蒸汽養護。

缺點是人為干擾因素多，混凝土吊運次數多，勞動強度大，生產效率相對較低，蓋罩蒸汽養護的能耗相對較高，模具利用率相對較低。

（2）固定振動臺法。適用于改擴建項目，可充分利用已有設備，減少一次性投資，縮短建設周期。

該工藝模具構造相對簡單，建廠初期投資省，場地布置靈活，能兼容其他混凝土制品的生產，可轉換性強。

工藝特點：在廠房內的固定位置安裝振動臺，以橋吊為運輸工具，將裝好鋼筋籠的模具吊運到振動臺上，定點澆筑混凝土，整體振動成型后再吊運至蒸汽養護區進行養護。

缺點是須用橋吊將裝好鋼筋籠的模具吊運至振動臺上澆筑混凝土振動成型，無插入式振動器輔助，成型后的管片側面氣泡相對較多。人為干擾因素多，勞動強度大，機械投入大，能耗高。

（3）自動化流水線法。適用于新建、生產規模大的管片廠，不適合短期一次性項目。

該工藝采用流水線自動運行控制，模具始終在流水線上循環運行，自動化程度高，人為干擾因素少，工人勞動強度小，質量安全可靠，生產效率高，能耗低，減少了環境污染，現場工作環境好，長期較大規模生產的優勢明顯。

工藝特點：混凝土澆筑位置固定，以主控室為中心，通過液壓推進和平移小車使模具在軌道上按控制室發出指令自動運行流轉至各個工位。在澆筑工位完成混凝土的澆筑，澆筑的同時采用振動臺或附著式振動器振動成型，其后順次經過抹面、靜停、蒸養、脫模、裝模各工位，形成模具全過程在線循環流轉的自動化生產流水線，減少了吊車的使用。

缺點是混凝土硬化前易受頂推傳送振動影響，一次性投資大。

2 混凝土振動成型工藝分析

目前，國內廣泛應用的混凝土振動成型方式有三種[2]：高頻附著式振動器振動成型工藝、振動臺整體振動成型工藝、人工插入振搗成型工藝。

（1）高頻附著式振動器振動成型工藝。該成型方式將振動器固定在模具底模下，開啟振動器，模具內弧面將振動器的振動傳遞給澆筑進模具內并與之接觸的混凝土，在多個振動器的共同作用下，實現混凝土的均勻布料，并排除混凝土內部氣泡，至澆筑完成混凝土表面不再上泛大氣泡時停止振動。

缺點是模具自身剛度低，易變形。

對于自動化流水線生產工藝來說，附著式振動發生故障時，只影響一個模具的作業，下一個模具繼續正常運行，因而自動化流水線多選用附著式振動方式。

（2）振動臺整體振動成型工藝。該成型方式將模具用橋吊或流水線輸送到振動臺上，開啟振動臺，變頻電機強制驅動振動臺做變頻變幅振動，澆筑進模具內的混凝土被強制振動，實現混凝土的布料和密實，至澆筑完成混凝土表面不再上泛大氣泡時停止振動。

混凝土的攤鋪速度及內部均質性均明顯優于其他振動方式，可根據混凝土澆筑各階段要求編制振動程序，實現程序化、強制同步振動，混凝土澆筑過程中，避免了鋼筋、埋件的被擾動以及粗骨料打擊內弧面模板的問題；無需工人輔助插搗，工人勞動強度小，成型質量可靠，生產效率高，用工少。

與高頻附著式振動成型工藝相比，模具構造相對簡單，剛度大，模具使用變形小、精度高。

對于流水線生產工藝來說，考慮整體振動成型工藝中振動臺對流水線軌道的沖擊較大，同時振動臺在流水線上一旦發生故障，將影響整個自動化流水線的運行。在沒有可靠地穩定升降措施得到廣泛使用之前，選用附著式振動成型工藝相對可靠些。

（3）人工插入振搗成型工藝。該成型工藝完全依賴人工站在模具上操作插入式振搗棒振搗密實成型，振搗棒振動有效作用范圍有限，操作者須在不超過振搗棒有效作用范圍的位置做多點插搗運動，以確保模具內混凝土各處均被有效振動密實，一旦發生漏振，則會導致漏振部位混凝土密實性差。同時操作者操作振搗棒過程中，難以觀察到混凝土內的鋼筋和預埋件分布情況，以致難以避免鋼筋、預埋件被擾動。模具長期受到振搗棒的觸動，內表面會出現較多麻點，影響了模具內表面的光潔度，進而影響了管片的表面質量及模具的使用壽命。質量波動大，生產效率低，用工多。

3 工藝選擇

管片生產工藝的選擇是實現安全、優質、高效、環保、節能生產的前提。選擇適宜的混凝土振動成型工藝，也是有效提高資源利用率、降低生產成本的關鍵。

管片生產企業應根據項目訂單情況、分析市場需求確定生產規模，結合投資、效率、質量、安全、效益等實際，選擇生產工藝，進行優化組合設計。

分析管片生產工藝、混凝土振動成型工藝的優勢和特點：固定模具法、固定振動臺法存在人為干擾因素多，勞動強度大，目前，新上管片生產企業大多采用自動化流水線生產工藝。

結合目前管片預制工藝技術水平，根據周邊市場、建設規模、項目條件，作者歸納形成以下幾種工藝選擇模式，供參考：

（1）對于生產規模大、設計產能高、周邊市場前景好、新建專業管片生產廠，建議兩種選擇：

①采用自動化流水線附著式振動成型方式，企業可根據項目需求產能及流水線產能進行多條自動化流水線的組合規劃設計；

②采用自動化流水線為主、輔以固定模具法附著式振動成型工藝補充產能的組合規劃設計。

（2）對于短期一次性項目，可采用固定模具法附著式振動成型方式。

管道公司結合武漢地鐵發展實際、所接訂單任務需求以及管片廠建設規模、產能、工期要求，以安全、優質、高效、節能生產為原則，采用自動化流水線、高頻附著式振動器振動成型方式，在湖北省鄂州市華容區蒲團鄉大廟村建成管片廠，目前成為具有國內先進水平的預制管片生產企業。

4 結語

預制襯砌管片生產工藝應根據管片廠的設計生產規模，結合工程特點、地域特點、投資規模、充分利用已有設施條件，合理進行功能分區，最大限度的提高生產效率，確保安全、優質生產的前提下，實現以較低的技術經濟投入，獲取較好的項目收益。無論做出何種選擇，采取相應措施保證產品質量、實現安全生產是必要前提。

參考文獻：

[1]談永泉，楊鼎宜，俞峰，徐曉東.我國預制混凝土襯砌管片生產技術及標準現狀[J].混凝土與水泥制品，2011（02）：25-30.

[2]馬常成.盾構管片生產振動工藝的分析與選擇[J].科技情報開發與經濟，2012，22（10）：135-137.