新街台格庙矿区TBM长斜井工程管片自动化生产综合施工技术

新街台格庙矿区TBM长斜井工程管片自动化生产综合施工技术
【摘要】本文从自动化管片厂生产规模的分析与确定、生产模式的选定、自动化流水线产能分析、管片模具的选择、管片施工等五个方面阐述了管片自动化生产综合施工技术研究。

【关键词】自动化流水线；管片；管片模具；静养；蒸汽养护；TBM
Abstract This paper from the automation of factory production of the segment-scale analysis and determination of the selected mode of production, automated assembly line capacity analysis, the five aspects of the mold segment selection, segment construction segment automated production of construction technology.
Key words automated assembly line; segment; segment mold; resting; steam curing; of TBM
中图分类号:F407.67文献标识码：A 文章编号：
1引言
近年来，随着TBM掘进技术的完善与推广，预制管片的需求量也随之大增，钢筋砼管片的预制生产进入了高速发展期。

目前，国内管片的预制生产，大多采用的是固定式的生产方式，无论是生产效率还是模具的利用率均相对较低。

近几年开始推广使用的管片自动生产线，从入模、浇筑、养护、脱模等整条工序，全部在自动化流水线上进行。

模具直接在生产线上，自动循环转入下一道工序，操作工人在固定的工位上作业，不必再像传统的制作方法，围着固定模具满场地跑。

我公司承建的新街台格庙矿区TBM工法长斜井工程管片预制厂采用自动化流水线模式施工。

2工程概况
新街台格庙矿区位于鄂尔多斯市境内，行政隶属鄂尔多斯市伊金霍洛旗和乌审旗。

矿区一号矿井的主、副斜井(1、2#试验井)采用TBM掘进施工，斜井采用-10.5%（6°）下坡，长度6314m，斜井间距（中心距）为50m。

其中明槽段205m，TBM施工段6109m。

本工程采用预制钢筋砼管片衬砌。

试验井的内径为6.6m，管片厚度取0.35m，管片宽度1.5m，斜井管片环采用标准环的形式。

每条斜井有4073环管片，两条斜井共有8146环管片。

3管片厂生产规模的分析与确定
3.1管片需求预测
根据试验井的施工进度安排，结合TBM掘进需要，对管片需求进行预测。

表1斜井管片需求量预测表
3.2管片生产规模分析
根据对斜井管片需求量的测算，管片预制总体工期控制为：2012年6月份开始建厂，2013年5月底完成生产。

考虑到管片厂的设备调试、管片的试生产、冬季生产折减等因素，在管片生产能力计算时，设置生产能力系数，如表2所示。

表2管片生产能力系数表
结合TBM掘进进度、需求计划，对管片厂生产能力进行如下分析，供2条斜井：月均产量为8146/9.3=876环，日均产量为876/25=36环（每月按25天生产考虑）。

4管片厂生产模式的选定
4.1管片生产模式介绍
目前，国内管片生产工艺按其流水特点，一般可分为传统制作方式（固定模具法、固定振动台法）和自动化流水线两种方式。

4.1.1传统制作方式
传统制作方式以固定模具法和固定振动台法为主。

(1)固定模具法以模具为中心，模具在生产车间内按环成排固定摆放，每个模具下面都有附着试振动器(多为气动)。

模具旁边设蒸汽管路，用来管片成型后的蒸汽养护。

操作工人通过在每个模具之间来回走动来完成各个工序的操作。

砼浇筑采用桥式吊车吊着砼料斗行走在每个模具上方来完成浇筑。

管片起片时，同样采用吊车在每个模具上方再次行走来把蒸养好的管片吊出来。

(2)固定振动台法以砼振动台为中心，砼浇筑及振动在固定位置，模具由桥
吊吊装至振动台，管片浇筑振捣成型后吊装至养护区进行养护，其它施工工艺同固定模具法。

图1管片固定模具实景图
4.1.2自动化流水线
自动化流水线指模具在生产线上有规律的按着一定节拍行走，操作工人站在固定的工位上完成本工序的操作，完成一个等待下一个。

振动台采用整体式的，固定在生产线的某个位置上。

振动台的上方是砼料斗，搅拌好的砼直接输送至料斗中，等待浇筑。

管片浇筑成型抹面后，进入养护房蒸养。

自动化流水线由控制系统、生产线、养护线、振动台、平移小车、浇筑系统和养护系统共同组成。

图2管片自动化流水线模型图
4.2管片生产模式比较
传统制作法与自动化流水线法管片生产工艺各不相同，其工艺比较见表3。

表3管片生产工艺比较表
比较两种作业方式，自动流水生产线主要优点在于：
(1)生产效率高：自动流水作业，投入模具数量少，模具周转利用率高；
(2)质量稳定：各作业工序的人工、设备、材料位置固定，操作人员、操作岗位固定，机械化程度高，产品质量稳定；
(3)安全可控：材料及设备运输路线明确，交叉作业少，起重吊装过程大量降低，安全性有保障；
(4)节能环保：隔振降噪，全自动温控、高效节能蒸养、真空脱模等技术，
节能环保效果好；
(5)文明施工程度高：厂区干净整洁，作业环境好，文明施工程度高。

4.3管片生产模式确定
通过对管片生产工艺的分析、比较，结合对国内现有自动化流水线生产工艺采取的优化措施，本工程管片预制采用自动流水生产线生产方式，自动化流水线采用“2+4线型”，即采用2条生产线配合4条养护线的模式。

5管片厂流水线产能分析
管片预制厂采用自动化流水线模式，流水线按16套模具设计，初期采用12套模具“2+4线型”投产，后期根据需要可考虑增加至14套或16套模具进行扩能，生产线及蒸养窑设置在地面以上。

即流水线采用2条生产线配合4条养护线的模式。

根据国内现有管片自动化流水线调查，管片生产线一般每个工位作业所需时间约4～6min，一套模具共7片，每个模具即1个工位，12套模具总共12×7=84个工位，完成全部84个工位需时约84×4～84×6=336～504min，约5.6～8.4h。

考虑到鄂尔多斯的天气因素，结合单个工位作业时间要求，管片生产拟采取一天3翻，每翻按7.33h控制，即每个工位平均用时：7.33h÷84个=5.24min。

3翻共用时间约22h，每天2h检修时间。

根据12套模具在流水线上的布置走位，根据单个工位平均用时测算出各作业时间如下：拆模、涂油、安装预埋件、钢筋笼等主要作业时间52.38 min，砼振捣作业10.48min，管片静养146.67min（约2.44h），管片蒸养230.48min（约3.84h）。

上述各工艺作业时间，随实际单个工位时间的不同而有所变化，但变化不大。

流水线布置及各工艺作业时间详见下表4、表5。

表4流水线线型布置与作业时间工艺(12套模具2+4线型)
b、先拆卸旁模与底模固定螺栓，后拆卸侧模与端模连结螺栓，收集齐全，清理干净放在专用的箱子(桶)内。

c、用专用工具将侧模的定位螺栓及端模的推进螺栓拆松，退位至原定位置后，用手均衡用力，顺着旁模滑杆，分别把两侧模拉开至特设安全保险定位位置。

②注意事项
拆模中严禁锤打、敲击等野蛮操作。

脱模必须使用专用吊具，地面操作四人配合进行，一人站在侧模正对灌浆孔位置，一人站在端模正对灌浆孔位置，由专人向桥吊司机发出起吊讯号进行脱模。

(2)管片起吊
模具拆模后，采用专门的吸盘机将管片从模具中吸住并起吊移至运输小车上，运输小车沿轨道将管片移至管片水养护区旁。

(3)管片修整
管片拆模起吊至运输小车后，对管片进行修整作业。

管片外表面的气泡，水泡均需采用胶皇液拌和的水泥砂浆填补，修补时先使用厚泡沫海绵块蘸浆涂抹，再用灰匙抹平。

对于深度>2mm，直径>φ3mm的缺陷宜采用二次填补方式，一次填补的材料干缩，再第二次填料抹平。

特别要注意止水带上下30mm处缺陷的修整。

7.3.8管片养护
管片养护分浸水养护与喷淋养护两个阶段，管片由运输小车运至水养区后，由天车起吊移至浸水养护水池，经浸水养护7天后，再移至喷淋养护区进行喷淋养护。

(1)浸水养护
管片温度与水温相差不大于20℃时，方可入池浸水养护，池水应高出管片上表面100mm以上，浸水养护7天(养护池底有砼垫条，垫条上镶有木板，管片坚立搁置于上)。

出池后对管片缺陷进行修整。

(2)管片喷淋养护
喷淋场经硬化处理并敷设有足够的分叉口的水管，每个叉口设有独立的控制阀门，并接上装有雾状喷雾器的软管。

管片在喷淋场二层侧立摆放，管片与地面接触处用木方支承，上下层之间的管片亦用木方间隔，每片管片间采用T型木板条隔离防护。

喷头均匀布置于上层管片上，以喷出水珠能全部覆盖管片表面为准。

7.3.9管片存储与运输
(1)管片堆放
①管片在水池里的堆放：管片浸水养护时，池水必须漫过管片顶部，二层侧立放置，不同类型的管片应严格分区养护。

②管片在喷淋场的堆放：管片在喷淋场成侧立放置，以保证自动喷淋的水能湿润管片的每一部份，二层放置。

喷淋头放置在顶层上部。

③管片在堆放场的放置：管片经浸水养护及喷淋养护后，运至管片存放区进行堆放，管片在存放区采用侧立放置，按二层放置，每层间用方木支垫。

放置时，应将做好统筹安排，确保同期出厂、同一环的管片堆放在一处，便于后期运输。

(2)管片的运输及管片交付
①按施工进度要求及当天的调度计划，运输到施工现场。

②管片的运输使用门吊装车，装车前采用翻片机对管片进行翻片处理。

管片装车时，堆叠顺序整环运送，必要时亦可按实际要求装运散件。

③管片在水养护池内和堆放场地全部放置在软性的垫条上。

吊运时，片与片间亦以垫木间隔，以防碰撞；
④管片与绳索间垫以橡胶垫物，不直接接触，以防勒伤，绳索用纹盘收紧，使管片得以紧固；
⑤工程技术部对管片厂提出初定的交付计划，每周有周计划，每天的发运交付计划应提前一天通知，在工程发生变化时可及时调整。

7.3.10管片成品标识
(1)管片永久标记
在每块钢模的内弧面的统一位置铸有管片类型、钢模编号等凹形标志，便于控制质量和发运。

(2)管片标识
在管片侧面、端头、内表面醒目处，人工加盖管片的唯一性标识，要求注明：管片型号和配筋类号、管片生产流水号、管片的生产日期、生产班组号等信息，以及管片的自检质量标识（合格、不合格）。

该标志要求在现场组装结束前不得消失。

字体：黑体；尺寸：2.5×3.5(cm)；颜色：黑；材料：墨
(3)标识位置
①内弯弧面右上角；
②正对内弯弧面的右面端面上端。

(4)标识时间
管片的产品标识在脱模后立即进行。

图7管片产品标识图
标识释义：十三——中铁十三局集团公司的产品
CP3 SA——管片型号、配筋类号
0117——管片的流水号
11 07 15 A——生产日期、生产班组号
8结束语
自动化流水线在施工中各作业工序的人工、设备、材料位置相对固定，通过全自动生产线将模具定时定点运送至各特定的操作工位，设备利用率高，生产效率成倍提高。

材料及设备运输路线明确，交叉作业少，安全可控。

管片厂房占地面积相对较小，管片养护温度容易控制，节能效果明显。

作业环境整洁、污染小。

自动化流水线管片预制厂是发展的必然趋势，并将得到普遍应用。

参考文献
1杜常岭.地铁盾构管片自动化生产线的研究.辽宁建材,2007年第05期
2靳思东,王洪葵.预制砼管片厂设计要点简述.山西水利科技,2006年11月第4期(总第162期)
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