预制混凝土衬砌管片生产工艺的设计选择

王娜

摘 要：本文以山东电力管道工程公司湖北管片厂的建设为背景，以安全、优质、高效、节能生产为设计目标，对管片生产工艺进行分析，为管片预制厂选择生产工艺、优化设计提供参考。

关键词：预制管片；生产工艺；设计选择

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.094

0 前言

随着国内城市地铁的快速发展，盾构法施工在隧道工程中得到广泛应用，预制钢筋混凝土衬砌管片作为盾构法施工隧道的主要构件，市场需求急剧增加，管片生产企业迎来了前所未有的发展机遇。2014年中国电建和武汉市政府就基础设施业务签订战略合作协议，积极扩展地铁施工业务。取得了武汉轨道交通11号线东段工程和武汉地铁8号线一期工程所需预制管片生产任务，需在武汉建设管片厂，要求年产能不低于18000环，日产不少于60环。

为实现安全、优质、高效、节能生产，管片生产工艺的选择、优化组合设计成为管片生产线设计、建设的关键。

1 管片生产工艺分析

目前，国内预制钢筋混凝土衬砌管片生产企业采用的主要生产工艺有三种[1]：固定模具法、固定振动台法、自动化流水线法，每种工艺各有其优势和特点。

（1）固定模具法。特别适合于短期一次性项目。

工艺相对简单，建厂初期投资省，场地布置灵活，可辅助人工插捣成型，成型后的管片侧面气泡较少。

工艺特点：模具位置相对固定，用桥吊或混凝土运输车将拌制好的混凝土运送到模具上方进行浇筑，采用附着式振动器或人工插入振捣器振动成型后加盖养护罩进行蒸汽养护。

缺点是人为干扰因素多，混凝土吊运次数多，劳动强度大，生产效率相对较低，盖罩蒸汽养护的能耗相对较高，模具利用率相对较低。

（2）固定振动台法。适用于改扩建项目，可充分利用已有设备，减少一次性投资，缩短建设周期。

该工艺模具构造相对简单，建厂初期投资省，场地布置灵活，能兼容其他混凝土制品的生产，可转换性强。

工艺特点：在厂房内的固定位置安裝振动台，以桥吊为运输工具，将装好钢筋笼的模具吊运到振动台上，定点浇筑混凝土，整体振动成型后再吊运至蒸汽养护区进行养护。

缺点是须用桥吊将装好钢筋笼的模具吊运至振动台上浇筑混凝土振动成型，无插入式振动器辅助，成型后的管片侧面气泡相对较多。人为干扰因素多，劳动强度大，机械投入大，能耗高。

（3）自动化流水线法。适用于新建、生产规模大的管片厂，不适合短期一次性项目。

该工艺采用流水线自动运行控制，模具始终在流水线上循环运行，自动化程度高，人为干扰因素少，工人劳动强度小，质量安全可靠，生产效率高，能耗低，减少了环境污染，现场工作环境好，长期较大规模生产的优势明显。

工艺特点：混凝土浇筑位置固定，以主控室为中心，通过液压推进和平移小车使模具在轨道上按控制室发出指令自动运行流转至各个工位。在浇筑工位完成混凝土的浇筑，浇筑的同时采用振动台或附着式振动器振动成型，其后顺次经过抹面、静停、蒸养、脱模、装模各工位，形成模具全过程在线循环流转的自动化生产流水线，减少了吊车的使用。

缺点是混凝土硬化前易受顶推传送振动影响，一次性投资大。

2 混凝土振动成型工艺分析

目前，国内广泛应用的混凝土振动成型方式有三种[2]：高频附着式振动器振动成型工艺、振动台整体振动成型工艺、人工插入振捣成型工艺。

（1）高频附着式振动器振动成型工艺。该成型方式将振动器固定在模具底模下，开启振动器，模具内弧面将振动器的振动传递给浇筑进模具内并与之接触的混凝土，在多个振动器的共同作用下，实现混凝土的均匀布料，并排除混凝土内部气泡，至浇筑完成混凝土表面不再上泛大气泡时停止振动。

缺点是模具自身刚度低，易变形。

对于自动化流水线生产工艺来说，附着式振动发生故障时，只影响一个模具的作业，下一个模具继续正常运行，因而自动化流水线多选用附着式振动方式。

（2）振动台整体振动成型工艺。该成型方式将模具用桥吊或流水线输送到振动台上，开启振动台，变频电机强制驱动振动台做变频变幅振动，浇筑进模具内的混凝土被强制振动，实现混凝土的布料和密实，至浇筑完成混凝土表面不再上泛大气泡时停止振动。

混凝土的摊铺速度及内部均质性均明显优于其他振动方式，可根据混凝土浇筑各阶段要求编制振动程序，实现程序化、强制同步振动，混凝土浇筑过程中，避免了钢筋、埋件的被扰动以及粗骨料打击内弧面模板的问题；无需工人辅助插捣，工人劳动强度小，成型质量可靠，生产效率高，用工少。

与高频附着式振动成型工艺相比，模具构造相对简单，刚度大，模具使用变形小、精度高。

对于流水线生产工艺来说，考虑整体振动成型工艺中振动台对流水线轨道的冲击较大，同时振动台在流水线上一旦发生故障，将影响整个自动化流水线的运行。在没有可靠地稳定升降措施得到广泛使用之前，选用附着式振动成型工艺相对可靠些。

（3）人工插入振捣成型工艺。该成型工艺完全依赖人工站在模具上操作插入式振捣棒振捣密实成型，振捣棒振动有效作用范围有限，操作者须在不超过振捣棒有效作用范围的位置做多点插捣运动，以确保模具内混凝土各处均被有效振动密实，一旦发生漏振，则会导致漏振部位混凝土密实性差。同时操作者操作振捣棒过程中，难以观察到混凝土内的钢筋和预埋件分布情况，以致难以避免钢筋、预埋件被扰动。模具长期受到振捣棒的触动，内表面会出现较多麻点，影响了模具内表面的光洁度，进而影响了管片的表面质量及模具的使用寿命。质量波动大，生产效率低，用工多。

3 工艺选择

管片生产工艺的选择是实现安全、优质、高效、环保、节能生产的前提。选择适宜的混凝土振动成型工艺，也是有效提高资源利用率、降低生产成本的关键。

管片生产企业应根据项目订单情况、分析市场需求确定生产规模，结合投资、效率、质量、安全、效益等实际，选择生产工艺，进行优化组合设计。

分析管片生产工艺、混凝土振动成型工艺的优势和特点：固定模具法、固定振动台法存在人为干扰因素多，劳动强度大，目前，新上管片生产企业大多采用自动化流水线生产工艺。

结合目前管片预制工艺技术水平，根据周边市场、建设规模、项目条件，作者归纳形成以下几种工艺选择模式，供参考：

（1）对于生产规模大、设计产能高、周边市场前景好、新建专业管片生产厂，建议两种选择：

①采用自动化流水线附着式振动成型方式，企业可根据项目需求产能及流水线产能进行多条自动化流水线的组合规划设计；

②采用自动化流水线为主、辅以固定模具法附着式振动成型工艺补充产能的组合规划设计。

（2）对于短期一次性项目，可采用固定模具法附着式振动成型方式。

管道公司结合武汉地铁发展实际、所接订单任务需求以及管片厂建设规模、产能、工期要求，以安全、优质、高效、节能生产为原则，采用自动化流水线、高频附着式振动器振动成型方式，在湖北省鄂州市华容区蒲团乡大庙村建成管片厂，目前成为具有国内先进水平的预制管片生产企业。

4 结语

预制衬砌管片生产工艺应根据管片厂的设计生产规模，结合工程特点、地域特点、投资规模、充分利用已有设施条件，合理进行功能分区，最大限度的提高生产效率，确保安全、优质生产的前提下，实现以较低的技术经济投入，获取较好的项目收益。无论做出何种选择，采取相应措施保证产品质量、实现安全生产是必要前提。

参考文献：

[1]谈永泉，杨鼎宜，俞峰，徐晓东.我国预制混凝土衬砌管片生产技术及标准现状[J].混凝土与水泥制品，2011（02）：25-30.

[2]马常成.盾构管片生产振动工艺的分析与选择[J].科技情报开发与经济，2012，22（10）：135-137.