TBM 掘進機預制混凝土管片廠簡述

關鍵詞:雙護盾TBM;預制混凝土管片;管片預制廠  

　　隨著隧道掘進技術的發(fā)展, 隧洞掘進機(Tunnel Borning Machine ,簡稱TBM) 以其掘進速度快(為常規(guī)開挖的5～10 倍) 、一次成洞、能提供安全作業(yè)環(huán)境并能保證隧洞的整體安全等特點,逐步被許多隧洞工程采用。目前掘進機施工中多采用雙護盾TBM ,雙護盾TBM 尾盾與預制管片襯砌緊密相連,只有采用了管片襯砌技術才能發(fā)揮雙護盾TBM 在不穩(wěn)定圍巖條件下的優(yōu)勢。由于預制混凝土管片體型較大、形式多樣、使用時需求量較大等特點,一般的預制混凝土生產廠很難滿足生產要求,必須在工地現(xiàn)場建設預制混凝土管片生產廠,因此預制混凝土管片廠的建設在雙護盾TBM 隧洞施工中是不可或缺的項目。管片預制廠的結構設計合理與否直接影響管片的生產速度,現(xiàn)就管片預制廠的設計要點作一簡述。

1 　管片預制廠的設計

預制混凝土管片生產廠從功能上可分四塊:鋼筋加工區(qū)、管片生產區(qū)、管片靜養(yǎng)區(qū)、生產附屬配套設施。

1．1 　各功能區(qū)尺寸的確定

　　功能區(qū)的尺寸合理與否直接影響其生產和運行,以某TBM 工地預制廠設計為例,對各功能區(qū)尺寸設計進行簡述。該預制廠生產的預制管片寬1．6m ,水平投影長度4．83m ,管片內徑3m ,厚度0．28m。

(1) 鋼筋生產區(qū)

　　鋼筋生產區(qū)又可劃分為原料堆放區(qū)、半成品加工區(qū)、半成品堆放區(qū)、成品加工區(qū)、成品堆放區(qū)等。原料堆放區(qū)布設在半成品加工區(qū)內,應考慮至少有半天的存量,按每天制作120 片鋼筋籠計算,每片鋼筋籠約需200kg 鋼筋, 每天需鋼筋24t 。盤圓鋼與螺紋鋼比例約1∶1 ,考慮場內存量約為6t ,兩種鋼筋各3t ,根據(jù)圖紙鋼筋材料表,螺紋鋼用10m 長的定尺鋼筋最經濟,螺紋鋼存放區(qū)為寬1．5m、長10m ,盤圓鋼筋存放區(qū)至少為2m ×4m ,在鋼筋存放區(qū)四周可設置鋼筋下料機械。

　　半成品加工區(qū)需布置2 臺調直切斷機、2 臺彎箍機、2 臺彎弧機、1 臺鋼筋切斷機、1 個彎弧機喂料平臺、2 個彎弧機接料平臺。根據(jù)場地情況,該區(qū)域至少需長30m、寬20m ,并可將原料存放區(qū)、半成品區(qū)、穿插其中。

　　鋼筋籠綁扎區(qū),按每天至少要加工120 片鋼筋籠,每天按兩大班、每班每個綁扎臺生產2 片考慮,需要30 個鋼筋籠綁扎臺,每個綁扎臺寬1．65m、長4．9m ,綁扎臺間距至少0．9m ,綁扎臺前須保留2m 的通道,以方便備料,在通道的另一側還需保留1．2m 左右,作為電焊機或其它設備存放區(qū),該區(qū)域至少需長75．6m、寬8．1m ,設在生產線一側。

(2) 管片生產區(qū)

　　按每天生產120 片管片計算,每個管片從開始生產到完成蒸養(yǎng)約須6～7h ,生產線24h 循環(huán)作業(yè),共需管片模具40 個。根據(jù)管片生產工藝要求,生產線每一列12 個模位(3 環(huán)管片) ,共設4 列,共48 個模位,由于模具比較昂貴,過多的投入會造成不必要的浪費,所以部分模位用空車代替。其中3 列在蒸養(yǎng)室內運行,一列在蒸養(yǎng)室外和預蒸養(yǎng)室內運行,每個模具長6m、寬1．9m ,列間距0．3m ,與墻間距0．5m ,則蒸養(yǎng)室應為長72．46m、寬8．75m ,預蒸養(yǎng)室寬度3．35m。為了有效的保溫,蒸養(yǎng)區(qū)建在廠房內,與廠房外墻間距0．9m ,蒸養(yǎng)區(qū)寬度為12．1m ,蒸養(yǎng)區(qū)前后還設有進出口坑,每面長度為8．6m ,共長17．2m ,管片生產區(qū)尺寸為89．66m ×13．7m。管片生產區(qū)與鋼筋籠加工區(qū)并列布置,中間留一過車通道,通道寬度3．6m。

(3) 管片靜養(yǎng)區(qū)

　　按設計要求,管片出窯后需在室內靜養(yǎng)2d ,則靜養(yǎng)區(qū)至少要有2d 最大產量的存放空間和運輸機械的交通道路,按最大產量每天120 片計算,2d 需存放240 片,管片可堆放4 層,按3 排考慮,需排20 行?？紤]有部分管片出模后需要修復和考慮一定的裕度,至少按30 行考慮,管片間操作空間至少需0．6m , 3 排管片排距分別為0．6m、1m(如果需要管片車出入,至少要設置一個3m 寬的通道) ,管片與墻間距為0．6m ,則根據(jù)管片的投影尺寸管片靜養(yǎng)區(qū)的凈長度至少應為30 ×(1．6 + 0．6) = 66m ,考慮預留3m 的裝車位和3m 的管片翻轉平臺機位,靜養(yǎng)區(qū)長度至少應為72m , 凈寬度為4．89 ×3 + 0．6 ×3 + 1 =17．47m ,具體布置詳見平面布置圖(圖1) 。

(4) 附屬設施

　　附屬設施布置時,盡量利用廠房已有墻體,或與廠房聯(lián)合形成封門空間。其布置詳見圖1 。各部分的尺寸應根據(jù)配套設施的規(guī)格尺寸進行合理設置,這里就不進行詳細介紹了。各功能區(qū)的尺寸應根據(jù)預制廠的生產規(guī)模、管片尺寸的大小,通過嚴格的計算來確定,并留有一定的裕度,不可照搬現(xiàn)成的設計,否則會給生產帶來許多不必要的麻煩。

(5) 各功能區(qū)的高度確定

　　功能區(qū)的高度在滿足空間和通風的要求后應盡量降低,以節(jié)約資金。各功能區(qū)的高度應根據(jù)起吊機具的高度、起吊物品的高度、起吊高度和一定的富裕度來確定,功能區(qū)的高度設計與工業(yè)廠房高度設計基本相同,這里就不細述。

1．2 　功能區(qū)的平面布置

　　各功能區(qū)的平面布置一般要按生產流程一字安排,這樣有利于流水線作業(yè),各功能區(qū)之間沒有交叉施工,避免了功能區(qū)間的相互干擾,本例中的預制廠功能區(qū)布置詳見圖1 。

　　這樣的布置在生產流程上較為合理,附屬設施依附于主功能區(qū),使其與主功能區(qū)方便銜接。在實際施工中,如果生產車間距市區(qū)或工業(yè)區(qū)較近時,許多功能區(qū)可以利用外部加工,如砼生產系統(tǒng)可用商品砼代替,鋼筋加工可由專業(yè)加工廠代替,墊塊可用塑料墊塊代替等等,這樣預制廠的功能區(qū)將會簡化到最少。

2 　預制管片生產工藝

　　預制管片的生產是一個高度自動化的流水線作業(yè),每一道工序環(huán)環(huán)相扣、緊密相連,要求參與生產的每一名員工的崗位要固定,要有熟練的操作水平和高度的責任感。參與管片生產的各部門各崗位人員要嚴格按照管片生產工藝規(guī)程進行操作。

2．1 　管片生產步驟:

　　管片生產主要有11 個生產步驟: (1) 鋼筋籠制作加工、(2) 開模、(3) 吊運管片、(4) 清理模具、噴涂脫模劑、(5) 吊裝鋼筋籠入模、(6) 合模、(7)混凝土入模振搗、(8) ?？诿媲謇韷浩?、(9) 蒸養(yǎng)室蒸養(yǎng)、(10) 室內靜養(yǎng)、缺陷處理及止水條安裝、(11) 室外存放。其中生產線施工( (1) ～ (9) ) 是整個生產工藝關鍵控制點。生產工藝流程詳見圖2 。

2．2 　管片生產各步驟操作要領

(1) 鋼筋籠制作加工

　　鋼筋籠加工制作前,要組織有關人員進行審圖,確定每種鋼筋的實際下料長度,根據(jù)實際下料長度進行鋼筋制作。對制作好的鋼筋按不同型號掛牌、并分類堆放。鋼筋安裝在自制的鋼筋籠模具上按施工圖紙的要求布料并用22 # 綁絲綁扎牢固,保證鋼筋籠的制作偏差在合同和規(guī)范允許的偏差范圍內,鋼筋彎曲機( GW6 - 40) ,切斷機( GQ40) 、調直機( GTJX4) 等操作人員要嚴格執(zhí)行合同文件和規(guī)范要求,要逐一對鋼筋籠的材料及成品進行認真檢查,嚴禁不合格品入模。

(2) 開模

　　模具頂蓋和兩側螺絲松動要從上向下逐個松動,松動時兩側的人要同時用力,開啟時也要同時打開,以避免使模具出現(xiàn)扭曲。止水嵌條拆卸要先頂油缸,再慢慢松開螺絲。

(3) 吊運管片

　　在確認模具各孔槽亦完全松開后,就開始準備起吊管片。吊運管片步驟是:先用真空吸盤將管片吸附,壓力調節(jié)到規(guī)定值后起吊管片,然后再將管片吊運至翻轉平臺,將管片進行180°翻轉。真空吸盤吸附管片前,管片面要清理干凈,避免真空吸盤貼住管片后再調整位置,在確定真空吸盤各壓力指標達到可以起吊管片的規(guī)定值時,可將管片慢慢吊起,運到翻轉平臺,放置平穩(wěn)后真空吸盤即可松開。若管片背面氣泡較大或有質量缺陷使真空吸盤無法吸附管片時,要用規(guī)定的修補材料及時將缺陷處修補再重新吊運管片。若真空吸盤壓力值達不到規(guī)定起吊壓力或其他性能指標出現(xiàn)異常,要及時找出原因加以解決。

(4) 模具清理

　　模具打開后下一道工序要清理模具,噴涂脫模劑。脫模劑用噴槍噴涂均勻,脫膜劑涂完要將邊角處富余的脫膜劑清除,模具未清理或未涂脫模劑嚴禁鋼筋籠入模。模具清理工作直接影響模具的使用壽命。模具內部涂脫膜劑要選用油性脫膜劑,以免使模具生銹。安裝孔、定位鎖等預埋孔必須涂油,止水嵌條要打蠟保護。

(5) 鋼筋籠吊裝

　　鋼筋籠起吊時吊鉤要準確地放在規(guī)定起吊點上,注意避免鋼筋籠來回遙擺、碰撞。在吊鋼筋籠之前就要按照規(guī)定位置安裝混凝土墊塊,墊塊用22 # 綁絲與主筋邦扎牢固。鋼筋籠放置好后及時調整鋼筋籠及混凝土保護層墊塊,立即安裝管片安裝孔、定位銷套管、道釘?shù)阮A埋件。

　　在安裝過程中質檢人員要對模具的清理、鋼筋籠放置位置、保護層厚度、預埋件安裝情況等進行逐一檢查,合格后才能進行下道工序。

(6) 合模

　　保護層墊塊、預埋件等合格后可將模具合攏。模具的兩側片合攏時,兩側的油缸要慢慢推進將其合攏,待兩側片一接觸住模具,油缸要立即停止推進,以免損壞模具。緊螺絲時與開模時相反,先從頂面逐個向兩側進行,模具兩側操作手要同時對稱操作。螺栓、定位鎖里的螺栓等應由操作手擠緊。

　　合頂蓋后緊螺絲亦與開模相反,從下向上逐個進行,緊螺絲時兩側必須使用相同的力度。

(7) 砼入倉

　　砼入倉前下料斗里要儲存2m3 的熟料,且儲存時間不能超過30min 。下料斗的開度要與倉內混凝土流動速度一致。在確認砼料進入模具后方可開始振搗,嚴禁空振。在砼料未注滿模具之前,振搗器只能開兩個(除非砼料過干,塌落度過小) 。混凝土表面達到下列情況,才能停止振搗:砼表面平整,有浮漿析出; 砼表面停止下沉;氣泡基本停止排出。在混凝土澆注過程中還要密切注意鋼筋籠是否變形、預埋件是否偏移、脫落、變形等。若倉面出現(xiàn)異常(如料過干,入倉困難等) ,試驗人員按規(guī)定程序進行調整。嚴格控制振搗時間,不得隨意延長或縮短振搗時間。

(8) 料口平整清理

　　在進預養(yǎng)室養(yǎng)護之前,要對模具口倉面砼進行平整清理,將多余的料清除。應注意倉口外面模具的清理,清理模具的水不可流入砼倉面上。在出預養(yǎng)室進入主蒸養(yǎng)室之前,要再次對頂面砼平整、壓面,以減輕吊管片的工作量。

(9) 蒸汽養(yǎng)護

　　按照預定程序進入蒸養(yǎng)室進行養(yǎng)護,即:先進行預養(yǎng), 預養(yǎng)溫度35 ℃～ 40 ℃, 預養(yǎng)時間90min ;再進行主養(yǎng),主養(yǎng)溫度60 ℃～65 ℃,主養(yǎng)時間3h ;降溫區(qū)養(yǎng)護1h ,養(yǎng)護溫度35 ℃～40 ℃,出養(yǎng)護室后到開模位置開模。這是管片生產最關鍵的一環(huán)節(jié),應嚴格控制蒸養(yǎng)的溫度,到達預定時間及時出養(yǎng)護室。

(10) 室內靜養(yǎng)及室外存放

　　管片在翻轉平臺翻轉完畢后,搬運至室內堆放場,用方木支墊。起吊時嚴格按照起重吊裝設備的操作規(guī)程進行操作,控制管片吊運高度和速度,翻轉吊運至規(guī)定的管片堆放場堆放,四片堆放一疊,安裝止水條。在廠內堆放2d 后管片出廠,此期間不再進行灑水養(yǎng)護,冬季室內溫度較低時,設塑料篷布遮蓋。

(11) 室外存放

　　管片在外運時也要注意避免管片的磕碰,管片在室外堆放場也要四片堆放一疊,堆放整齊。管片預制廠的形式多種多樣,不論是采用養(yǎng)護窯形式,還是采用移動蒸汽罩形式,其功能區(qū)的大小與其日產量密切相關,只有根據(jù)產量,合理確定功能區(qū)的尺寸,布置相應的起重和運輸設備,才能滿足管片廠的生產要求,避免資源重復投入。