預制電力管廊不同生產(chǎn)成型工藝綜合對比分析

黃逸飛，閆興非，宗 霏，茍 超，廖 羿，谷紅強

(成都交投建筑工業(yè)化有限公司技術(shù)研發(fā)中心，四川成都 610042)

隨著城市化建設(shè)步伐不斷加快，大量新增的各類管線需要安裝，同時老舊管線出現(xiàn)老化破損也亟待更換，于是城市內(nèi)開挖路面埋設(shè)管線的場景不斷出現(xiàn)，導致公共資源極大的浪費，并且對城市交通及經(jīng)濟發(fā)展造成影響。為更好地解決這類城市問題，第一條地下綜合管廊系統(tǒng)在巴黎建造出來，世界各國都迅速跟進相關(guān)方面的建設(shè)[1]。經(jīng)過一百多年的研究、改良和實踐，管廊的技術(shù)水平已日趨成熟[2]。綜合管廊設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測系統(tǒng)，實施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)和管理，完全解決了反復開挖地面造成的一系列社會問題[3]。在近些年來我國也大量應(yīng)用綜合管廊作為市政項目地下管線的配套[4]。國內(nèi)地下綜合管廊的施工方法主要有現(xiàn)場澆筑、預制拼裝及盾構(gòu)法等，而預制拼裝作為一項新技術(shù)，通過管節(jié)在工廠內(nèi)生產(chǎn)，然后運輸至施工現(xiàn)場，最后完成現(xiàn)場拼裝[5]。預制管節(jié)主要的混凝土施工在工廠內(nèi)完成，集約化、規(guī)范化、工廠化生產(chǎn)，提高了構(gòu)件質(zhì)量穩(wěn)定性，對于施工現(xiàn)場來說減少了項目干擾因素、降低了工程建設(shè)能耗、減少了施工配套附屬設(shè)施、降低了現(xiàn)場組織難度、縮短了建設(shè)工期、減少了對周邊環(huán)境的破壞，因此也被國家大力推廣[6-7]。

預制管廊在設(shè)計上通常分為標準節(jié)段和與現(xiàn)澆段相連的非標準節(jié)段兩種結(jié)構(gòu)形式，生產(chǎn)上存在臥式生產(chǎn)和立式生產(chǎn)兩種方式(臥式生產(chǎn)為管節(jié)混凝土澆筑時端口為水平方向，立式生產(chǎn)為管節(jié)混凝土澆筑時端口為垂直方向)，不同節(jié)段形式在不同生產(chǎn)方式下各有優(yōu)缺點，如何合理選擇的生產(chǎn)方式，是保證生產(chǎn)質(zhì)量、效率及成本所必須考慮的問題[8]。本文以成都市簡陽某預制電力管廊項目為背景，對比分析不同結(jié)構(gòu)類型分別采用兩種生產(chǎn)方式對生產(chǎn)效率、生產(chǎn)難度、表觀效果等方面的影響，為今后預制電力管廊的生產(chǎn)方案定制提供參考。

1 項目概況

成都某新建道路，是天府機場建設(shè)的配套項目，其中預制電力管廊是天府國際機場及周邊供電系統(tǒng)中的重點工程。其中電力管廊總長度為8 200 m，根據(jù)覆土深度和管廊線性布置圖，考慮標準化預制生產(chǎn)，設(shè)計中可預制部分為5 538 m，預制率約為67.5 %，預制節(jié)段長度為3 m，內(nèi)徑高度為2.7 m，寬度為2.4 m。節(jié)段間通過承口與插口拼接并用預應(yīng)力鋼筋連接，連接完成后進行預應(yīng)力張拉，接口處采用遇水膨脹膠條及楔形膠圈做防水處理，在與人孔、風孔等現(xiàn)澆段連接處設(shè)計非標準節(jié)段，連接端口預埋橡膠止水帶與現(xiàn)澆端連接。標準斷面圖如圖1所示。

圖1 預制電力管廊標準斷面(單位:cm)

2 臥式和立式生產(chǎn)工藝

本項目預制電力管廊生產(chǎn)采用臥式和立式兩種方式進行，其生產(chǎn)工藝流程分別如圖2、圖3所示。

圖2 臥式生產(chǎn)工藝流程

圖3 立式生產(chǎn)工藝流程

2.1 臥式生產(chǎn)工藝

以標準節(jié)段為例，臥式生產(chǎn)步驟如下：

2.1.1 鋼筋下料

首先進行鋼筋下料環(huán)節(jié)，通過使用一系列高精度、自動化設(shè)備對鋼筋進行剪切、彎曲形成鋼筋綁扎環(huán)節(jié)所需的鋼筋半成品。半成品加工減少了普通鋼筋工投入，減少了人的不確定因素，保證了毫米級的加工精度，提高了鋼筋加工質(zhì)量穩(wěn)定性。

2.1.2 鋼筋籠綁扎

鋼筋籠綁扎作業(yè)在專業(yè)臥式綁扎臺上完成，使用鋼筋掛片準確定位鋼筋。鋼筋擺放就位后，焊接工人按圖進行鋼筋焊接，在綁扎胎架的輔助下，焊接速度和質(zhì)量都得到了極大提高。

2.1.3 模具組裝及鋼筋籠入模

模具組裝是管節(jié)預制的重要環(huán)節(jié)，其安裝精度對成品質(zhì)量的保證至關(guān)重要。組裝流程為：外模底模就位—鋼筋籠放置—預埋件安裝—外模側(cè)模安裝—端模安裝—內(nèi)模側(cè)模及頂模安裝。其中，內(nèi)模的底模在管節(jié)底面澆筑完成并人工收面后進行安裝，鋼筋籠吊裝需采用多點掛鉤方式保證鋼筋籠不發(fā)生變形,見圖4、圖5。

圖4 模具組裝1

圖5 模具組裝2

2.1.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑環(huán)節(jié)需要三步實施，首先澆筑管廊底面，人工完成收面。其次安裝內(nèi)模的底模，底模需通過液壓設(shè)備及栓接等方式與內(nèi)外模進行連接。最后澆筑余下部分，管節(jié)側(cè)板分兩層澆筑及振搗，振搗設(shè)備為振動棒與附著式振搗器配合使用,見圖6。

圖6 臥式澆筑

2.1.5 混凝土養(yǎng)護

澆筑完成后在原地進行蒸養(yǎng)環(huán)節(jié)，蒸養(yǎng)時間4～6 h，當混凝土強度不低于 25 MPa時完成蒸養(yǎng)工作。

2.1.6 脫模

蒸養(yǎng)完成后進行脫模工作，通過專業(yè)工裝設(shè)備先對管廊內(nèi)模進行拆除，再對外模進行拆除,見圖7。

圖7 臥式脫模

2.1.7 堆放

脫模完成后使用專業(yè)運輸設(shè)備轉(zhuǎn)運管廊節(jié)段至管廊堆放區(qū)進行堆放。

2.2 立式生產(chǎn)工藝

立式生產(chǎn)工藝在鋼筋下料、鋼筋籠綁扎、混凝土養(yǎng)護、脫模及堆放環(huán)節(jié)與臥式生產(chǎn)工藝相同，這里僅對立式生產(chǎn)不同于臥式生產(chǎn)的環(huán)節(jié)進行討論。

2.2.1 模具組裝及鋼筋籠入模

與臥式生產(chǎn)對比，立式生產(chǎn)模具組裝一是組裝流程不同，其流程為：承口端模就位—內(nèi)模安裝—鋼筋籠翻轉(zhuǎn)—鋼筋籠安裝—預埋件安裝—外模安裝—插口端模安裝。二是模具組裝方式不同，立式模具使用時只需要通過專業(yè)工裝設(shè)備進行合攏并進行螺栓連接即可，不同于臥式模具使用時采用液壓頂推裝置安裝內(nèi)模。三是鋼筋籠統(tǒng)一在綁扎臺上臥式綁扎，立式模具入模前需對鋼筋籠進行翻轉(zhuǎn),見圖8。

圖8 立式模具組裝

2.2.2 混凝土澆筑

立式生產(chǎn)無需在澆筑過程中安裝模具，混凝土澆筑根據(jù)高度等分成三層澆筑,見圖9。

圖9 立式澆筑

2.2.3 翻轉(zhuǎn)

相較于臥式生產(chǎn)工藝，立式生產(chǎn)的管節(jié)在脫模完成后，需利用專用翻轉(zhuǎn)設(shè)備進行管節(jié)翻轉(zhuǎn)后存放,見圖10。

圖10 管廊翻轉(zhuǎn)

3 兩種生產(chǎn)工藝對比分析

3.1 生產(chǎn)工效對比分析

臥式及立式生產(chǎn)工效上的差異主要體現(xiàn)在混凝土澆筑及鋼筋籠和管節(jié)翻轉(zhuǎn)等環(huán)節(jié)。

(1)混凝土澆筑環(huán)節(jié)，都分三層澆筑而成，但是臥式生產(chǎn)混凝土下料口工作面比立式生產(chǎn)略大更便于澆筑，此環(huán)節(jié)臥式生產(chǎn)比立式生產(chǎn)耗時每節(jié)要節(jié)省約5～10 min，臥式澆筑完成一個節(jié)段總耗時約為40 min，而立式澆筑時間約為45～50 min，臥式澆筑時間比立式澆筑節(jié)約12.5 %以上。

(2)立式生產(chǎn)鋼筋籠入模前的翻轉(zhuǎn)及成品脫模后的吊裝翻轉(zhuǎn)，每節(jié)段綜合增加時間約為20 min。綜上所述，臥式生產(chǎn)在工效上更具有優(yōu)勢，更符合工廠對工業(yè)化生產(chǎn)的要求。

3.2 表觀質(zhì)量對比分析

臥式生產(chǎn)的電力管廊內(nèi)底面在澆筑完成后由人工收面，成型效果較為粗糙，其余部位混凝土表觀光滑且氣泡較少；立式生產(chǎn)的電力管廊插口表面由人工收面，故成型效果較為粗糙。由于在管廊安裝時，節(jié)段承插口平整更易保證連接處防水功能完好，而內(nèi)底面因需要澆筑墊層，故安裝現(xiàn)場需進行鑿毛處理，其表觀質(zhì)量不影響管廊功能性。因此，在表觀質(zhì)量方面，臥式生產(chǎn)優(yōu)于立式生產(chǎn)。

3.3 經(jīng)濟性對比分析

3.3.1 模具成本

因臥式模具無外模頂板，故含鋼量相對立式模具減少較多，臥式模具每套重量為16.4 t，而立式模具每套重量為18.2 t，加之立式模具的加工及組裝要求較高，故立式模具成本比臥式模具較高。

3.3.2 工裝設(shè)備

根據(jù)第2章所述，立式生產(chǎn)相比臥式生產(chǎn)需增加鋼筋籠及成品管節(jié)翻轉(zhuǎn)的環(huán)節(jié)，尤其是成品翻轉(zhuǎn)需利用專用的翻轉(zhuǎn)裝置，每套成本為10萬元～15萬元，如生產(chǎn)工期要求越高，則翻轉(zhuǎn)裝置配置的數(shù)量及成本投入隨之增加。

3.3.3 吊點設(shè)置

臥式生產(chǎn)管節(jié)的吊點為頂板四角設(shè)置4個吊環(huán)，管節(jié)廠內(nèi)轉(zhuǎn)運及現(xiàn)場吊裝均采用這4個吊點，而立式生產(chǎn)管節(jié)需在左右兩側(cè)側(cè)板各設(shè)置2個吊裝孔，用于管節(jié)脫模后起吊，同時頂板設(shè)置4個吊釘，用于翻轉(zhuǎn)后廠內(nèi)轉(zhuǎn)運及現(xiàn)場吊裝，故立式生產(chǎn)相比臥式生產(chǎn)每節(jié)多增加4個吊裝孔，吊點成本高于臥式生產(chǎn)。

綜上所述，臥式生產(chǎn)相比立式生產(chǎn)更利于成本控制。

3.4 非標準節(jié)電力管廊

此前所述均是基于標準節(jié)段，對于與現(xiàn)澆段相連的非標準節(jié)段，與現(xiàn)澆節(jié)段相連端需在混凝土澆筑完成至初凝前加裝變形縫鋼邊橡膠止水帶，以方便后期安裝時與現(xiàn)澆段濕接。臥式模具承插口由模具全覆蓋，無法安裝變形縫鋼邊橡膠止水帶，而立式模具頂部可去掉端模，便于變形縫鋼邊橡膠止水帶的安裝。因此對于非標準節(jié)電力管廊，從工藝角度考慮，更適合采用立式生產(chǎn)。

4 結(jié)論

本文結(jié)合成都某預制電力管廊項目，介紹了臥式和立式兩種不同的管節(jié)生產(chǎn)工藝，再通過對比分析兩種不同生產(chǎn)工藝在生產(chǎn)工效、表觀質(zhì)量、經(jīng)濟性和非標準節(jié)生產(chǎn)等方面的優(yōu)劣勢，得出以下結(jié)論：

(1)臥式生產(chǎn)工藝和立式生產(chǎn)工藝是目前預制管廊生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的兩種生產(chǎn)工藝，實際生產(chǎn)中可結(jié)合項目和預制廠實際情況選用。

(2)單艙標準節(jié)段管廊推薦采用臥式生產(chǎn)工藝，相較于立式生產(chǎn)工藝，其在生產(chǎn)效率、表觀質(zhì)量、成本控制等方面具有優(yōu)勢。

(3)對于非標準節(jié)段管廊推薦采用立式工藝生產(chǎn)，便于現(xiàn)場操作及質(zhì)量控制。