基于自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線構(gòu)建

亢紅蓮

（中鐵十八局集團第四工程有限公司，天津 300350）

引言

隨著地鐵盾構(gòu)管片施工技術(shù)的不斷推廣，各大城市在地鐵工程施工中，多采用盾構(gòu)掘進方式，盾構(gòu)管片的需求量非常大。混凝土盾構(gòu)管片的預制生產(chǎn)，也隨著地鐵建設的浪潮進入了全新的發(fā)展階段。地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)多采用固定的生產(chǎn)方式，無論是生產(chǎn)效率，還是磨具的利用效率都比較低。而自動化生產(chǎn)流水線，可有效解決這些問題?；诖?，開展基于自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線構(gòu)建的研究就顯得尤為必要。

一、工程概述

該項目為天津地鐵的盾構(gòu)管片制作。生產(chǎn)任 務為 21967 環(huán) ，工 期 2012 年 9 月 24 日 至 2016年12 月30 日。每環(huán)管片由6 片管片共同組成，其中一塊用于封頂，2 塊為銜接管片，3 塊為盾構(gòu)管片的標準管片。為滿足工程施工要求，盾構(gòu)管片的外徑為6200mm，內(nèi)徑為5500mm，寬度為1200mm，厚度為350 mm，管片采用C50 鋼筋混凝土施工而成，保證盾構(gòu)管片的抗?jié)B度不低于P10。自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線現(xiàn)場布置圖如圖1 所示：

圖1 自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線現(xiàn)場布置圖

二、自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線構(gòu)建的重難點

1.技術(shù)含量比較高

本工程選擇盾構(gòu)管片為C50 鋼筋混凝土管片，抗?jié)B等級也比較高，達到P10，盾構(gòu)管片蒸養(yǎng)之后，需要起吊的強度為22.5MPa，并且惠特尼殘余變形系數(shù)比較小，表面沒有裂縫。而自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線對混凝土的工作性能指標要求比較高，在振搗過程中容易振實、氣泡也容易排出等。

2.工期比較緊

在本工程施工中工期比較緊，而且盾構(gòu)管片的種類繁多，在自動化生產(chǎn)中，遇到的最大難題是地下盾構(gòu)管片在施工中容易受到很多不確定因素的影響，這就為設計方給管片排版圖的管片型號、數(shù)量和實際盾構(gòu)管片所需的型號及數(shù)量發(fā)生較大偏差。需要對多個區(qū)間施工提供管片，需要盾構(gòu)管片生產(chǎn)和供應方進行密切配合，以便及時調(diào)整管片生產(chǎn)計劃，滿足工程需求。

三、自動化流水生產(chǎn)和傳統(tǒng)生產(chǎn)的對比分析

自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線是利用計算機軟件進行集中控制，可實現(xiàn)智能化生產(chǎn)，對每個工序進行詳細控制和監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，保證盾構(gòu)管片施工質(zhì)量，本自動化流水生產(chǎn)線每6~8min 設定為成一個節(jié)拍。實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。具體布置圖如圖2所示：

圖2 自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線布置圖

在自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線中，因其自動化水平比較高，采用定人定崗的方法，對各道工序進行細分處理。通過計算機軟件，可有效控制靜養(yǎng)區(qū)和蒸汽室中的溫度，為盾構(gòu)管片固化成型，提供良好的環(huán)境，保證盾構(gòu)管片總體施工質(zhì)量。和傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的對比情況如下：

第一，脫模工藝。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式下脫模需布滿整個生產(chǎn)車間，吊運路線比較長，而且存在較多的交叉情況，安全隱患比較大。自動化流水線生產(chǎn)方式下，脫模區(qū)域比較固定，吊運路線大幅度縮短，而且沒有交叉吊運，安全性有保證。

第二，模具清理工藝。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式下，模具清理區(qū)域比較大，難以集中，不便使用專業(yè)的工具，如果溫度比較低，則非常不利于脫模劑的均勻涂抹。自動化流水線生產(chǎn)方式下，模具清理比較固定，使用的工具也比較集中，便于使用專業(yè)的工具，清理時間不足傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的60%。

第三，鋼筋籠入模工藝。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式鋼筋籠入模的工藝為先將鋼筋籠吊入到過道區(qū)域，然后再進行入模操作，在入模過程中，吊運線路比較長，而且交叉碰撞問題比較多，存在較大的安全隱患。自動化流水線生產(chǎn)方式的鋼筋籠入模工藝為入模區(qū)域固定不變，吊運路線比較短，并不存在交叉問題，起吊過程更加安全。

第四，混凝土澆筑工藝。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式下混凝土澆筑中的振搗時間和條件控制難度比較大。自動化流水線生產(chǎn)方式下混凝土澆筑的振搗時間可控制到6min左右，可大幅度提升生產(chǎn)效率和盾構(gòu)管片的質(zhì)量。

四、基于自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線構(gòu)建方法

1.脫模和起吊混凝土管片

在基于自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線中，第一個工位是管片脫模工位，為保證生產(chǎn)的連續(xù)性，當出模小車進入到自動化流水生產(chǎn)線上后，先進行短時間停留，通過空氣扳手進行盾構(gòu)管片脫模操作。開模的平均時間為每片2min左右，大大提升了開合模的效率。并且在此工位上操作人員，可同時進行管片脫模作業(yè)，并在吊具的支持下，將盾構(gòu)管片放到指定的臨時存儲修補區(qū)域。

2.模具清理

脫模和起吊混凝土管片工位之后，就是模具清理工位，模具清理是自動化流水生產(chǎn)線的第二個工位，主要內(nèi)容是抹子或者刮刀，把混凝土模具上殘留的雜物全部清理干凈。對混凝土粉渣、浮漿的清理，可采用高壓空氣進行吹掃，以便進行下次使用。

3.涂抹脫模劑

當模具清理完成之后，會自動進入該工位，完全?？恐螅斯の还ぷ魅藛T先檢查模具是否清理干凈，如果仍然存在雜物，要及時清理。達到要求之后，涂抹涂膜劑。脫模劑的涂抹量不應太多，但也不能太少，，并保證噴灑的均勻性。

4.鋼筋籠下方、定位、預埋件安裝

當模具進入到該工位之后，要完全停止，通過吊具將鋼筋籠吊入模具中。并安裝盾構(gòu)管片施工應用時所需的預埋件，按照地鐵工程的實際要求，將各種預埋件安裝到指定位置。

5.檢查

在檢查工位上，質(zhì)量檢測人員需對上述工位生產(chǎn)質(zhì)量進行檢查，便于及時發(fā)現(xiàn)問題，制定有效的處理方法，發(fā)現(xiàn)預埋件誤差過大、緊固性不足、尺寸偏差過大等，及時處理，以保證施工質(zhì)量。

6.混凝土澆筑和振搗

當小車帶動模具進入混凝土澆筑振搗室以后，通過自動化流水生產(chǎn)線上的動力裝置，將模具推動到指定位置，將盾構(gòu)管片和軌道相互分離，防止在振搗過程中形成的振搗能量傳輸?shù)侥＞呱?。在振搗前必須符合相關設計要求，澆筑振搗完成之后，拆除動力裝置，繼續(xù)頂進，具體的推進示意圖如圖3所示：

圖3 推進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

先頂起模具小車，為振搗提供良好的作用，在振搗時，操作人員要通過玻璃窗口全面觀察，對混凝土的澆筑量及振動的時間嚴格控制。放下模具小車，完成此工位的作業(yè)?；谧詣踊牡罔F盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線的混凝土澆筑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示：

圖4 混凝土澆筑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

7.抹面

通過拉尺來回壓磨外弧面，去除多余的混凝土，保證盾構(gòu)管片外弧面具有足夠的平整度。然后覆蓋上塑料薄膜，避免水分散失，形成裂縫。

8.模具外觀清理

當上述工作完成之后，可按下完成工作按鈕，進入到下一個工序。

9.自然養(yǎng)護和收面

自然養(yǎng)護工位的主要作用是補充上面混凝土凝固時間不足和等待的時間。打開模具的蓋板，進入蒸養(yǎng)室。促使混凝土在常溫下進一步凝固，此后，再對混凝土盾構(gòu)管片的外弧面進行人工修補和光面，提升盾構(gòu)管片外觀質(zhì)量。

五、效果分析

通過對流水線的不斷完善和優(yōu)化，大大節(jié)省了勞動力，模具、行車等可以充分利用，每個工位之間的銜接更加緊湊，有助于縮短工期，基于自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線包括以下創(chuàng)新點：

第一，在基于自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線中，需要很多空地，作為存放和養(yǎng)護管片，但現(xiàn)場場地面有限。在具體設計中，需要將混凝土、鋼筋籠、盾構(gòu)管片等設計為自動生產(chǎn)線，既能有效縮短運輸距離，也可以減少占地面積。

第二，按照現(xiàn)有的場地，可將混凝土、鋼筋籠、盾構(gòu)管片運出三種物流設計在車間的不同部位和不同的高度，降低吊裝設備使用次數(shù)，節(jié)省勞動管理，模板和吊具可重復利用，各工位之間的銜接更加緊湊，既能有效節(jié)約費用，也可以縮短工期。

第三，生產(chǎn)過程可進行全面監(jiān)控，有利于及時發(fā)現(xiàn)問題，并將監(jiān)測到的內(nèi)容及時傳遞給管理單位和集中控制中心，實現(xiàn)可視化生產(chǎn)和標準化生產(chǎn)。

結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合工程實例，分析了基于自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線構(gòu)建，分析結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，基于自動化的地鐵盾構(gòu)管片生產(chǎn)流水線在生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量等方面有顯著優(yōu)勢。符合目前我國地鐵盾構(gòu)管片高質(zhì)量、高效率的要求，值得大范圍推廣和應用。