TBM六边形管片模具的设计及管片生产工艺的研究

TBM六边形管片模具的设计及管片生产工艺的研究
摘要：文章介绍了TBM六边形管片模具的设计方案，并结合生产现场的工位布置、生产节拍等工况条件，对混凝土坍落度与振动时间进行说明。

关键词：TBM六边形管片；管片模具；坍落度；配比
1 TBM六边形管片结构
六边形管片衬砌是在TBM隧洞施工高速掘进中实施的一种快速隧洞衬砌方式，已成为我国引水工程中的一种趋势。

六边形管片衬砌是由六边形预制管片经联接
件拼装而成，并在其外侧与围岩之间设置充填垫层的一种衬砌。

它包括六边形预
制钢筋混凝土管片，管片与围岩间的回填层，管片间联接件和止水件。

管片为拼
装咬合，4片拼为一环。

管片通过联接件连接在一起，联接件包括管片环向接触
面上的定位销和纵向接触面上的导向杆。

定位销和管片环向接触面垂直设置，其
上的螺纹设计意在使其插入管片后具有一定的抗拔力，同时还具有一定的抗剪性。

导向杆与管片接触面平行设置，前后管片各嵌入一半，可以阻止管片在纵向面上
的剪切移动。

定位销和导向杆的设置起到了拼装定位的作用，使拼装后的管片衬
砌平整，保持在同一弧面上，形成一个自锁系统。

图1 TBM六边形管片衬砌环图图2 管片模具总体结构
2 管片模具的设计
管片模具设计时应综合考虑TBM六边形管片的形状特点及流水生产线的运转
情况，才能使流水线发挥最大效率，同时能够保证所生产的管片质量。

2.1 管片模具的开闭合方式
管片模具采用四面打开的方式实现六边形管片的脱模。

考虑到管片环面设有
嵌缝槽、止水槽等，采用滑动平移打开方式；端面设有导向杆，为避免啃边，采
用滑动平移打开方式。

2.2 管片模具的振动方式
管片生产采用整体振动流水线生产方式。

流水线采用“2+1”模式（2条养护线，1条浇捣线），每线可放置13台模具，整条流水线可放置10套模具。

流水线的
整体操控采用PLC集成控制系统，模具的行走通过平移小车上的顶推油缸推动。

混凝土振捣采用整体振捣的方式进行，整体振动台采用活动偏心块式振动电机驱动。

通过转换强弱开关（转换电机的旋转方
向），使内侧的偏心块开始移动，离心力随之改变，另外结合变频器使用，
使离心力的调节范围更广。

管片生产中设定强振振动频率为60HZ（正旋转，离心力最大达到100%）；弱振频率75HZ（反旋转，离心力为最大离心力的64%）。

通过强弱振的转换，一方面满足下料速度和保证密实度，另一方面可以尽可能多
的排除混凝土气泡。

设定流水线运转为每天3模，在浇捣线上管片模具流动节拍为10min，扣除
模具行走、就位、固定，模盖的夹紧固定以及可能存在的等料时间，混凝土实际
浇注时间约为6.5min。

从振动台后一个工位算起，在进蒸养窑之前还余8个工位，时间约为80min。

2.3 管片模具的模盖型式
结合管片生产线方式，管片模具的模盖形式采用分体式中置模盖结构。

1）中置模盖悬挂于流水线浇捣工位，当模具移动到浇捣工位时，中置模盖移至模具上方，夹紧固定，进行浇注；当浇注结束后，中置模盖松开模具，移至清
理区域进行清理，等待下一次浇注。

2）管片模具两端设有弹簧二片式模盖，可防止中置模盖离开模具后，混凝土表面产生流动，影响抹面质量。

模盖铰接处设有弹簧结构，旋转打开模盖时产生
助力，减小工人操作强度。

2.4 管片模具的预埋方式
1）工作孔
采用钢管制作，通过螺纹连接固定于管片模具内腔。

安装钢筋笼前，先进行
安装。

待混凝土管片初凝时，旋转取出工作孔，避免脱模时因摩擦阻力较大而难
以取出。

2）环向定位销
管片环向采用定位销联接，浇注管片时需预埋塑料套管。

套管内设有管螺纹，管片模具需通过定位棒固定预埋套管，防止套管产生偏移。

3）导向杆
管片端面设有导向杆，脱模时未避免啃边，需设有脱模角度。

3 管片坍落度与振动时间
从表1和表2中可知，坍落度与振动时间是影响振动效果的两个关键因素，
并且两者是相互关联的。

振动时间低于3min，混凝土振捣不充分，密实效果不佳，振动时间过长，混凝土出现过振离析情况；混凝土塌落度大于80mm，极易出现
过振，坍落度小于40mm，混凝土流动性基本没有，振动时间要求长，易产生过振，并导致工艺节拍延长。

综合考虑振捣效果和噪声控制等因素，采用5min（3
强振+2弱振）的振动时间为主，结合生产过程中混凝土的坍落度变化，以人工振
捣棒辅助模具端头喂料，效果比较理想。

表1 同一振动时间不同坍落度的振动效果
表2 同一坍落度不同振动时间的振动效果
4 小结
管片模具的设计应充分考虑现场工况条件及管片的生产工艺，才能实现管片
连续稳定的量产。

参考文献：
[1]庞强特主编.混凝土制品工艺.武汉工业大学出版社，1988.
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[4]陆罡.大直径盾构隧道管片生产工艺及质量控制要点[J].建筑科技，2018，002（002）：P.38-40.。