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展, 隧洞掘進機(Tunnel Borning Machine ,簡稱TBM) 以其掘進速度快(為常規開挖的5～10 倍) 、一次成洞、能提供安全作業環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揮雙護盾TBM 在不穩定圍巖條件下的優勢。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、管片生產區、管片靜養區、生產附屬配套設施。
1．1 各功能區尺寸的確定
功能區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
鋼筋生產區又可劃分為原料堆放區、半成品加工區、半成品堆放區、成品加工區、成品堆放區等。原料堆放區布設在半成品加工區內,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,螺紋鋼存放區為寬1．5m、長10m ,盤圓鋼筋存放區至少為2m ×4m ,在鋼筋存放區四周可設置鋼筋下料機械。
半成品加工區需布置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。根據場地情況,該區域至少需長30m、寬20m ,并可將原料存放區、半成品區、穿插其中。
鋼筋籠綁扎區,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,該區域至少需長75．6m、寬8．1m ,設在生產線一側。
(2) 管片生產區
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約須6～7h ,生產線24h 循環作業,共需管片模具40 個。根據管片生產工藝要求,生產線每一列12 個模位(3 環管片) ,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 列在蒸養室內運行,一列在蒸養室外和預蒸養室內運行,每個模具長6m、寬1．9m ,列間距0．3m ,與墻間距0．5m ,則蒸養室應為長72．46m、寬8．75m ,預蒸養室寬度3．35m。為了有效的保溫,蒸養區建在廠房內,與廠房外墻間距0．9m ,蒸養區寬度為12．1m ,蒸養區前后還設有進出口坑,每面長度為8．6m ,共長17．2m ,管片生產區尺寸為89．66m ×13．7m。管片生產區與鋼筋籠加工區并列布置,中間留一過車通道,通道寬度3．6m。
(3) 管片靜養區
按設計要求,管片出窯后需在室內靜養2d ,則靜養區至少要有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。考慮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 ,則根據管片的投影尺寸管片靜養區的凈長度至少應為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,靜養區長度至少應為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,或與廠房聯合形成封門空間。其布置詳見圖1 。各部分的尺寸應根據配套設施的規格尺寸進行合理設置,這里就不進行詳細介紹了。各功能區的尺寸應根據預制廠的生產規模、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) 各功能區的高度確定
功能區的高度在滿足空間和通風的要求后應盡量降低,以節約資金。各功能區的高度應根據起吊機具的高度、起吊物品的高度、起吊高度和一定的富裕度來確定,功能區的高度設計與工業廠房高度設計基本相同,這里就不細述。
1．2 功能區的平面布置
各功能區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,各功能區之間沒有交叉施工,避免了功能區間的相互干擾,本例中的預制廠功能區布置詳見圖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,使其與主功能區方便銜接。在實際施工中,如果生產車間距市區或工業區較近時,許多功能區可以利用外部加工,如砼生產系統可用商品砼代替,鋼筋加工可由專業加工廠代替,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,每一道工序環環相扣、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) 模口面清理壓平、(9) 蒸養室蒸養、(10) 室內靜養、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行合同文件和規范要求,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,壓力調節到規定值后起吊管片,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定值時,可將管片慢慢吊起,運到翻轉平臺,放置平穩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定起吊壓力或其他性能指標出現異常,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、道釘等預埋件。
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。若倉面出現異常(如料過干,入倉困難等) ,試驗人員按規定程序進行調整。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
在進預養室養護之前,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。在出預養室進入主蒸養室之前,要再次對頂面砼平整、壓面,以減輕吊管片的工作量。
(9) 蒸汽養護
按照預定程序進入蒸養室進行養護,即:先進行預養, 預養溫度35 ℃～ 40 ℃, 預養時間90min ;再進行主養,主養溫度60 ℃～65 ℃,主養時間3h ;降溫區養護1h ,養護溫度35 ℃～40 ℃,出養護室后到開模位置開模。這是管片生產最關鍵的一環節,應嚴格控制蒸養的溫度,到達預定時間及時出養護室。
(10) 室內靜養及室外存放
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程進行操作,控制管片吊運高度和速度,翻轉吊運至規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,不論是采用養護窯形式,還是采用移動蒸汽罩形式,其功能區的大小與其日產量密切相關,只有根據產量,合理確定功能區的尺寸,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。
