預(yù)制混凝土襯砌管片生產(chǎn)工藝的設(shè)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(shè)為背景，以安全、優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能生產(chǎn)為設(shè)計目標，對管片生產(chǎn)工藝進行分析，為管片預(yù)制廠選擇生產(chǎn)工藝、優(yōu)化設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)制管片；生產(chǎn)工藝；設(shè)計選擇

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

0 前言

隨著國內(nèi)城市地鐵的快速發(fā)展，盾構(gòu)法施工在隧道工程中得到廣泛應(yīng)用，預(yù)制鋼筋混凝土襯砌管片作為盾構(gòu)法施工隧道的主要構(gòu)件，市場需求急劇增加，管片生產(chǎn)企業(yè)迎來了前所未有的發(fā)展機遇。2014年中國電建和武漢市政府就基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，積極擴展地鐵施工業(yè)務(wù)。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(yù)制管片生產(chǎn)任務(wù)，需在武漢建設(shè)管片廠，要求年產(chǎn)能不低于18000環(huán)，日產(chǎn)不少于60環(huán)。

為實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能生產(chǎn)，管片生產(chǎn)工藝的選擇、優(yōu)化組合設(shè)計成為管片生產(chǎn)線設(shè)計、建設(shè)的關(guān)鍵。

1 管片生產(chǎn)工藝分析

目前，國內(nèi)預(yù)制鋼筋混凝土襯砌管片生產(chǎn)企業(yè)采用的主要生產(chǎn)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(yōu)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(cè)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(yǎng)護罩進行蒸汽養(yǎng)護。

缺點是人為干擾因素多，混凝土吊運次數(shù)多，勞動強度大，生產(chǎn)效率相對較低，蓋罩蒸汽養(yǎng)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(shè)備，減少一次性投資，縮短建設(shè)周期。

該工藝模具構(gòu)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(chǎn)，可轉(zhuǎn)換性強。

工藝特點：在廠房內(nèi)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(yǎng)護區(qū)進行養(yǎng)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(cè)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(chǎn)規(guī)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(huán)運行，自動化程度高，人為干擾因素少，工人勞動強度小，質(zhì)量安全可靠，生產(chǎn)效率高，能耗低，減少了環(huán)境污染，現(xiàn)場工作環(huán)境好，長期較大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)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(fā)出指令自動運行流轉(zhuǎn)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(jīng)過抹面、靜停、蒸養(yǎng)、脫模、裝模各工位，形成模具全過程在線循環(huán)流轉(zhuǎn)的自動化生產(chǎn)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(nèi)廣泛應(yīng)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(nèi)弧面將振動器的振動傳遞給澆筑進模具內(nèi)并與之接觸的混凝土，在多個振動器的共同作用下，實現(xiàn)混凝土的均勻布料，并排除混凝土內(nèi)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(chǎn)工藝來說，附著式振動發(fā)生故障時，只影響一個模具的作業(yè)，下一個模具繼續(xù)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(qū)動振動臺做變頻變幅振動，澆筑進模具內(nèi)的混凝土被強制振動，實現(xiàn)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(nèi)部均質(zhì)性均明顯優(yōu)于其他振動方式，可根據(jù)混凝土澆筑各階段要求編制振動程序，實現(xiàn)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(nèi)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(zhì)量可靠，生產(chǎn)效率高，用工少。

與高頻附著式振動成型工藝相比，模具構(gòu)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(chǎn)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(fā)生故障，將影響整個自動化流水線的運行。在沒有可靠地穩(wěn)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(nèi)混凝土各處均被有效振動密實，一旦發(fā)生漏振，則會導(dǎo)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(nèi)的鋼筋和預(yù)埋件分布情況，以致難以避免鋼筋、預(yù)埋件被擾動。模具長期受到振搗棒的觸動，內(nèi)表面會出現(xiàn)較多麻點，影響了模具內(nèi)表面的光潔度，進而影響了管片的表面質(zhì)量及模具的使用壽命。質(zhì)量波動大，生產(chǎn)效率低，用工多。

3 工藝選擇

管片生產(chǎn)工藝的選擇是實現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保、節(jié)能生產(chǎn)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(chǎn)成本的關(guān)鍵。

管片生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)項目訂單情況、分析市場需求確定生產(chǎn)規(guī)模，結(jié)合投資、效率、質(zhì)量、安全、效益等實際，選擇生產(chǎn)工藝，進行優(yōu)化組合設(shè)計。

分析管片生產(chǎn)工藝、混凝土振動成型工藝的優(yōu)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(chǎn)企業(yè)大多采用自動化流水線生產(chǎn)工藝。

結(jié)合目前管片預(yù)制工藝技術(shù)水平，根據(jù)周邊市場、建設(shè)規(guī)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(chǎn)規(guī)模大、設(shè)計產(chǎn)能高、周邊市場前景好、新建專業(yè)管片生產(chǎn)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(yè)可根據(jù)項目需求產(chǎn)能及流水線產(chǎn)能進行多條自動化流水線的組合規(guī)劃設(shè)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(chǎn)能的組合規(guī)劃設(shè)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(jié)合武漢地鐵發(fā)展實際、所接訂單任務(wù)需求以及管片廠建設(shè)規(guī)模、產(chǎn)能、工期要求，以安全、優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能生產(chǎn)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(qū)蒲團鄉(xiāng)大廟村建成管片廠，目前成為具有國內(nèi)先進水平的預(yù)制管片生產(chǎn)企業(yè)。

4 結(jié)語

預(yù)制襯砌管片生產(chǎn)工藝應(yīng)根據(jù)管片廠的設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模，結(jié)合工程特點、地域特點、投資規(guī)模、充分利用已有設(shè)施條件，合理進行功能分區(qū)，最大限度的提高生產(chǎn)效率，確保安全、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的前提下，實現(xiàn)以較低的技術(shù)經(jīng)濟投入，獲取較好的項目收益。無論做出何種選擇，采取相應(yīng)措施保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)是必要前提。

參考文獻：

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

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