盾构管片自动化流水线施工技术

盾构管片自动化流水线施工技术【摘要】近年来，随着城市轨道交通的发展和盾构掘进技术的完善与推广，许多城市的地铁建设项目纷纷上马，我国的地铁建设已经进入了高峰阶段。而且，随着盾构技术的推广，在非岩石地段，各城市大都采用了盾构掘进的成洞方式，盾构管片的需求量大增，混凝土管片的预制也随着地铁建设的热潮进入了高峰期。地铁管片生产在国内大多采用固定式的生产方式，其生产效率相对较低,模具的利用率也相对较低。目前比较先进的生产方式是采用自动化生产线生产，这样就解决了上述问题。但是，利用自动化生产线生产对设备的要求比较高，任何一个环节出现问题都会造成整个生产线的停滞,从而影响生产。该文通过对地铁盾构管片传统生产方式的分析，结合天津地铁2、3号线管片厂自动化流水生产线实例，摸索出了一套高效率高质量的全自动流水线施工技术。【关键词】盾构；管片；自动化流水线；工艺流程；质量保证措施1、 项目概况该项目为天津地铁2、3号线盾构管片制作。生产任务为12500环，目前剩余3000环任务量。每环管片由1块封顶块，2块邻接块，3块标准块组成。管片外径6200mm、内径5500mm、宽度1200mm、厚度350mm,管片为C50钢筋混凝土管片，设计抗渗等级为P10。为提高管片生产效率,2009年9月天津地铁2、3号线十八局管片厂在原车间基础上改造了全自动流水生产线。2、 自动流水线和传统生产模式对比分析（1） 利用自动化控制技术保证流水线工艺顺利实施。在计算机智能集中控制下，模具在循环流水生产线上按设定的节拍（6〜8min一拍）自动运行；施工人员实行定人定岗的工序细分。通过计算机智能控制静养区和蒸汽室的温度以及湿度等养护条件，使混凝土管片生产的条件趋于一致，提高了管片的质量及稳定性。劳动强度降低，效率提高，工人积极性更高，更容易管理。（2） 生产方式比较：传统的生产方式每天每套模具只能生产1〜2次，且产量相当低。由于厂房面积大，照明和蒸养费用分摊很高。另外行吊要在整个车间运行，平均每片运行距离大于100m；开合模工位采用人工操作，钢筋骨架用行吊由钢筋加工区吊入浇注区再送至模具里；蒸汽养护在单个蒸养罩内，人工控温。上述原因造成管片生产成本大，质量不稳定。管片流水线生产方式最多每天每套模具能生产3〜4次，且产量翻倍。由于生产区的面积大幅度缩小，照明和蒸养费用只有传统方式的1/4；另外行吊只需要运行于开模、合模工位处和管片降温区，平均每片运行距离小于50m；开合模工位采用空气扳手作业方便快捷；钢筋骨架由输送架传送至入模工位；蒸养护室共分成升温区、恒温区、降温区，每个温控区之间由隔温装置隔开，温度由电脑自动控制。该生产线生产管片成本仅为传统生产方式的75%，且管片质量稳定。3、 主要设备及劳力组织3.1机具设备（见表1）表1管片流水线生产工艺主要机械设备一览表序号设备名称规格型号单位数量1管片钢模具06.2m、宽1.2m、厚0.35m套82管片生产流水线条13地磅120t条14空压机HTA-120台25电动梁桥式起重机QD10/3.2-22.5套26电动梁桥式起重机LD5-22.5套17电动梁桥式起重机QD5-10.5套18电动梁桥式起重机LD5-10.5套19单梁吊钩1'J式起重机L10/3.2-30套110钢筋弯曲机6-36mm台411钢筋弯弧机Q-32台212钢筋切断机GQ40-1(5.5kW)台213钢筋调直切断机GT4/14台214转角切割机4SHQ台115钢筋骨架胎模I'l制套616co：气体保护焊机NBR350台1017混凝上搅拌站HZS-90座118管片抗渗检漏台自制台119管片翻转台日制台220真.空吸盘NW366套221蒸气锅炉DZL2-1.25-All台122热水锅炉DZL2.8-0.7/95/70台123装载机ZL50辆124交流电焊机BX1-500台226检测设备及「具角度检查板套13.2劳动力组织管片生产流水线上每班设施工人员9人，按24h三班倒共需27人，其各工位上负责人的任务如下：1人为开模，提取混凝土管片；2人为清理、涂脱模剂；1人为放置钢筋笼，安装预埋件；（以上三个岗位人员可以协调完成）1人为合模，检查模具整体就位，1人为浇注混凝土，振动（自动控制）；2人为管片混凝土收面，1人为负责自动化控制。4、HSL60全自动流水线的主要控制原理4.1总体构思由于管片生产线需要很多空余场地作为存管片和养护管片用，而现有场地面积有限，因此，在设计时，将混凝土、钢筋笼和管片三种物流的合理流动作为设计自动生产线的主要依据，在保证尽量少使用长距离运输的同时，减少生产环节的占地面积。根据现有场地，将混凝土、钢筋笼和管片运出三种物流设计在车间的不同部位和不同高度，实现最大限度地物畅其流，减少龙门吊机的使用频次，从而降低自动生产过程对吊机的依赖。特别是避免龙门吊机或行车的长距离行走，提高蒸汽养护室摆放在一车间紧靠二车间的部位。在流水生产线和蒸汽养护室的两端分别放置出模平移小车和进模平移小车。在工作过程中，平移小车可以自动按预先设计的控制指令分别将模具送入或者取出蒸汽养护室。4.2流水生产线各工位管片生产自动化流水线共有11个工位，其各工位负责人的任务如下。工位一:脱模，起吊混凝土管片（2人）；工位二:模具清理（2人）；工位三:涂脱模剂（1人）；工位四:下钢筋笼（2人）；工位五:钢筋笼定位，安装预埋件（2人）；工位六:检查工位（1人）；工位七:浇注混凝土并振动（自动控制）（2人）；工位八:抹面（2人）；工位九:模具外观清理（1人）；工位十:自然养护；工位十一:混凝土管片二次收面（2人）。注：在不影响生产节拍正常进行的情况下，工位二、三可以互助，工位八至十一可以互助，以提高生产效率。每一个工位的具体作业内容说明如下。4.2.1工位一:脱模，起吊混凝土管片工位出模坑道端第一个工位为管片脱模工位，小车模具小车从出模小车行进到流水线上后并在脱模工位完全停靠后，作业人员采用空气扳手接空压机管道开模,大大提高开合模效率（开模用时平均每片2min）。脱模工位的作业人员同时将进行管片脱模作业，依规定顺序将模具侧模、端模固定螺栓拆开。用真空吊具将管片从模具中吊起，并摆放到指定的管片临时储存修补区。作业完成要求：管片总脱模时间要求在6min以内完成。4.2.2工位二:模具清理模具清理工位的作业人员用抹子、刮刀、刷子等工具将模具内侧各个表面及各个接缝处的残留混凝土块、混凝土浆进行彻底清理，并用压缩空气吹干净。特别是每一个接缝处和密封胶条，必须清洁无夹渣。合上模具上盖板也在此工位进行。4.2.3工位三：涂脱模剂工位模具进入涂油工位并完全停靠后，作业人员首先检查模具是否已经完全清理干净，如没有清理干净，必须用相关工具清理干净。脱模油的喷涂量必须满足规定要求，不能太多，也不能过少。该工位应使用专用喷油器，对模具内表面及盖板内表面进行喷洒，喷洒时，要求均匀。4.2.4工位四:下钢筋笼工位模具进入该工作工位直到完全停靠。钢筋笼专用通道上的钢筋笼已经准备就位，由吊具吊装到模具中即可。吊装用的吊具为专门设计的吊具。4.2.5工位五:钢筋笼定位，安装预埋件该工位作业内容是安装各种预埋件。将两边的模具盖板合上，将盖板的坚固螺栓拧紧到合适的扭力。按要求，装配好管片内的各种预埋件。4.2.6工位六：检查工位在这个工位上，质检人员对前面的五个工位作业质量进行检查确认，防止预埋、紧固、尺寸精度等出现误差情况，以杜绝不合格品的产生。4.2.7工位七：浇注和振动工位小车带着模具进入混凝土浇注振动室。作业人员联接振动所需要的动力装置（气管）。模具小车被振动台托起，并与轨道分离，以防止振动能量通过钢轨传给其他模具，同时也可以防止噪声扩散。由混凝土提升装置送到集料斗的混凝土，由下料振动操作室的操作人员控制，混凝土边下料边振动直到浇注完成，振动要达到规定的要求。作业人员拆除振动需要的动力装置（如气动快速接头），主要完成以下工作：（1） 顶起模具小车，如果模具小车没有被顶起离开轨道，振动将不起作用；（2） 通过玻璃观察窗口，控制混凝土的加注；（3） 控制模具的振动时间。作业人员完成以上工作后，按一下工作完成按钮，作业指示灯绿灯将点亮，红灯熄灭，控制系统将会接收到此工位已经完成此项作业的信号，放下模具小车。此工位作业完成，等待下一个模具的到来。4.2.8工位八：抹面模具进入该工位，作业人员对表面进行初步抹面，若混凝土不够，要予以添加；若混凝土有余，要予以必要的减量。用拉尺来回压磨外弧面，将多余混凝土去掉，使外弧面平整，然后覆盖上塑料薄膜，防止水分散失。根据气温，间隔一定时间才可进行管片外弧面的收水工序。作业人员完成以上工作后，按一下工作完成按钮，作业指示灯绿灯将点亮，红灯熄灭，控制系统将会接收到此工位已经完成此项作业的信号。此工位作业完成，等待下一个模具的到来。4.2.9工位九：模具外观清理对模具及弯芯棒进行清理整洁工作，以使模具外观清洁，增加模具的使用寿命。作业人员完成以上工作后，按一下工作完成按钮，作业指示灯绿灯将点亮，红灯熄灭，控制系统将会接收到信号。此工位作业完成，等待下一个模具的到来。4.2.10工位十：自然养护这个工位是补充上面混凝土凝固时间的不足，等待时间，进行以点收面工作。4.2.11工位^一：收面作业人员将模具的盖板打开，对混凝土表面进行全面和最终的处理。完工之后将会被送入蒸养室。作业人员完成以上工作后，按一下工作完成按钮，作业指示灯绿灯将点亮，红灯熄灭，控制系统将会接收到信号。此工位作业完成，等待下一个模具的到来。静养区的作用是让混凝土在常温下先进行初步凝固，而后对管片的外弧面进行人工修补和光面，以便消除外弧面上的气孔等缺陷，增加管片的抗渗性能，同时也提高管片的外观质量。同时要把握好抽拔弯芯棒的时间，不能过早，以免螺栓孔塌陷；也不能过晚，影响弯芯棒顺利拔出。拔出的弯芯棒要及时涂油防锈。天气寒冷的时候，在静养室供暖气，使静养区温度维持在25°C左右，则能更好地保证混凝土在冬天加速初凝。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工准备厂区内生产用蒸汽管线、生产生活用给水、排水、暖气、供电线路均按正规厂区敷设。钢筋加工车间由钢筋堆放区、半成品加工区、半成品堆放区、钢筋骨架制作区、成品钢筋骨架堆放区等组成。混凝土浇注车间由管片浇注区、管片翻转区、管片养护区、试验区组成。新改造的管片流水线在管片浇注车间的西部，流水线可安置10套模具。5.2流水线施工工艺流程管片全自动流水线采用四线制，即一条浇注作业流水线和三条蒸养线。浇注作业流水线共设十二个工位并配置施工人员完成相应任务。蒸养线上分为静养区和蒸汽养护室，共摆放48个模具。蒸汽养护室摆放在流水线车间紧靠钢筋笼加工车间的部位，在流水生产线和蒸汽养护室的两端分别放置出模平移小车和进模平移小车。在工作过程中，平移小车可以自动按预先设计的控制指令分别将模具送入或者取出蒸汽养护室。工艺流程见图1所示。91管片流水埃生产工艺流程图5.3流水线控制系统构成管片生产线在中央控制系统下，由五大系统组成：钢筋笼运送系统、混凝土上料系统、混凝土浇注系统、模具传送系统和蒸汽养护系统。五大系统在中央电脑的控制下，自动流水作业，实现生产的标准化。当自动化流水线某一操作失灵，也可人工操作，此时禁止任何自动化运动，以免出现机械事故。5.4操作要点开合模及清理:开合模空气扳手和模具清理工具采用压缩空气驱动，安全环保，同时大大提高了劳动效率。钢筋笼运送系统：目的是保证及时迅速地使钢筋笼入模。将钢筋笼用蒸养室顶面的平移轨道从钢筋加工区运至蒸养室顶面存放，当混凝土浇注时，将钢筋笼直接吊入检测好的模具内。混凝土上料系统：目的是保证及时迅速地把混凝土从搅拌站通过轨道将料斗移动到混凝土隔振房上方，混凝土要新鲜。这个系统有输送料车、输送料斗的钢结构架、料斗、固定的漏斗，及相应自动化控制系统。混凝土浇注系统：浇注系统集中在混凝土隔振房内。隔振房是全封闭隔音室，有供模具出入的前后两道门，设有人员出入的门以及控制台、窗，以及振动装置系统。在这里完成混凝土的浇注任务。模具传送系统：由钢轨行走系统构成。混凝土管片的脱模、模具的清理、检查、合模、涂油、进入浇注室、从浇注室出来后的收面处理、进入静养前的模具清理都在浇注流水线上完成。蒸汽养护系统：包括全封闭的蒸养室、模具输送走行钢轨、温控系统。模具在蒸养室的行走是自动化控制。蒸汽室内设立多路温度传感器，并反馈给中央控制室来调节蒸汽电磁阀的开启度。蒸养护室共分成三个区：从进模端开始，升温区时间36min，最高温度35°C；恒温区时间108min，最高温度50°C；降温区时间36min，最高温度从50°C降至35°C。每个恒温区之间由隔温装置隔开；温度由电脑自动控制，温度值可根据用户要求进行调节。5.5技术准备5.5.1施工前培训及技术交底管片流水线生产工艺要求工作衔接性强，多工种交叉作业配合。开工前或开工后，根据图纸及有关规定的要求进行详尽的技术交底。按不同班组、不同工种及岗位进行认真的岗前培训，让参加作业的人员明确本岗位应完成的任务，必须达到的质量标准以及与其它工种配合的方式，确保施工安全、优质、高速。5.5.2混凝土配合比设计流水线生产工艺对混凝土的各项要求很高，混凝土必须根据气候、施工速度、混凝土塌落度，以及混凝土的起吊强度、28d强度、水化热控制及初凝时间通过正交试验进行配合比设计，保证混凝土具有高强度、高抗渗、耐久性好、蒸养适应性好、工作性好。经多次试验后确定现场使用的C50混凝土配合比见表2所列。它是管片抗压强度高，抗渗等级高，残余变形小，表面无裂缝等质量优点的重要保证。表2管片流水线生产工艺用C50混凝上配合比表(单位：kg)水泥水砂石外加剂粉煤灰420158675119711705.5.3原材料、生产设备的准备水泥采用PO42.5水泥。高效减水剂采用SP401型高效减水剂。粉煤灰选用热电厂的二级粉煤灰。细骨料为优质河砂(要求细度模数2.6〜3.1、含泥量＜2%，泥块含量＜0.5%)。粗骨料为碎石(其石质为石灰岩，表观密度为2.70g/cm3,要求5〜25mm连续粒级)。管片流水线生产工艺需在原材料准备、混凝土搅拌、锅炉供汽、钢筋制作设备、开模起吊设备、天车运输、水养池、转运设备等相关系统和设备的配合下才能顺利运行。配套相对应的钢筋制作设备、开模起吊设备，并提供其控制系统。设备要经过检测部门检测合格后才能使用。其它:必须保证施工用水、用电不间断，施工现场有备用发电机一台、自挖深井一座，水质检测合格。6、 质量保证措施建立质量保证体系，开展全面质量管理活动，各工序指派专人负责，技术人员跟班作业。加强对原材料质量检验，材料质量必须符合国家现行标准。做好台账登记，同时通知试验部门取样试验。管片必须按设计要求及质量标准进行验收，验收合格的钢模方能投入生产。在生产过程中，质检人员每天对钢模的主要技术指标进行实测实量，不断矫正管模尺寸。钢筋笼入模后，按标准要求焊接预埋件并对每个钢筋笼进行校正。对环、纵向螺栓孔位置、保护层厚度进行校正实测，合格后方可进行混凝土浇注。严格控制混凝土振捣时间，避免过振和漏振产生气泡或浮浆。加强工序衔接，各工位操作时间在流水线预定的时间内完成。管片达到20MPa强度后方可脱模，并在管片上印刷生产