摘要: 文中從管片預(yù)制廠生產(chǎn)規(guī)模的確定、管片廠生產(chǎn)方法的選定、管片預(yù)制廠功能設(shè)計(jì)、各功能區(qū)的具體設(shè)計(jì)( 鋼筋生產(chǎn)區(qū), 管片生產(chǎn)區(qū), 管片靜養(yǎng)區(qū)、附屬設(shè)施、各功能區(qū)的高度確定) 、各功能區(qū)的平面布置、預(yù)制管廠建設(shè)六方面闡述了預(yù)制混凝土管片廠設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞: TBM; 預(yù)制混凝土管片; 管片模具; 蒸汽養(yǎng)護(hù); 靜養(yǎng)

中圖分類號: TV278 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: B

　　隨著隧道掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展, 隧洞掘進(jìn)機(jī)TBM( TunnelBorning Machine) 以其掘進(jìn)速度快( 為常規(guī)開挖的5~10 倍) 、一次成洞、能提供安全作業(yè)環(huán)境并能保證隧洞的整體安全等特點(diǎn), 逐步被許多隧洞工程采用。而目前掘進(jìn)機(jī)施工中多采用雙護(hù)盾TBM, 雙護(hù)盾TBM尾盾與預(yù)制管片襯砌是緊密相連的, 只有采用了管片襯砌技術(shù)才能發(fā)揮雙護(hù)盾TBM在不穩(wěn)定圍巖條件下的優(yōu)勢, 因此預(yù)制混凝土管片的生產(chǎn)在雙護(hù)盾TBM隧洞施工中是不可或缺的項(xiàng)目。由于預(yù)制混凝土體型較大、形式多樣、使用時(shí)需求量較大等特點(diǎn), 一般的預(yù)制混凝土生產(chǎn)廠很難滿足生產(chǎn)要求, 必須在工地現(xiàn)場建設(shè)預(yù)制混凝土管片生產(chǎn)廠, 管片預(yù)制廠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否直接影響管片的生產(chǎn)速度, 現(xiàn)以某TBM工地預(yù)制場設(shè)計(jì)為例, 就管片預(yù)制廠的設(shè)計(jì)要點(diǎn)作一簡述。

1 管片預(yù)制廠生產(chǎn)規(guī)模的確定

　　管片預(yù)制廠的生產(chǎn)規(guī)模主要根據(jù)TBM 的掘進(jìn)速度確定。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn), TBM的掘進(jìn)速度在正常情況下為900 m/月～1 200 m/月, 管片生產(chǎn)必須滿足TBM的掘進(jìn)需要。

　　該工程使用管片的寬度為1.6 m, 管片為六邊形, 每環(huán)由4 片組成, 按TBM平均月進(jìn)尺1 200 m 計(jì), 則需管片1200÷1.6×4=3000 片, 按每月生產(chǎn)天數(shù)為30 天計(jì), 則管片廠的生產(chǎn)能力應(yīng)大于100 片/天。

2 管片廠生產(chǎn)方法的選定

　　因TBM掘進(jìn)的隧洞均采用預(yù)制混凝土管片襯砌一次成型, 故要求管片的生產(chǎn)精度比較高, 一般尺寸偏差為應(yīng)小于1mm～2 mm。這樣要求配套的模具制作比較精密, 模具的價(jià)格也比較昂貴, 且國內(nèi)生產(chǎn)商較少, 該項(xiàng)目采用進(jìn)口模具, 每套模具( 每套為1 環(huán), 共4 個(gè)) 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(fèi)用, 必須提高模具的使用率, 故預(yù)制混凝土管片一般采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方法。

　　蒸汽養(yǎng)護(hù)目前常用的生產(chǎn)方法有固定模具和生產(chǎn)線兩種方式, 生產(chǎn)線生產(chǎn)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(zhì)量易保證, 故本工程采用生產(chǎn)線方法。

3 管片預(yù)制廠功能設(shè)計(jì)

　　預(yù)制混凝土管片生產(chǎn)廠從功能上可分四塊: 鋼筋加工區(qū)、管片生產(chǎn)區(qū)、管片靜養(yǎng)區(qū)、生產(chǎn)附屬配套設(shè)施。鋼筋加工區(qū)主要進(jìn)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(qū)須考慮原料的堆放、原料加工區(qū)、半成品分類堆放、鋼筋籠綁扎、鋼筋籠吊運(yùn)輸、鋼筋籠堆放等必要的空間和設(shè)備。

　　管片生產(chǎn)區(qū)主要進(jìn)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(yù)蒸養(yǎng)、管片蒸養(yǎng)、管片出模、清理模具、刷脫模劑等工序。因此管片生產(chǎn)區(qū)須考慮少量鋼筋籠堆存場地和吊運(yùn)設(shè)備, 根據(jù)生產(chǎn)線的長度確定養(yǎng)護(hù)室的大小并確定各溫度區(qū)的大小、各生產(chǎn)工序工位的布置及操作臺、管片出模的吊運(yùn)設(shè)備及吊運(yùn)通道、管片翻轉(zhuǎn)機(jī)具的布置等。

　　管片靜養(yǎng)區(qū)主要功能是管片從蒸養(yǎng)室出來后兩天的室內(nèi)靜養(yǎng), 因此該區(qū)域要考慮兩天時(shí)間生產(chǎn)管片的必要存放場地、管片吊運(yùn)設(shè)備和管片出廠的交通道路。

　　生產(chǎn)附屬配套設(shè)施主要有鍋爐房、混凝土拌和站、墊塊生產(chǎn)車間、試驗(yàn)室、現(xiàn)場辦公室、配電室及衛(wèi)生間等。生產(chǎn)附屬配套設(shè)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(qū)的具體設(shè)計(jì)

　　根據(jù)管片廠的生產(chǎn)工藝, 確定管片廠的各功能區(qū)尺寸是很關(guān)鍵的, 功能區(qū)的尺寸合理與否直接影響其生產(chǎn)和運(yùn)行。

4.1 鋼筋生產(chǎn)區(qū)

　　鋼筋生產(chǎn)區(qū)又可劃分為原料堆放區(qū)、半成品加工區(qū)、半成品堆放區(qū)、成品加工區(qū)、成品堆放區(qū)等。

　　原料堆放區(qū)應(yīng)布設(shè)在半成品加工區(qū)內(nèi), 應(yīng)考慮至少有半天的存量, 在吃飯或倒班前可以完成原料進(jìn)場, 按每天制作120 片鋼筋籠計(jì)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(nèi)存量約為6 t,兩種鋼筋各3 t, 根據(jù)圖紙鋼筋材料表, 通過計(jì)算, 螺紋鋼用10 m 長的定尺鋼筋最經(jīng)濟(jì), 螺紋鋼存放區(qū)寬度為1.5 m, 長度10 m, 盤圓鋼筋存放區(qū)至少為2 m×4 m, 在鋼筋存放區(qū)四周可設(shè)置鋼筋下料機(jī)械。

　　半成品加工區(qū)根據(jù)生產(chǎn)的需要, 需布置2 臺調(diào)直切斷機(jī)、2 臺彎箍機(jī)、2 臺彎弧機(jī)、1 臺鋼筋切斷機(jī)、1 個(gè)彎弧機(jī)喂料平臺、2 個(gè)彎弧機(jī)接料平臺。根據(jù)場地情況, 該區(qū)域至少需30 m×20 m( 長×寬) , 并可將原料存放區(qū)、半成品區(qū)穿插其中。

　　鋼筋籠綁扎區(qū), 按每天的管片產(chǎn)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(gè)綁扎臺生產(chǎn)2片, 需要30 個(gè)鋼筋籠綁扎臺, 每個(gè)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(cè)還需保留1.2 m 左右, 作為電焊機(jī)或其他設(shè)備存放區(qū), 該區(qū)域尺寸至少為75.6 m×8.1 m( 長×寬) , 本區(qū)設(shè)在生產(chǎn)線一側(cè)。

4.2 管片生產(chǎn)區(qū)

　　按每天生產(chǎn)120 片管片計(jì)算, 每個(gè)管片從開始生產(chǎn)到完成蒸養(yǎng)約須6 h~7 h, 生產(chǎn)線24 h 循環(huán)作業(yè), 共需管片模具40 個(gè), 根據(jù)管片生產(chǎn)工藝要求, 生產(chǎn)線每一列12 個(gè)模位( 3環(huán)管片) , 共設(shè)4 列, 共48 個(gè)模位, 由于模具比較昂貴, 過多的投入會造成不必要的浪費(fèi), 所以部分模位用空車代替, 其中3 列在蒸養(yǎng)室內(nèi)運(yùn)行, 一列在蒸養(yǎng)室外和預(yù)蒸養(yǎng)室內(nèi)運(yùn)行( 如圖1) , 每個(gè)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(yǎng)室長應(yīng)為72. 46 m, 寬度為8.75 m, 預(yù)蒸養(yǎng)室寬度3.35 m, 為了有效的保溫, 蒸養(yǎng)區(qū)建在廠房內(nèi), 與廠房外墻間距0.9 m, 蒸養(yǎng)區(qū)寬度為12.1 m, 蒸養(yǎng)區(qū)前后還設(shè)有進(jìn)出口坑, 每面長度為8.6 m, 共長17.2 m, 管片生產(chǎn)區(qū)尺寸為89.66 m×13.7 m。管片生產(chǎn)區(qū)與鋼筋籠加工區(qū)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(yǎng)區(qū)

　　管片靜養(yǎng)區(qū)的尺寸合理與否直接影響管片的生產(chǎn)速度,按設(shè)計(jì)要求, 管片出窯后, 需在室內(nèi)靜養(yǎng)2 天, 則靜養(yǎng)區(qū)至少要有2 天最大產(chǎn)量的存放空間和運(yùn)輸機(jī)械的交通道路, 按最大產(chǎn)量每天120 片計(jì)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(fù), 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(shè)置一個(gè)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(jù)管片的投影尺寸管片靜養(yǎng)區(qū)的凈長度至少應(yīng)為30×( 1.6+0.6) =66 m, 考慮預(yù)留3 m 的裝車位和3 m 的管片翻轉(zhuǎn)平臺機(jī)位, 靜養(yǎng)區(qū)長度至少應(yīng)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(shè)施

　　根據(jù)各部分功能區(qū)的設(shè)置, 附屬設(shè)施按照廠房情況進(jìn)行合理的布置, 布置時(shí), 盡量利用廠房已有墻體, 或與廠房聯(lián)合形成封門空間。各部分的尺寸應(yīng)根據(jù)配套設(shè)施的廠家規(guī)格尺

寸進(jìn)行合理設(shè)置。

　　各功能區(qū)的尺寸應(yīng)根據(jù)預(yù)制廠的生產(chǎn)規(guī)模, 管片尺寸的大小, 通過嚴(yán)格的計(jì)算來確定, 并留有一定的裕度, 不可照搬現(xiàn)成的設(shè)計(jì), 否則會給生產(chǎn)帶來許多不必要的麻煩。

4.5 各功能區(qū)的高度確定

　　功能區(qū)的高度在滿足空間和通風(fēng)要求的條件下盡量降低, 以節(jié)約資金, 各功能區(qū)的高度應(yīng)根據(jù)起吊機(jī)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(qū)的高度設(shè)計(jì)與工業(yè)廠房高度設(shè)計(jì)方法基本相同。

5 各功能區(qū)的平面布置

　　各功能區(qū)的平面布置一般要按生產(chǎn)流程一字安排, 這樣有利于流水線作業(yè), 各功能區(qū)之間沒有交叉施工, 避免了功能區(qū)間的相互干擾, 本例中的預(yù)制廠功能區(qū)布置如圖3。

　　這樣的布置在生產(chǎn)流程上較為合理, 附屬設(shè)施依附于主功能區(qū), 使其與主功能區(qū)能方便銜接。在實(shí)際施工中, 可根據(jù)現(xiàn)場具體條件, 靈活確定。如許多功能區(qū)可以利用外部加工,混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)可用商品混凝土代替, 鋼筋加工可由專業(yè)加工廠代替, 墊塊可用塑料墊塊代替等等, 這樣預(yù)制廠的功能區(qū)將會簡化到最少。

6 預(yù)制廠建設(shè)

　　預(yù)制廠的建設(shè)包括廠房建設(shè)和設(shè)施安裝兩部分。一般在TBM掘進(jìn)前必須生產(chǎn)出一定量的管片作為儲備, 在預(yù)制管片生產(chǎn)和TBM掘進(jìn)共同為一個(gè)項(xiàng)目的情況下, TBM掘進(jìn)前的關(guān)鍵工作往往是預(yù)制廠的建設(shè), 故加快預(yù)制廠的建設(shè)是保證TBM按期進(jìn)洞掘進(jìn)的關(guān)鍵。為此預(yù)制廠房一般采用鋼結(jié)構(gòu)的型式, 考慮廠房建設(shè)2 個(gè)月, 設(shè)施安裝2 個(gè)月( 管片模具的生產(chǎn)周期一般2～3 個(gè)月, 需在廠房建設(shè)的同時(shí)訂購) , 調(diào)試和試運(yùn)行0.5 個(gè)月, 一般預(yù)制廠在開工后4～5 個(gè)月即可投產(chǎn), 滿足TBM掘進(jìn)的施工需要。合理的結(jié)構(gòu)布置會給今后的生產(chǎn)帶來很大的方便, 其功能區(qū)的大小與其日產(chǎn)量密切相關(guān), 只有根據(jù)產(chǎn)量, 合理確定功能區(qū)的尺寸, 布置相應(yīng)的起重和運(yùn)輸設(shè)備,才能滿足管片廠的生產(chǎn)要求, 并且避免資源重復(fù)投入。