摘要: 文中从管片预制厂生产规模的确定、管片厂生产方法的选定、管片预制厂功能设计、各功能区的具体设计( 钢筋生产区, 管片生产区, 管片静养区、附属设施、各功能区的高度确定) 、各功能区的平面布置、预制管厂建设六方面阐述了预制混凝土管片厂设计的要点。
关键词: TBM; 预制混凝土管片; 管片模具; 蒸汽养护; 静养
中图分类号: TV278 文献标识码: B
随着隧道掘进技术的发展, 隧洞掘进机TBM( TunnelBorning Machine) 以其掘进速度快( 为常规开挖的5~10 倍) 、一次成洞、能提供安全作业环境并能保证隧洞的整体安全等特点, 逐步被许多隧洞工程采用。而目前掘进机施工中多采用双护盾TBM, 双护盾TBM尾盾与预制管片衬砌是紧密相连的, 只有采用了管片衬砌技术才能发挥双护盾TBM在不稳定围岩条件下的优势, 因此预制混凝土管片的生产在双护盾TBM隧洞施工中是不可或缺的项目。由于预制混凝土体型较大、形式多样、使用时需求量较大等特点, 一般的预制混凝土生产厂很难满足生产要求, 必须在工地现场建设预制混凝土管片生产厂, 管片预制厂的结构设计合理与否直接影响管片的生产速度, 现以某TBM工地预制场设计为例, 就管片预制厂的设计要点作一简述。
1 管片预制厂生产规模的确定
管片预制厂的生产规模主要根据TBM 的掘进速度确定。根据以往的施工经验, TBM的掘进速度在正常情况下为900 m/月～1 200 m/月, 管片生产必须满足TBM的掘进需要。
该工程使用管片的宽度为1.6 m, 管片为六边形, 每环由4 片组成, 按TBM平均月进尺1 200 m 计, 则需管片1200÷1.6×4=3000 片, 按每月生产天数为30 天计, 则管片厂的生产能力应大于100 片/天。
2 管片厂生产方法的选定
因TBM掘进的隧洞均采用预制混凝土管片衬砌一次成型, 故要求管片的生产精度比较高, 一般尺寸偏差为应小于1mm～2 mm。这样要求配套的模具制作比较精密, 模具的价格也比较昂贵, 且国内生产商较少, 该项目采用进口模具, 每套模具( 每套为1 环, 共4 个) 约90 万元人民币。由于混凝土管片的需求量又比较大, 为减少模具投入的费用, 必须提高模具的使用率, 故预制混凝土管片一般采用蒸汽养护的方法。
蒸汽养护目前常用的生产方法有固定模具和生产线两种方式, 生产线生产由于采用自动化控制, 劳动条件好, 温度控制方便, 管片成型质量易保证, 故本工程采用生产线方法。
3 管片预制厂功能设计
预制混凝土管片生产厂从功能上可分四块: 钢筋加工区、管片生产区、管片静养区、生产附属配套设施。钢筋加工区主要进行钢筋卸车、放样、下料、钢筋笼绑扎、成品堆放等工序。因此, 钢筋加工区须考虑原料的堆放、原料加工区、半成品分类堆放、钢筋笼绑扎、钢筋笼吊运输、钢筋笼堆放等必要的空间和设备。
管片生产区主要进行钢筋入模、埋件安装、模具紧固、浇筑混凝土、平仓及清理、管片预蒸养、管片蒸养、管片出模、清理模具、刷脱模剂等工序。因此管片生产区须考虑少量钢筋笼堆存场地和吊运设备, 根据生产线的长度确定养护室的大小并确定各温度区的大小、各生产工序工位的布置及操作台、管片出模的吊运设备及吊运通道、管片翻转机具的布置等。
管片静养区主要功能是管片从蒸养室出来后两天的室内静养, 因此该区域要考虑两天时间生产管片的必要存放场地、管片吊运设备和管片出厂的交通道路。
生产附属配套设施主要有锅炉房、混凝土拌和站、垫块生产车间、试验室、现场办公室、配电室及卫生间等。生产附属配套设施一般布置在厂房的周边, 并与主要功能模块方便地衔接在一起。
4 各功能区的具体设计
根据管片厂的生产工艺, 确定管片厂的各功能区尺寸是很关键的, 功能区的尺寸合理与否直接影响其生产和运行。
4.1 钢筋生产区
钢筋生产区又可划分为原料堆放区、半成品加工区、半成品堆放区、成品加工区、成品堆放区等。
原料堆放区应布设在半成品加工区内, 应考虑至少有半天的存量, 在吃饭或倒班前可以完成原料进场, 按每天制作120 片钢筋笼计算, 每片钢筋笼重约需200 kg 钢筋, 每天需钢筋24 t, 盘圆与螺纹钢比例约1∶1, 考虑场内存量约为6 t,两种钢筋各3 t, 根据图纸钢筋材料表, 通过计算, 螺纹钢用10 m 长的定尺钢筋最经济, 螺纹钢存放区宽度为1.5 m, 长度10 m, 盘圆钢筋存放区至少为2 m×4 m, 在钢筋存放区四周可设置钢筋下料机械。
半成品加工区根据生产的需要, 需布置2 台调直切断机、2 台弯箍机、2 台弯弧机、1 台钢筋切断机、1 个弯弧机喂料平台、2 个弯弧机接料平台。根据场地情况, 该区域至少需30 m×20 m( 长×宽) , 并可将原料存放区、半成品区穿插其中。
钢筋笼绑扎区, 按每天的管片产量, 每天至少要加工120 片钢筋笼, 每天按两大班考虑, 每班每个绑扎台生产2片, 需要30 个钢筋笼绑扎台, 每个绑扎台宽1.65 m, 长4.9m, 绑扎台间距至少0.9 m, 绑扎台前须保留2 m 的通道, 以方便备料, 在通道的另一侧还需保留1.2 m 左右, 作为电焊机或其他设备存放区, 该区域尺寸至少为75.6 m×8.1 m( 长×宽) , 本区设在生产线一侧。
4.2 管片生产区
按每天生产120 片管片计算, 每个管片从开始生产到完成蒸养约须6 h~7 h, 生产线24 h 循环作业, 共需管片模具40 个, 根据管片生产工艺要求, 生产线每一列12 个模位( 3环管片) , 共设4 列, 共48 个模位, 由于模具比较昂贵, 过多的投入会造成不必要的浪费, 所以部分模位用空车代替, 其中3 列在蒸养室内运行, 一列在蒸养室外和预蒸养室内运行( 如图1) , 每个模具长6 m, 宽1.9 m, 列间距为0.3 m, 与墙间距为0.5 m, 则蒸养室长应为72. 46 m, 宽度为8.75 m, 预蒸养室宽度3.35 m, 为了有效的保温, 蒸养区建在厂房内, 与厂房外墙间距0.9 m, 蒸养区宽度为12.1 m, 蒸养区前后还设有进出口坑, 每面长度为8.6 m, 共长17.2 m, 管片生产区尺寸为89.66 m×13.7 m。管片生产区与钢筋笼加工区并列布置, 中间留一过车通道, 通道宽度3.6 m。
4.3 管片静养区
管片静养区的尺寸合理与否直接影响管片的生产速度,按设计要求, 管片出窑后, 需在室内静养2 天, 则静养区至少要有2 天最大产量的存放空间和运输机械的交通道路, 按最大产量每天120 片计算, 2 天须存放240 片, 管片可堆放四层, 按3 排考虑, 须排20 行, 考虑有部分管片出模后需要修复, 和考虑一定的裕度, 至少按30 行考虑, 管片间操作空间至少须0.6 m, 3 排管片排距分别为0.6 m、1 m( 如果需要管片车出入, 至少要设置一个两列管片间至少3 m 宽的通道) ,管片与墙间距为0.6 m, 则根据管片的投影尺寸管片静养区的净长度至少应为30×( 1.6+0.6) =66 m, 考虑预留3 m 的装车位和3 m 的管片翻转平台机位, 静养区长度至少应为72 m,净宽度为4.89×3+0.6×3+1=17.47 m, 具体布置如图2。
4.4 附属设施
根据各部分功能区的设置, 附属设施按照厂房情况进行合理的布置, 布置时, 尽量利用厂房已有墙体, 或与厂房联合形成封门空间。各部分的尺寸应根据配套设施的厂家规格尺
寸进行合理设置。
各功能区的尺寸应根据预制厂的生产规模, 管片尺寸的大小, 通过严格的计算来确定, 并留有一定的裕度, 不可照搬现成的设计, 否则会给生产带来许多不必要的麻烦。
4.5 各功能区的高度确定
功能区的高度在满足空间和通风要求的条件下尽量降低, 以节约资金, 各功能区的高度应根据起吊机具的高度、起吊物品的高度、起吊高度和一定的富裕度来确定, 功能区的高度设计与工业厂房高度设计方法基本相同。
5 各功能区的平面布置
各功能区的平面布置一般要按生产流程一字安排, 这样有利于流水线作业, 各功能区之间没有交叉施工, 避免了功能区间的相互干扰, 本例中的预制厂功能区布置如图3。
这样的布置在生产流程上较为合理, 附属设施依附于主功能区, 使其与主功能区能方便衔接。在实际施工中, 可根据现场具体条件, 灵活确定。如许多功能区可以利用外部加工,混凝土生产系统可用商品混凝土代替, 钢筋加工可由专业加工厂代替, 垫块可用塑料垫块代替等等, 这样预制厂的功能区将会简化到最少。
6 预制厂建设
预制厂的建设包括厂房建设和设施安装两部分。一般在TBM掘进前必须生产出一定量的管片作为储备, 在预制管片生产和TBM掘进共同为一个项目的情况下, TBM掘进前的关键工作往往是预制厂的建设, 故加快预制厂的建设是保证TBM按期进洞掘进的关键。为此预制厂房一般采用钢结构的型式, 考虑厂房建设2 个月, 设施安装2 个月( 管片模具的生产周期一般2～3 个月, 需在厂房建设的同时订购) , 调试和试运行0.5 个月, 一般预制厂在开工后4～5 个月即可投产, 满足TBM掘进的施工需要。合理的结构布置会给今后的生产带来很大的方便, 其功能区的大小与其日产量密切相关, 只有根据产量, 合理确定功能区的尺寸, 布置相应的起重和运输设备,才能满足管片厂的生产要求, 并且避免资源重复投入。
