摘要: 文中從管片預制廠生產規模的確定、管片廠生產方法的選定、管片預制廠功能設計、各功能區的具體設計( 鋼筋生產區, 管片生產區, 管片靜養區、附屬設施、各功能區的高度確定) 、各功能區的平面布置、預制管廠建設六方面闡述了預制混凝土管片廠設計的要點。

關鍵詞: TBM; 預制混凝土管片; 管片模具; 蒸汽養護; 靜養

中圖分類號: TV278 文獻標識碼: B

　　隨著隧道掘進技術的發展, 隧洞掘進機TBM( TunnelBorning Machine) 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。而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是緊密相連的, 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, 因此預制混凝土管片的生產在雙護盾TBM隧洞施工中是不可或缺的項目。由于預制混凝土體型較大、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, 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, 現以某TBM工地預制場設計為例, 就管片預制廠的設計要點作一簡述。

1 管片預制廠生產規模的確定

　　管片預制廠的生產規模主要根據TBM 的掘進速度確定。根據以往的施工經驗, TBM的掘進速度在正常情況下為900 m/月～1 200 m/月, 管片生產必須滿足TBM的掘進需要。

　　該工程使用管片的寬度為1.6 m, 管片為六邊形, 每環由4 片組成, 按TBM平均月進尺1 200 m 計, 則需管片1200÷1.6×4=3000 片, 按每月生產天數為30 天計, 則管片廠的生產能力應大于100 片/天。

2 管片廠生產方法的選定

　　因TBM掘進的隧洞均采用預制混凝土管片襯砌一次成型, 故要求管片的生產精度比較高, 一般尺寸偏差為應小于1mm～2 mm。這樣要求配套的模具制作比較精密, 模具的價格也比較昂貴, 且國內生產商較少, 該項目采用進口模具, 每套模具( 每套為1 環, 共4 個) 約90 萬元人民幣。由于混凝土管片的需求量又比較大, 為減少模具投入的費用, 必須提高模具的使用率, 故預制混凝土管片一般采用蒸汽養護的方法。

　　蒸汽養護目前常用的生產方法有固定模具和生產線兩種方式, 生產線生產由于采用自動化控制, 勞動條件好, 溫度控制方便, 管片成型質量易保證, 故本工程采用生產線方法。

3 管片預制廠功能設計

　　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。鋼筋加工區主要進行鋼筋卸車、放樣、下料、鋼筋籠綁扎、成品堆放等工序。因此, 鋼筋加工區須考慮原料的堆放、原料加工區、半成品分類堆放、鋼筋籠綁扎、鋼筋籠吊運輸、鋼筋籠堆放等必要的空間和設備。

　　管片生產區主要進行鋼筋入模、埋件安裝、模具緊固、澆筑混凝土、平倉及清理、管片預蒸養、管片蒸養、管片出模、清理模具、刷脫模劑等工序。因此管片生產區須考慮少量鋼筋籠堆存場地和吊運設備, 根據生產線的長度確定養護室的大小并確定各溫度區的大小、各生產工序工位的布置及操作臺、管片出模的吊運設備及吊運通道、管片翻轉機具的布置等。

　　管片靜養區主要功能是管片從蒸養室出來后兩天的室內靜養, 因此該區域要考慮兩天時間生產管片的必要存放場地、管片吊運設備和管片出廠的交通道路。

　　生產附屬配套設施主要有鍋爐房、混凝土拌和站、墊塊生產車間、試驗室、現場辦公室、配電室及衛生間等。生產附屬配套設施一般布置在廠房的周邊, 并與主要功能模塊方便地銜接在一起。

4 各功能區的具體設計

　　根據管片廠的生產工藝, 確定管片廠的各功能區尺寸是很關鍵的, 功能區的尺寸合理與否直接影響其生產和運行。

4.1 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。

　　原料堆放區應布設在半成品加工區內, 應考慮至少有半天的存量, 在吃飯或倒班前可以完成原料進場, 按每天制作120 片鋼筋籠計算, 每片鋼筋籠重約需200 kg 鋼筋, 每天需鋼筋24 t, 盤圓與螺紋鋼比例約1∶1, 考慮場內存量約為6 t,兩種鋼筋各3 t, 根據圖紙鋼筋材料表, 通過計算, 螺紋鋼用10 m 長的定尺鋼筋最經濟, 螺紋鋼存放區寬度為1.5 m, 長度10 m, 盤圓鋼筋存放區至少為2 m×4 m, 在鋼筋存放區四周可設置鋼筋下料機械。

　　半成品加工區根據生產的需要, 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30 m×20 m( 長×寬) , 并可將原料存放區、半成品區穿插其中。

　　鋼筋籠綁扎區, 按每天的管片產量, 每天至少要加工120 片鋼筋籠, 每天按兩大班考慮, 每班每個綁扎臺生產2片, 需要30 個鋼筋籠綁扎臺, 每個綁扎臺寬1.65 m, 長4.9m, 綁扎臺間距至少0.9 m, 綁扎臺前須保留2 m 的通道, 以方便備料, 在通道的另一側還需保留1.2 m 左右, 作為電焊機或其他設備存放區, 該區域尺寸至少為75.6 m×8.1 m( 長×寬) , 本區設在生產線一側。

4.2 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 h~7 h, 生產線24 h 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( 如圖1) , 每個模具長6 m, 寬1.9 m, 列間距為0.3 m, 與墻間距為0.5 m, 則蒸養室長應為72. 46 m, 寬度為8.75 m, 預蒸養室寬度3.35 m, 為了有效的保溫, 蒸養區建在廠房內, 與廠房外墻間距0.9 m, 蒸養區寬度為12.1 m, 蒸養區前后還設有進出口坑, 每面長度為8.6 m, 共長17.2 m, 管片生產區尺寸為89.66 m×13.7 m。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3.6 m。

4.3 管片靜養區

　　管片靜養區的尺寸合理與否直接影響管片的生產速度,按設計要求, 管片出窯后, 需在室內靜養2 天, 則靜養區至少要有2 天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, 2 天須存放240 片, 管片可堆放四層, 按3 排考慮, 須排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須0.6 m, 3 排管片排距分別為0.6 m、1 m( 如果需要管片車出入, 至少要設置一個兩列管片間至少3 m 寬的通道) ,管片與墻間距為0.6 m, 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) =66 m, 考慮預留3 m 的裝車位和3 m 的管片翻轉平臺機位, 靜養區長度至少應為72 m,凈寬度為4.89×3+0.6×3+1=17.47 m, 具體布置如圖2。

4.4 附屬設施

　　根據各部分功能區的設置, 附屬設施按照廠房情況進行合理的布置, 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。各部分的尺寸應根據配套設施的廠家規格尺

寸進行合理設置。

　　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。

4.5 各功能區的高度確定

　　功能區的高度在滿足空間和通風要求的條件下盡量降低, 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方法基本相同。

5 各功能區的平面布置

　　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如圖3。

　　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, 使其與主功能區能方便銜接。在實際施工中, 可根據現場具體條件, 靈活確定。如許多功能區可以利用外部加工,混凝土生產系統可用商品混凝土代替, 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。

6 預制廠建設

　　預制廠的建設包括廠房建設和設施安裝兩部分。一般在TBM掘進前必須生產出一定量的管片作為儲備, 在預制管片生產和TBM掘進共同為一個項目的情況下, TBM掘進前的關鍵工作往往是預制廠的建設, 故加快預制廠的建設是保證TBM按期進洞掘進的關鍵。為此預制廠房一般采用鋼結構的型式, 考慮廠房建設2 個月, 設施安裝2 個月( 管片模具的生產周期一般2～3 個月, 需在廠房建設的同時訂購) , 調試和試運行0.5 個月, 一般預制廠在開工后4～5 個月即可投產, 滿足TBM掘進的施工需要。合理的結構布置會給今后的生產帶來很大的方便, 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, 并且避免資源重復投入。