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(jì)目標(biāo)，對管片生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，為管片預(yù)制廠選擇生產(chǎn)工藝、優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：預(yù)制管片；生產(chǎn)工藝；設(shè)計(jì)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(jī)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(kuò)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(shí)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(jì)成為管片生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、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(dòng)臺法、自動(dòng)化流水線法，每種工藝各有其優(yōu)勢和特點(diǎn)。

（1）固定模具法。特別適合于短期一次性項(xiàng)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(diǎn)：模具位置相對固定，用橋吊或混凝土運(yùn)輸車將拌制好的混凝土運(yùn)送到模具上方進(jìn)行澆筑，采用附著式振動(dòng)器或人工插入振搗器振動(dòng)成型后加蓋養(yǎng)護(hù)罩進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)。

缺點(diǎn)是人為干擾因素多，混凝土吊運(yùn)次數(shù)多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率相對較低，蓋罩蒸汽養(yǎng)護(hù)的能耗相對較高，模具利用率相對較低。

（2）固定振動(dòng)臺法。適用于改擴(kuò)建項(xiàng)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(qiáng)。

工藝特點(diǎn)：在廠房內(nèi)的固定位置安裝振動(dòng)臺，以橋吊為運(yùn)輸工具，將裝好鋼筋籠的模具吊運(yùn)到振動(dòng)臺上，定點(diǎn)澆筑混凝土，整體振動(dòng)成型后再吊運(yùn)至蒸汽養(yǎng)護(hù)區(qū)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

缺點(diǎn)是須用橋吊將裝好鋼筋籠的模具吊運(yùn)至振動(dòng)臺上澆筑混凝土振動(dòng)成型，無插入式振動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械投入大，能耗高。

（3）自動(dòng)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(xiàng)目。

該工藝采用流水線自動(dòng)運(yùn)行控制，模具始終在流水線上循環(huán)運(yùn)行，自動(dòng)化程度高，人為干擾因素少，工人勞動(dòng)強(qiáng)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(diǎn)：混凝土澆筑位置固定，以主控室為中心，通過液壓推進(jìn)和平移小車使模具在軌道上按控制室發(fā)出指令自動(dòng)運(yùn)行流轉(zhuǎn)至各個(gè)工位。在澆筑工位完成混凝土的澆筑，澆筑的同時(shí)采用振動(dòng)臺或附著式振動(dòng)器振動(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)流水線，減少了吊車的使用。

缺點(diǎn)是混凝土硬化前易受頂推傳送振動(dòng)影響，一次性投資大。

2 混凝土振動(dòng)成型工藝分析

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

（1）高頻附著式振動(dòng)器振動(dòng)成型工藝。該成型方式將振動(dòng)器固定在模具底模下，開啟振動(dòng)器，模具內(nèi)弧面將振動(dòng)器的振動(dòng)傳遞給澆筑進(jìn)模具內(nèi)并與之接觸的混凝土，在多個(gè)振動(dòng)器的共同作用下，實(shí)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(shí)停止振動(dòng)。

缺點(diǎn)是模具自身剛度低，易變形。

對于自動(dòng)化流水線生產(chǎn)工藝來說，附著式振動(dòng)發(fā)生故障時(shí)，只影響一個(gè)模具的作業(yè)，下一個(gè)模具繼續(xù)正常運(yùn)行，因而自動(dòng)化流水線多選用附著式振動(dòng)方式。

（2）振動(dòng)臺整體振動(dòng)成型工藝。該成型方式將模具用橋吊或流水線輸送到振動(dòng)臺上，開啟振動(dòng)臺，變頻電機(jī)強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)振動(dòng)臺做變頻變幅振動(dòng)，澆筑進(jìn)模具內(nèi)的混凝土被強(qiáng)制振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)混凝土的布料和密實(shí)，至澆筑完成混凝土表面不再上泛大氣泡時(shí)停止振動(dòng)。

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(dòng)方式，可根據(jù)混凝土澆筑各階段要求編制振動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)程序化、強(qiáng)制同步振動(dòng)，混凝土澆筑過程中，避免了鋼筋、埋件的被擾動(dòng)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(dòng)強(qiáng)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(dòng)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(dòng)成型工藝中振動(dòng)臺對流水線軌道的沖擊較大，同時(shí)振動(dòng)臺在流水線上一旦發(fā)生故障，將影響整個(gè)自動(dòng)化流水線的運(yùn)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(dòng)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(shí)成型，振搗棒振動(dòng)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(diǎn)插搗運(yùn)動(dòng)，以確保模具內(nèi)混凝土各處均被有效振動(dòng)密實(shí)，一旦發(fā)生漏振，則會(huì)導(dǎo)致漏振部位混凝土密實(shí)性差。同時(shí)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(dòng)。模具長期受到振搗棒的觸動(dòng)，內(nèi)表面會(huì)出現(xiàn)較多麻點(diǎn)，影響了模具內(nèi)表面的光潔度，進(jìn)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(xiàng)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(shí)際，選擇生產(chǎn)工藝，進(jìn)行優(yōu)化組合設(shè)計(jì)。

分析管片生產(chǎn)工藝、混凝土振動(dòng)成型工藝的優(yōu)勢和特點(diǎn)：固定模具法、固定振動(dòng)臺法存在人為干擾因素多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，目前，新上管片生產(chǎn)企業(yè)大多采用自動(dòng)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(xiàng)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(jì)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(dòng)化流水線附著式振動(dòng)成型方式，企業(yè)可根據(jù)項(xiàng)目需求產(chǎn)能及流水線產(chǎn)能進(jìn)行多條自動(dòng)化流水線的組合規(guī)劃設(shè)計(jì)；

②采用自動(dòng)化流水線為主、輔以固定模具法附著式振動(dòng)成型工藝補(bǔ)充產(chǎn)能的組合規(guī)劃設(shè)計(jì)。

（2）對于短期一次性項(xiàng)目，可采用固定模具法附著式振動(dòng)成型方式。

管道公司結(jié)合武漢地鐵發(fā)展實(shí)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(dòng)化流水線、高頻附著式振動(dòng)器振動(dòng)成型方式，在湖北省鄂州市華容區(qū)蒲團(tuán)鄉(xiāng)大廟村建成管片廠，目前成為具有國內(nèi)先進(jìn)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(jì)生產(chǎn)規(guī)模，結(jié)合工程特點(diǎn)、地域特點(diǎn)、投資規(guī)模、充分利用已有設(shè)施條件，合理進(jìn)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(shí)現(xiàn)以較低的技術(shù)經(jīng)濟(jì)投入，獲取較好的項(xiàng)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(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)是必要前提。

參考文獻(xiàn)：

[1]談?dòng)廊?，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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)工藝的分析與選擇[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2012，22（10）：135-137.