盾構管片自動化流水線施工技術研究

房 娟

（中鐵十八局集團第四工程有限公司,天津 300350）

隨著我國城市發展的需要，交通建設領域不斷地研發新技術，推進了軌道交通建設的發展。其中地鐵建設技術已經逐漸走向成熟，而盾構技術則成為地鐵建設中主要的技術種類。因為地鐵建設大多都是地下施工，在非巖石施工地段，地鐵的開挖方式所采用的都是盾構技術，所以在地鐵建設中，盾構管片的需求量不斷增加，而盾構管片的預制也進入高速發展階段。盾構管片在地鐵建設中占有非常重要的地位，其根據地鐵的長度決定盾構管片生產的數量，施工過程中盾構管片自動流水線生產的內容包括：盾構管片生產的模板的制作、安裝骨架的焊接、混凝土澆筑、蒸養、型式試驗、管片存放。為了能夠提高管片生產的質量，一定要嚴格規范生產的流程，精確生產的技術，才能夠有效提高盾構管片生產的質量和效率。

1 盾構管片自動化生產線的原理簡介

我國針對盾構管片生產的方式主要有三種模式：傳統模式、輪軌移動生產線模式、柔性生產線模式。

1.1 傳統模式

傳統的盾構管片生產方式主要是由人工完成，采用固定的方式，利用磨具車間通過固定的擺放，實現盾構管片的生產。在生產過程中，每一個模具下面都有氣動振動器，而傳統制作方式蒸汽蒸養的位置就處在模具的旁邊，所有的制作工序都是需要人工完成。在進行模具澆筑的過程中，是利用吊裝的方式實現在模具上方進行澆灌[1]。以上的技術就是傳統的管片生產方式，但是這種方式已經無法滿足現有的施工，其自動化程度非常低，穩定性比較差，成本高，傳統的方式已經逐漸退出了市場。

1.2 輪軌移動生產線模式

輪軌移動生產線模式主要的控制系統是PLC，其生產方式采用循環方式，在生產過程中利用進出模小車將生產的產品運入到蒸養線路中，當蒸養線路上的兩內側都開啟的時候，就可以直接將模具推進到坑道中，完成模具的蒸養，在自動化出坑之后會直接進入到澆筑線上，利用牽引的方式實現模具的澆筑，澆筑完畢之后，在利用進出的小車將其運行到蒸養窯內，這樣就形成了自動化流轉和循環的生產方式[2]。

1.3 柔性生產線模式

柔性生產線模式的運行主要也是由PLC系統進行控制的，詳細請見圖1。

柔性生產線主要的運行方式是：整個自動化生產線采用了PLC系統控制方式，其運行穩定可靠，網絡性能好，可以有效對生產線中各個環節實行實時監督。模具移動過程都是利用輥道和橫移器械完成的，這樣能夠提高流轉的效率。在混凝土澆筑振搗時，所采用的是自動化電驅動的振動臺，當模具到達振動臺之后，利用氣囊上升，將模具固定，利用低料斗開始從上面下料澆筑，與此同時，振動臺的頻率需要達到60Hz左右，注意單片管片的澆筑振搗時間為4分鐘到5分鐘。再者，柔性生產線可以進行雙向布料，其靈活性能非常好。

2 盾構管片自動化生產流水線的優勢

2.1 提高生產率

在傳統模式中，人力物力都需要充足才能夠滿足生產的條件，而自從管片生產使用了自動化系統之后，無論是在蒸養、移動、澆筑等各個環節，都能夠提高生產效率，而工作人員也能夠在固定崗位上操作各種自動生產流水線系統，不僅減少了工作人員的工作強度，還能夠有效提高生產效率，同時工作人員可以精準地掌握生產的具體情況。例如：以天津區為例，如采用傳統模式生產，在氣溫比較高的夏季，一天能夠進行2個循環的生產，而在冬季時節則只能夠進行一個循環的生產；在采用了管片自動化生產方式之后，在原有的循環基礎上又可以增加了一個循環的生產。這樣不僅提高了生產的效率，節省時間，還能夠讓整體的生產流程更加的緊密，降低了管片的初始生產成本[3]。

圖1 柔性生產線圖

2.2 提高安全生產的系數

傳統管片的生產流程多數都是由工作人員親自操作，每個環節在操作過程中的安全隱患比較大，而且因為管片的重量問題，使傳統制作程序中必須利用起重機配合完成生產，因很多環節都是在交叉作業，管片模板等運行的距離長，若是在作業過程中，出現任何的問題都會導致安全隱患的出現。而目前使用的管片流水式作業方式，是很多的工序都被固定在一個位置上，實現了固定模位多層工序的效果，起重機在作業的過程中，不會相互干擾，減少了因為交叉作業出現的安全問題。所以不難看出，盾構管片的自動化流水線生產可以簡化流程，減少位移，提高了施工安全生產系數。

2.3 降低產品生產能耗

盾構管片自動化生產過程中，因為其流水線都是封閉的空間，蒸養的方式都是平窯方式，這樣才能夠達到最好的保溫效果。而且自動化生產方式不會受到環境的限制，無論是在寒冷的環境中，還是在高溫中，都能夠正常運行，從而提高了管片的生產效率。在自動化生產線蒸養環節上，工作人員可以利用環境減少生產的能耗。在夏季時生產車間可以利用管片自身的水汽來保養管片的濕度，這樣就能夠減少浪費能源的現象，從而有效地減少生產過程中的能耗。例如：在天津2、3號線地鐵建設中，自動化生產線每立方米管片所產生的能耗費用約為15元，而若是同樣體積的管片利用傳統方式制作，則產生的能耗費用則會達到21.6元，所以不難看出，自動化生產線所節約的能耗費用要比傳統的低出30%。

2.4 提高了管片的質量

在傳統管片制作過程中，很多環節都是利用起重機長距離運輸，而且工序都是由人工操作完成，很多工人僅憑自身的經驗，對操作的技術掌握能力有限，所以在制作過程中，管片的質量很難得到保障[4]。再者，傳統管片制作，利用起重機運輸，強度掌控能力較差，導致很多管片成品出現破損，壞角等情況，這不僅影響管片的質量，同時也提高了管片的整體成本。而在使用管片自動化生產線之后，利用自動化方式取代了人員操作，縮短管片運輸路程，管片全程制作都是在固定的模具上，避免因為移動造成損壞，特別是在管片吊裝和臨時擺放的過程中，自動化的運行能夠減少運輸過程中存在的觸碰，從而降低破損概率。

3 盾構管片自動化流水線生產的工藝要點

中鐵十八局在天津地鐵建設中負責提供盾構管片。其擁有多年的生產經驗，通過對傳統生產模式的改革，轉變成為自動化流水線的生產工藝具體如圖2。

圖2 自動化流水線的生產工藝圖

中鐵十八局采用的是自動化流水線生產方式，目前運行狀態非常好，這種管片新型生產的方式，通過PLC系統進行控制，生產環節中不同的崗位都能夠接受到來自終端系統的命令。

流水線生產方式的主要特點和優勢就是效率。在管片制作過程中，無論是傳統管片的生產還是自動化流水線方式的生產，混凝土的性能是最影響生產時間的因素，所以在自動化流水線生產中，一定要選擇好混凝土材料，并合理科學的對其進行配比，以滿足現場的生產需求。在生產中除了要滿足管片自身強度等級C55、強度20MPa外，還需要注意混凝土澆筑坍塌度應該合理地控制在3～5cm之間，在進行振搗的時候，保證拌合物擁有良好的保水性、和易性，不能夠在振搗過程中出現飛濺的情況，而且要需要注意到混凝土振搗后管片的表面砂漿的厚度不得超過1cm。

表1 混凝土配合比表

在自動化流水生產線上，模位是其中非常重要的基礎組成部分。在模具出坑之后的第一個位置的模位就是脫模位，管片通過小車進入到流水線之后，停在模位上，工作人員才能夠對模具進行脫模，按照規定的順序將模具脫下，并將管片停放在臨時的擺放區域[5]。需要注意的是：在清理模具的時候，注意將模具的縫隙以及密封膠條處一并清理，完畢之后對模具的內部噴油。自動化流水線上的小車會將模具帶入到混凝土的澆筑區域，為了能夠穩定模具小車，則需要利用振動臺將其與軌道進行分離，這樣即能夠較少振搗過程中的噪音，還能夠讓工作人員實現邊下料邊振搗。在澆筑完畢之后，就需要讓其靜養。當模具進入到靜停養護模位的時候，剛澆筑的模具就能夠獲得凝固的時間，同時工作人員也能夠在這個時間內，對混凝土的表面進行處理。靜養過后，則進入到蒸養模位。在這個過程中，管片的蒸養都是在封閉的區域，工作人員利用電腦系統控制蒸養的溫度和濕度，而在蒸養窯中，自動化管理模式還能夠實現區域性升溫、降溫等操作。但是需要注意的是，在蒸養窯中需要設立5個以上的測溫點，這樣才能夠對蒸養區的溫度進行監控，避免溫度過高或是過低造成管片質量不達標。

通過以上的描述不難看出，模位時間與流水生產時間之間的關鍵之處，工序能否在規定的時間內完成則需要有效地安排模位在每一個階段的時間，這樣才能夠合理科學的提高管片的生產效率[6]。

4 結語

綜上所述，盾構管片在預制過程中，利用自動化生產方式能夠有效地提高管片產品質量，改善工作效率。其與傳統管片預制過程差異性非常大，不僅是在效率、質量上，自動化生產方式不會受到環境的影響，不會耗能過量，不會影響生產效率。所以，盾構管片自動化流水線生產方式為城市軌道交通建設提供了堅實的基礎，促進軌道交通的發展。