新街台格庙矿区TBM长斜井工程管片自动化生产综

来源:期刊VIP网所属分类:自动化发布时间:2012-08-27浏览:

  【摘要】本文从自动化管片厂生产规模的分析与确定、生产模式的选定、自动化流水线产能分析、管片模具的选择、管片施工等五个方面阐述了管片自动化生产综合施工技术研究。
  【关 键 词】自动化流水线;管片;管片模具;静养;蒸汽养护;TBM
  Abstract This paper from the automation of factory production of the segment-scale analysis and determination of the selected mode of production, automated assembly line capacity analysis, the five aspects of the mold segment selection, segment construction segment automated production of construction technology.
  Key words automated assembly line; segment; segment mold; resting; steam curing; of TBM
  中图分类号:F407.67文献标识码:A 文章编号:
  1引言
  近年来,随着TBM掘进技术的完善与推广,预制管片的需求量也随之大增,钢筋砼管片的预制生产进入了高速发展期。目前,国内管片的预制生产,大多采用的是固定式的生产方式,无论是生产效率还是模具的利用率均相对较低。近几年开始推广使用的管片自动生产线,从入模、浇筑、养护、脱模等整条工序,全部在自动化流水线上进行。模具直接在生产线上,自动循环转入下一道工序,操作工人在固定的工位上作业,不必再像传统的制作方法,围着固定模具满场地跑。我公司承建的新街台格庙矿区TBM工法长斜井工程管片预制厂采用自动化流水线模式施工。
  2工程概况
  新街台格庙矿区位于鄂尔多斯市境内,行政隶属鄂尔多斯市伊金霍洛旗和乌审旗。矿区一号矿井的主、副斜井(1、2#试验井)采用TBM掘进施工,斜井采用-10.5%(6°)下坡,长度6314m,斜井间距(中心距)为50m。其中明槽段205m,TBM施工段6109m。本工程采用预制钢筋砼管片衬砌。试验井的内径为6.6m,管片厚度取0.35m,管片宽度1.5m,斜井管片环采用标准环的形式。每条斜井有4073环管片,两条斜井共有8146环管片。
  3管片厂生产规模的分析与确定
  3.1管片需求预测
  根据试验井的施工进度安排,结合TBM掘进需要,对管片需求进行预测。
  表1 斜井管片需求量预测表
序号 月份 单井掘进进尺(m) 单井掘进管片环数(环) 两井管片需求环数(环)
1 2012年9月 240 160 320
2 2012年10月 480 320 640
3 2012年11月 640 427 854
4 2012年12月 640 427 854
5 2013年1月 640 427 854
6 2013年2月 640 427 854
7 2013年3月 800 533 1066
8 2013年4月 800 533 1066
9 2013年5月 640 427 854
10 2013年6月 589 392 784
11 小计 6109 4073 8146

  3.2管片生产规模分析
  根据对斜井管片需求量的测算,管片预制总体工期控制为:2012年6月份开始建厂,2013年5月底完成生产。考虑到管片厂的设备调试、管片的试生产、冬季生产折减等因素,在管片生产能力计算时,设置生产能力系数,如表2所示。
  表2 管片生产能力系数表
年份 2012年 2013年 小计
月份 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5
生产阶段 试产 试产 正常 正常 正常 冬施 冬施 冬施 正常 正常 正常  
生产能力系数 0.5 0.6 1 1 1 0.8 0.6 0.8 1 1 1 9.3

  结合TBM掘进进度、需求计划,对管片厂生产能力进行如下分析,供2条斜井:月均产量为8146/9.3=876环,日均产量为876/25=36环(每月按25天生产考虑)。
  4管片厂生产模式的选定
  4.1管片生产模式介绍
  目前,国内管片生产工艺按其流水特点,一般可分为传统制作方式(固定模具法、固定振动台法)和自动化流水线两种方式。
  4.1.1传统制作方式
  传统制作方式以固定模具法和固定振动台法为主。
  (1)固定模具法以模具为中心,模具在生产车间内按环成排固定摆放,每个模具下面都有附着试振动器(多为气动)。模具旁边设蒸汽管路,用来管片成型后的蒸汽养护。操作工人通过在每个模具之间来回走动来完成各个工序的操作。砼浇筑采用桥式吊车吊着砼料斗行走在每个模具上方来完成浇筑。管片起片时,同样采用吊车在每个模具上方再次行走来把蒸养好的管片吊出来。
  (2)固定振动台法以砼振动台为中心,砼浇筑及振动在固定位置,模具由桥吊吊装至振动台,管片浇筑振捣成型后吊装至养护区进行养护,其它施工工艺同固定模具法。
  4.1.2自动化流水线
  自动化流水线指模具在生产线上有规律的按着一定节拍行走,操作工人站在固定的工位上完成本工序的操作,完成一个等待下一个。振动台采用整体式的,固定在生产线的某个位置上。振动台的上方是砼料斗,搅拌好的砼直接输送至料斗中,等待浇筑。管片浇筑成型抹面后,进入养护房蒸养。自动化流水线由控制系统、生产线、养护线、振动台、平移小车、浇筑系统和养护系统共同组成。
  4.2管片生产模式比较
  传统制作法与自动化流水线法管片生产工艺各不相同,其工艺比较见表3。
  表3 管片生产工艺比较表
序号 工艺方式 传统制作法 自动化流水线法
1 特点 以模具或振动台为中心、桥吊为运输工具的生产组织系统 以振动台为中心,模板自行循环流动,减少桥吊运输的生产组织系统
2 设备组成 搅拌站+模具+桥吊+养护罩 搅拌站+模具+振动台+传送线+养护房+桥吊
3 成型方法 附着式振动器、手动插入式振捣器 整体式振动台、手动插入式振捣器、附着式振动器
4 优点 前期投资省,工艺简单,操作方便。 集成化程度高,专业化生产标准产品优势明显,提高生产率,脱模前养护温度容易控制,节约能耗,节约劳动力。材料及设备运输路线明确,交叉作业少。作业环境整洁,污染小。
5 缺点 砼拌和、运输及浇筑环节紧凑性差。质量受人工控制因素影响大。脱模前养护温度难以控制,热量浪费大。劳动力投入大。车间占地面积较大。起吊设备投入大,作业繁忙。水平垂直运输交叉多,安全性差。作业环境差。 对各施工环节操作熟练程度要求高。单条流水线中单个环节出问题将严重影响整条生产线流水作业。对砼供应要求高。
6 经济分析 一次性投资少。 一次性投资大,投资风险较大。
7 适用范围 适合一次性项目。 适合新建投资规模大的专业管片工厂,适合多次或长期项目。

  比较两种作业方式,自动流水生产线主要优点在于:
  (1)生产效率高:自动流水作业,投入模具数量少,模具周转利用率高;
  (2)质量稳定:各作业工序的人工、设备、材料位置固定,操作人员、操作岗位固定,机械化程度高,产品质量稳定;
  (3)安全可控:材料及设备运输路线明确,交叉作业少,起重吊装过程大量降低,安全性有保障;
  (4)节能环保:隔振降噪,全自动温控、高效节能蒸养、真空脱模等技术,节能环保效果好;
  (5)文明施工程度高:厂区干净整洁,作业环境好,文明施工程度高。
  4.3管片生产模式确定
  通过对管片生产工艺的分析、比较,结合对国内现有自动化流水线生产工艺采取的优化措施,本工程管片预制采用自动流水生产线生产方式,自动化流水线采用“2+4线型”,即采用2条生产线配合4条养护线的模式。
  5管片厂流水线产能分析
  管片预制厂采用自动化流水线模式,流水线按16套模具设计,初期采用12套模具“2+4线型”投产,后期根据需要可考虑增加至14套或16套模具进行扩能,生产线及蒸养窑设置在地面以上。即流水线采用2条生产线配合4条养护线的模式。
  根据国内现有管片自动化流水线调查,管片生产线一般每个工位作业所需时间约4~6min,一套模具共7片,每个模具即1个工位,12套模具总共12×7=84个工位,完成全部84个工位需时约84×4~84×6=336~504min,约5.6~8.4h。
  考虑到鄂尔多斯的天气因素,结合单个工位作业时间要求,管片生产拟采取一天3翻,每翻按7.33h控制,即每个工位平均用时:7.33h÷84个=5.24min。3翻共用时间约22h,每天2h检修时间。
  根据12套模具在流水线上的布置走位,根据单个工位平均用时测算出各作业时间如下:拆模、涂油、安装预埋件、钢筋笼等主要作业时间52.38 min,砼振捣作业10.48min,管片静养146.67min(约2.44h),管片蒸养230.48min(约3.84h)。
  上述各工艺作业时间,随实际单个工位时间的不同而有所变化,但变化不大。流水线布置及各工艺作业时间详见下表4、表5。
表4  流水线线型布置与作业时间工艺(12套模具2+4线型)
工作区域 工位内容 线型规划 小车补位 模具数量 每    天   工作时间 每月工作天数 25 开门
距离
2.80
作业线 静蒸线 0 日均翻数 模具
长度
5.00 进出
坑道
6.00
2 4 各区域工位数 84 22 3 隧道
总长
13600 环宽(米) 1.50
一环数 7 一个工位节拍时间 5.24 工作 52.38  
作业线 降温 2 0 0 降温 作业时间 0.00 0.87
工作 2 0 5 工作 52.38 振动 10.48
振动 2 0 1 振动 10.48 静养 146.67
静养 2 0 6 静养 62.86 2.44
静养区 静养 0 4 4 静养 83.81 蒸养 230.48
蒸养区 升温 0 4 2 升温 41.90 3.84
恒温 0 4 6 恒温 125.71 合计 440.00
降温 0 4 3 降温 62.86 7.33
表5  主要基本数据汇总表(12套模具2+4线型)
数据汇总 线型设计 各区域作业时间 每日翻数
主要
作业
振动
作业
静养区域 蒸养区域 时间合计
升温 恒温 降温
2 4 52.38 10.48 146.67 41.90 125.71 62.86 440.00 分钟 3
230.48
区域时间
(小时)
0.87 0.17 2.44 0.70 2.10 1.05 7.33 小时 每日产能
3.84 36
满足工艺时间条件评判 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足 满足
基本情况 作业流水线区域 静养区 蒸养区域 合计模具
降温 工作 振动 静养 小计 静养 升温 恒温 降温 小计
一条线 0 5 1 6 12 4 2 6 3 15
总  计 0 10 2 12 24 16 8 24 12 60 84
距离统计 总计 间距 静养 进模门 升温 恒温 降温 出模门 出模坑 进模坑  
长度(米) 92.60 1.87 20.00 2.80 10.00 30.00 15.00 2.80 6.00 6.00  
产能统计 环/日 环/月 环/年 完成工期(月)            
数量(环) 36 900 10800 10.07            

  6管片模具的选择
  钢筋砼管片的预制,是TBM掘进施工中不可或缺的项目,由于预制构建体型大、形式多样、需求量大且相对集中等特点,一般的预制构件厂很难满足生产要求,必须在工地现场建设预制砼管片生产厂。管片属于特殊预制构件,因此需要采用专门的管片钢模进行预制。
  考虑到本项目实际情况,管片预制采用定型钢模,每套钢模按管片“6+1”形式做成相应的7片钢模。初期共订购12套管片模具,后期根据需要可考虑增加至16套。
  结合各项枝术条款、管片结构图,基于对砼的塌落度要求为20~30mm,管片推进方有凸台,止水槽深度达20mm,采用重型钢模具,工艺采用自动流水生产线,固定整体振动平台配底部振动成型。
  7自动化流水线管片施工
  7.1管片生产工艺流程
  管片生产包括:钢筋制作、钢模准备、砼浇筑、脱模、养护、储存等,其工艺流程见图4。
  7.2砼管片生产区布置
  管片生产区内有管片流水作业生产线、管片静养、蒸养、降温及脱模等区域。详见图5。
  7.3管片生产施工工序及技术要点
  7.3.1钢筋骨架制作
  (1)钢筋的弯弧、弯曲
  钢筋弯弧、弯曲应严格按设计图纸要求,并按钢筋工长下达的钢筋弯弧、弯曲作业表对钢筋进行加工;弯弧操作进料时必须轻送,钢筋进入弯弧机时应保持平衡、匀速,防止平面翘曲,成型后表面不得有裂缝;弯曲操作时严禁超过本机规定的钢筋直径、根数及额定转速工作,弯曲后钢筋先放在运料小车上,送到半成品堆放区指定位置。
  (2)骨架焊接
  钢筋骨架成型在符合设计要求的靠模上进行制作。
  各部件安放后,经测量调整和检验各项尺寸均符合要求,才可进行焊接工作。焊接时焊点的位置要准确,不得漏焊,焊口要牢固,焊缝表面不允许有气孔及夹渣。
  焊接顺序:先焊牢端部有定位挡板一端的上下主筋,再摆正另一端焊牢连接点位。主筋与箍筋应从中间位置依次分别向两端进行焊接。端部构造附筋按图纸等间距点焊。
  焊接以牢固而不伤主筋为标准。焊接成型后的钢筋骨架吊离靠模,放在指定地方。由专职检测人员测量其弧长、拱高、主副筋间距等项目尺寸均合格后,挂上标识牌并填写记录焊工姓名,以便于发生不合格时,追溯焊接者返回返修,直至合格为止。钢筋骨架用吊钩吊至指定区域按型号堆放整齐。
  7.3.2模具清理及组模
  (1)钢模清理
  ①管片脱模后,应及时清理模具内砼残积物。清理完成后,对模具进行喷涂脱模油处理,喷涂脱模油必须由专人负责。
  ②先使用雾状喷雾器薄涂,然后用拖布均匀抹,务必使模具内表面全部均布薄层脱模剂,如两端底部有淌流的脱模剂积聚,应用棉纱清理干净。
  (2)组模
  ①组模前应检查模具各部件,部位是否洁净,脱模剂喷涂是否均匀,不足的地方要清抹,补漏。
  ②检查侧模板与模底板的连接缝不粘胶布有否移位或脱落,如有此现象,要及时修正。
  ③将侧模板向内轻轻推进就位,用手旋紧定位螺栓,使用模端的推上螺栓,将模推至吻合标志,把端模板与侧模板连结螺栓装上,用手初步拧紧后用专用工具均衡用力拧至牢固,特别注意严格使吻合标志完全对正位,并拧紧螺栓,不得用力过猛。
  ④把侧模板与底模板的固定螺栓装上,用手拧紧后再用专用工具由中间位置向两端顺序拧紧,严禁反顺序操作以免导致模具变形,精度损失。
  7.3.3钢筋骨架入模
  (1)在钢筋笼上指定位置装上保护层垫块后由桥吊配合专用吊具按规格把钢筋笼吊放入模具。操作过程中桥吊司机与地面操作都应密切配合,两端由操作手扶牢,以明确手势指挥,对准位置轻吊、轻放,不得令钢筋笼与模具发生碰撞。
  (2)钢筋笼放入模具后要检查周侧、底部保护层是否匀称,任何令保护层大于规定公差、或严重扭曲的钢筋笼都不得使用,必须吊离模具运走。
  (3)由专人排放钢筋部件,由专人按规定安装预埋配件。
  (4)钢筋笼入模后,按标准要求对每只钢筋笼一一进行校正。对环、纵向的螺栓孔位置、保护层等进行校正、实测,并填写好验收表格,经质检人员认可后,方可进行管片砼的浇捣。
  7.3.4砼浇捣
  (1)砼的浇筑
  ①砼从搅拌机下料斗直接卸入接料斗,接料斗沿轨道水平移动至砼浇筑平台上方。
  ②浇筑前必须按规定对组装好的模具进行验收,发现任何不合格项目应通知上工序返工,经验收合格后取走挂在钢筋笼上的标志牌表示可以浇筑。
  ③只有被确认坍落度在20~30mm范围内、温度在30℃以下、空气含量在1%以内的砼才可使用,否则要废弃。
  ④砼要分层次灌注,要注意使砼在模具内匀布。
  ⑤浇制顺序:模具的两端→模具的中段。砼下料先下料在模具中段,用砼振捣棒推向模具两端。
  (2)砼的振捣
  本工程管片砼采用整体振动平台来完成振捣工作,同时采用插入式振捣棒辅助工作。
  模具进入振捣平台后,砼由接料斗卸入模板内,同时开动整体振动台,并采用振捣棒将模具中段砼推向模具两端,逐步完成砼振捣工作。
  全部振动成型完成后,应抹平中间处砼,然后用土工布盖好。振动成型后,在初凝时应转模蕊棒,初凝后再次转动。
  7.3.5光(拾)面
  拆卸面板的时间应随气温及砼凝结情况而决定,一般在浇筑完成后十分钟,以掀开中间的薄塑布用手按微平凹痕为准,此时方可打开盖板。打开盖板后注意插上固定销,以防盖板砸下出现事故。
  光面分粗、中、精三个工序:
  (1)粗光面:使用铝合金压尺,刮平去掉多余砼(或填补所凹陷处),并进行粗磨。
  (2)中光面:待砼收水后使用灰匙进行光面,使管片面平整光滑。
  (3)精光面:使用长匙精工抹平,力求使表面光亮无灰匙印。
  注意:待砼全部初凝后盖上吸水性强不易脱色的纤维物。砼达到一定的强度后,一般在浇筑后约2h,把模蕊棒拔除。
  7.3.6蒸汽养护
  在整个蒸汽养护期间,模具除盖板打开外,管片养护期间不拆模,模具与管片一同在养护房养护。管片蒸汽养护分静养和蒸养两个阶段,其中蒸养分升温、恒温、降温三个步骤。
  (1)管片静养
  管片从生产线由平板小车运至养护线,先对管片进行静养,静养时间因季节气温变化而有所不同。按本工程采取的流水线作业特点,静养时间一般在146.67min(约2.44h)。
  (2)管片蒸养
  管片静养后,随流水作业施工进行中,逐步从静养区进入蒸养区。流水线上蒸养区采用固定蒸养房形式,蒸养房采用门帘分割成升温、恒温、降温三个区段。随流水作业施工,管片随模具一起进入三个蒸养区段,整个管片蒸养时间为230.48min(约3.84h)。
  7.3.7管片拆模及修整
  (1)管片脱模
  管片经蒸养房蒸养后,一般砼强度达到设计强度的60%左右,达到脱模强度要求。脱模强度由试验室在脱模前提供试验报告,若管片经蒸养后达不到试验脱模强度,暂停流水作业,加长蒸养时间,待管片强度满足要求后,恢复流水作业,进入下一道工序作业。
  管片由蒸养房出来后进入移动小车平台,再由小车平台移动至生产线端头,并在此进行拆模作业施工。
  ①拆模顺序为:
  a、拆卸举重臂螺栓的固定螺栓,清抹干净,在指定位置。
  b、先拆卸旁模与底模固定螺栓,后拆卸侧模与端模连结螺栓,收集齐全,清理干净放在专用的箱子(桶)内。
  c、用专用工具将侧模的定位螺栓及端模的推进螺栓拆松,退位至原定位置后,用手均衡用力,顺着旁模滑杆,分别把两侧模拉开至特设安全保险定位位置。
  ②注意事项
  拆模中严禁锤打、敲击等野蛮操作。脱模必须使用专用吊具,地面操作四人配合进行,一人站在侧模正对灌浆孔位置,一人站在端模正对灌浆孔位置,由专人向桥吊司机发出起吊讯号进行脱模。
  (2)管片起吊
  模具拆模后,采用专门的吸盘机将管片从模具中吸住并起吊移至运输小车上,运输小车沿轨道将管片移至管片水养护区旁。
  (3)管片修整
  管片拆模起吊至运输小车后,对管片进行修整作业。管片外表面的气泡,水泡均需采用胶皇液拌和的水泥砂浆填补,修补时先使用厚泡沫海绵块蘸浆涂抹,再用灰匙抹平。对于深度>2mm,直径>φ3mm的缺陷宜采用二次填补方式,一次填补的材料干缩,再第二次填料抹平。特别要注意止水带上下30mm处缺陷的修整。
  7.3.8管片养护
  管片养护分浸水养护与喷淋养护两个阶段,管片由运输小车运至水养区后,由天车起吊移至浸水养护水池,经浸水养护7天后,再移至喷淋养护区进行喷淋养护。
  (1)浸水养护
  管片温度与水温相差不大于20℃时,方可入池浸水养护,池水应高出管片上表面100mm以上,浸水养护7天(养护池底有砼垫条,垫条上镶有木板,管片坚立搁置于上)。出池后对管片缺陷进行修整。
  (2)管片喷淋养护
  喷淋场经硬化处理并敷设有足够的分叉口的水管,每个叉口设有独立的控制阀门,并接上装有雾状喷雾器的软管。
  管片在喷淋场二层侧立摆放,管片与地面接触处用木方支承,上下层之间的管片亦用木方间隔,每片管片间采用T型木板条隔离防护。
  喷头均匀布置于上层管片上,以喷出水珠能全部覆盖管片表面为准。
  7.3.9管片存储与运输
  (1)管片堆放
  ①管片在水池里的堆放:管片浸水养护时,池水必须漫过管片顶部,二层侧立放置,不同类型的管片应严格分区养护。
  ②管片在喷淋场的堆放:管片在喷淋场成侧立放置,以保证自动喷淋的水能湿润管片的每一部份,二层放置。喷淋头放置在顶层上部。
  ③管片在堆放场的放置:管片经浸水养护及喷淋养护后,运至管片存放区进行堆放,管片在存放区采用侧立放置,按二层放置,每层间用方木支垫。放置时,应将做好统筹安排,确保同期出厂、同一环的管片堆放在一处,便于后期运输。
  (2)管片的运输及管片交付
  ① 按施工进度要求及当天的调度计划,运输到施工现场。
  ② 管片的运输使用门吊装车,装车前采用翻片机对管片进行翻片处理。管片装车时,堆叠顺序整环运送,必要时亦可按实际要求装运散件。
  ③ 管片在水养护池内和堆放场地全部放置在软性的垫条上。吊运时,片与片间亦以垫木间隔,以防碰撞;
  ④ 管片与绳索间垫以橡胶垫物,不直接接触,以防勒伤,绳索用纹盘收紧,使管片得以紧固;
  ⑤ 工程技术部对管片厂提出初定的交付计划,每周有周计划,每天的发运交付计划应提前一天通知,在工程发生变化时可及时调整。
  7.3.10管片成品标识
  (1)管片永久标记
  在每块钢模的内弧面的统一位置铸有管片类型、钢模编号等凹形标志,便于控制质量和发运。
  (2)管片标识
  在管片侧面、端头、内表面醒目处,人工加盖管片的唯一性标识,要求注明:管片型号和配筋类号、管片生产流水号、管片的生产日期、生产班组号等信息,以及管片的自检质量标识(合格、不合格)。该标志要求在现场组装结束前不得消失。
  字体:黑体;尺寸:2.5×3.5(cm);颜色:黑;材料:墨
  (3)标识位置
  ① 内弯弧面右上角;
  ② 正对内弯弧面的右面端面上端。
  (4)标识时间
  管片的产品标识在脱模后立即进行。
  标识释义:十三——中铁十三局集团公司的产品
  CP3 SA——管片型号、配筋类号
  0117——管片的流水号
  11 07 15 A——生产日期、生产班组号
  8结束语
  自动化流水线在施工中各作业工序的人工、设备、材料位置相对固定,通过全自动生产线将模具定时定点运送至各特定的操作工位,设备利用率高,生产效率成倍提高。材料及设备运输路线明确,交叉作业少,安全可控。管片厂房占地面积相对较小,管片养护温度容易控制,节能效果明显。作业环境整洁、污染小。自动化流水线管片预制厂是发展的必然趋势,并将得到普遍应用。
  参考文献
  1 杜常岭.地铁盾构管片自动化生产线的研究.辽宁建材,2007年第05期
  2 靳思东,王洪葵.预制砼管片厂设计要点简述.山西水利科技,2006年11月第4期(总第162期)
  3 蒋勤俭.预制砼管片生产工艺及质量控制研究.砼与水泥制品,2007年2月第1期

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文章名称: 新街台格庙矿区TBM长斜井工程管片自动化生产综

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