大斷面地下有軌電車裝配式結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制技術(shù)研究

朱智勇

(山東匯通建設(shè)集團有限公司,山東 濟南 250000)

1 引 言

近年來我國采用裝配式施工的地下結(jié)構(gòu)越來越多，裝配式地下結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍由盾構(gòu)隧道、管廊逐步向地鐵車站、地下交通等大斷面地下結(jié)構(gòu)發(fā)展[1]。大斷面地下結(jié)構(gòu)設(shè)計時，往往分塊較多，造成結(jié)構(gòu)整體存在大量接縫，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的整體性與防水能力[2]。對于富水地層，過多的接縫不利于結(jié)構(gòu)防水，結(jié)構(gòu)往往需設(shè)置多道防水條[3]。對此，富水地層地下裝配式結(jié)構(gòu)宜采用較少的結(jié)構(gòu)分塊。大斷面裝配式地下結(jié)構(gòu)分塊較少時，預(yù)制構(gòu)件體積往往較大，大體積預(yù)制構(gòu)件加工難度遠大于管片、管廊等小體積預(yù)制構(gòu)件，而目前我國針對地下工程預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量控制的研究多集中在體積較小預(yù)制構(gòu)件，針對大體積預(yù)制構(gòu)件研究較少。大體積預(yù)制構(gòu)件加工將面臨兩個重要難題：大鋼筋加工量大，質(zhì)量要求高，加工難度大，加工速度慢，需采用自動化加工設(shè)備；混凝土澆筑體積大，振搗、養(yǎng)護等控制難度大[4]。對此，亟需開展大體積地下裝配式結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制技術(shù)研究。

針對大斷面裝配式地下結(jié)構(gòu)大體積預(yù)制構(gòu)件鋼筋加工和混凝土澆筑難題，研究依托濟陽有軌電車項目，開展了大體積預(yù)制構(gòu)件鋼筋自動化加工及混凝土澆筑養(yǎng)護研究，并探討了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧大體積預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量智能管控，研究可為大斷面地下交通結(jié)構(gòu)大體積預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)提供相應(yīng)的借鑒。

2 預(yù)制構(gòu)件及生產(chǎn)平臺

新建至濟陽區(qū)有軌電車工程線路全長約35.5 km，是連接濟南城區(qū)至新舊動能起步區(qū)的重要交通線路，其中光明街站至工業(yè)北路站，全長6.3 km，設(shè)6站6區(qū)間，采用明挖施工，主體結(jié)構(gòu)采用裝配式施工，為兩艙結(jié)構(gòu)。為保證結(jié)構(gòu)的整體性，主體結(jié)構(gòu)采用了較少的分塊型式。預(yù)制構(gòu)件直線段斷面尺寸10.3 m×6.1 m，曲線段斷面尺寸10.6 m×6.1 m，結(jié)構(gòu)為上、下分體，高度分別為2.85 m、3.25 m，構(gòu)件縱向長度2 m。預(yù)制構(gòu)件疊合段斷面尺寸9.9 m×6.1 m，結(jié)構(gòu)為上、下分體，高度分別為2.85 m、3.25 m，構(gòu)件縱向長度2.4 m。

預(yù)制節(jié)段上、下部分采用承插口+預(yù)應(yīng)力鋼筋連接，結(jié)構(gòu)內(nèi)部預(yù)留槽口用以布置精軋螺紋鋼筋，豎向螺紋鋼筋施加永久預(yù)應(yīng)力后在進行相鄰節(jié)段的連接。相鄰兩節(jié)連接分為臨時連接和永久連接，相鄰節(jié)段靠攏后通過臨時預(yù)應(yīng)力光圓鋼棒張拉連接，5環(huán)拼裝完成后進行永久連接，采用鋼絞線連接，連接前先拆除光圓鋼棒，安裝鋼絞線，并進行張拉，鋼絞線全部張拉完畢后進行灌漿，形成管節(jié)段的永久連接。

有軌電車預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)車間分為混凝土車間、生產(chǎn)主車間、鋼筋車間。生產(chǎn)主車間跨度36 m，布置上、下分體式拼裝有軌電車預(yù)制構(gòu)件模具30套、自動三級布料系統(tǒng)一套；混凝土車間建有180攪拌站一座；鋼筋加工車間布置全自動鋼筋網(wǎng)焊接彎曲成型生產(chǎn)線2套、數(shù)控鋼筋液壓剪切生產(chǎn)線1套、數(shù)控立式鋼筋彎曲機1套、數(shù)控對焊機1套、自動彎箍機1套。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線單日鋼筋加工焊接產(chǎn)能約200 t，單日混凝土澆筑作業(yè)約1 000 m3。

3 鋼筋自動加工技術(shù)

鋼筋加工過程由鋼筋進場驗收、鋼筋加工、鋼筋網(wǎng)片焊接、鋼筋骨架組裝、鋼筋骨架驗收、鋼筋骨架轉(zhuǎn)場6個環(huán)節(jié)組成。具體生產(chǎn)流程為：鋼筋驗收→分類擺放→鋼筋切斷→彎曲加工→對焊加工→鋼筋網(wǎng)片制作→鋼筋骨架組裝→鋼筋骨架驗收→鋼筋轉(zhuǎn)場。

鋼筋進場時先對材料質(zhì)量、型號等進行驗收。通過數(shù)控鋼筋液壓剪切生產(chǎn)線對鋼筋進行自動切割，鋼筋切割參數(shù)可根據(jù)需求設(shè)定。需要彎曲和對焊的鋼筋通過彎曲主機和數(shù)控對焊機自動加工，趕緊彎折需設(shè)置長度、彎曲角度、補償角度等參數(shù)。鋼筋網(wǎng)片制作采用了全國首創(chuàng)的全自動鋼筋網(wǎng)片焊接彎曲生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備由儲料架裝置、焊接主機機構(gòu)、橫筋落料機構(gòu)、上拉網(wǎng)機構(gòu)、托起機構(gòu)、彎曲機構(gòu)、升降平臺機構(gòu)七大部分組成，可生產(chǎn)網(wǎng)寬2.5 m、網(wǎng)片長度18 m的大型鋼筋網(wǎng)片。設(shè)備可設(shè)定任意橫筋間距和尺寸順序，并能同時施焊14個點位，同時彎曲角度0°～180°，彎曲速度約每秒30°。該設(shè)備約40 min就可完成一片鋼筋外網(wǎng)片的焊接與彎曲，人工制作則需要約2 h。鋼筋網(wǎng)片成型后，利用胎模架組裝、焊接形成鋼筋骨架。成型的鋼筋骨架上掛二維碼標(biāo)簽，質(zhì)檢員通過掃描二維碼錄入鋼筋骨架信息與質(zhì)量狀況。鋼筋骨架成型后，操作工人移動懸掛自制吊架的橋式起重機，起重機8個鏈鉤同時鉤住鋼筋骨架頂板四角與中隔墻腋角處鋼筋，運至待檢區(qū)，經(jīng)檢查合格后通過擺渡車運至混凝土澆筑車間。

4 混凝土施工與養(yǎng)護

預(yù)制構(gòu)件混凝土澆筑過程由模具清理、涂刷脫模劑、預(yù)埋滑槽安裝、鋼筋籠安裝、波紋管安裝、鎖盒安裝、預(yù)埋件、合模、混凝土澆筑、收面、場內(nèi)蒸養(yǎng)養(yǎng)護、模具開啟等環(huán)節(jié)組成。

預(yù)制構(gòu)件模具主要由側(cè)模、端模、底座、內(nèi)模支撐架4個部分組成。側(cè)模、端模、內(nèi)模上下兩段通過法蘭板連接，生產(chǎn)時不需要拆卸。模具配件主要包括液壓缸、穿杠(固定張拉波紋管)、鎖盒(張拉槽口成型預(yù)埋件)。模具側(cè)門、端頭及內(nèi)模的開合升降均由液壓缸驅(qū)動。焊接成型的鋼筋骨架通過擺渡車由鋼筋車間移運至生產(chǎn)車間，并吊運至預(yù)制構(gòu)件模板上，隨后安裝波紋管、槽口等預(yù)埋件安裝，其中預(yù)埋件種類包括固定模具的側(cè)墻鎖盒、后張法防止鋼絞線產(chǎn)生無損的金屬波紋管、預(yù)制工廠和現(xiàn)場需要起吊時所使用的吊釘、后期張拉處的槽口橡膠塊。預(yù)埋件安裝后依次合模，合膜先內(nèi)模后外模。行走式的混凝土布料機依次澆筑混凝土，澆筑時使用附著式振動器振動和插入式振搗棒振搗。振搗完成后對混凝土收面工作，收面有粗收面、精收面兩個程序。最后利用固定在模具旁邊的蒸養(yǎng)罩進行場內(nèi)蒸養(yǎng)，混凝土的養(yǎng)護要在混凝土表面覆蓋塑料薄膜，通過溫控設(shè)備，實時對蒸養(yǎng)罩內(nèi)溫度進行調(diào)控，溫度保持在40 ℃左右。到達規(guī)定蒸養(yǎng)時間后(3～10月蒸養(yǎng)時間為12～14 h，10月-次年2月蒸養(yǎng)時間為24 h)，拉開蒸養(yǎng)罩，降溫處理、準(zhǔn)備開模、轉(zhuǎn)場。通過運輸車將預(yù)制構(gòu)件運輸至堆放場內(nèi)，并噴灑養(yǎng)護液，構(gòu)件養(yǎng)護完成后根據(jù)施工現(xiàn)場需求先檢驗后運輸至工程現(xiàn)場。

5 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)智能管控

有軌電車主體結(jié)構(gòu)分塊較少，預(yù)制構(gòu)件體積較大，預(yù)制施工中管理難度大，對此基于裝配式構(gòu)件數(shù)字工程管理平臺，采用信息化、智能化的系統(tǒng)對預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)進行全過程物聯(lián)網(wǎng)管控。通過信息化管理打通了從原材進場到產(chǎn)品出廠的全過程管理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時采集、動態(tài)分析、全域顯示。裝配式構(gòu)件數(shù)字工程管理平臺包括工作臺、人員管理、工程項目管理、計劃管理、技術(shù)管理、生產(chǎn)管理、外場管理、物資管理、設(shè)備管理、安全管理與報表中心等模塊(如圖1所示)，為整個流程提供了嚴(yán)格、有效、便捷的管理模式。

圖1 裝配式構(gòu)件數(shù)字工程管理平臺

生產(chǎn)管理模塊設(shè)置九個子項：半成品生產(chǎn)臺賬、半成品質(zhì)檢臺賬、鋼筋骨架、構(gòu)件生產(chǎn)、待澆筑構(gòu)件環(huán)信息、模具管理、養(yǎng)護溫度管理和檢驗資料管理。生產(chǎn)管理模塊與鋼筋加工設(shè)備連通，能夠自動采集每日鋼筋加工數(shù)量，形成半成品生產(chǎn)臺賬。質(zhì)檢員可根據(jù)半成品生產(chǎn)臺賬，抽檢鋼筋半成品質(zhì)量，并上傳質(zhì)檢結(jié)果形成半成品質(zhì)檢臺賬。抽檢時質(zhì)檢員可借助手持掃碼設(shè)備掃描鋼筋骨架上的二維碼，進行鋼筋質(zhì)量檢驗的信息錄入，質(zhì)檢信息可快速上傳至信息管理平臺，鋼筋骨架入模待質(zhì)檢員隱蔽驗收后，生產(chǎn)部管理人員使用手持掃碼設(shè)備掃描鋼筋骨架與模具上的二維碼檢查鋼筋骨架與模具型號是否匹配。混凝土澆筑、構(gòu)件出模時，生產(chǎn)管理人員均需掃描二維碼上傳生產(chǎn)節(jié)點。構(gòu)件生產(chǎn)頁面可查看已經(jīng)生產(chǎn)構(gòu)件的關(guān)鍵信息從而實現(xiàn)對構(gòu)件的質(zhì)量追溯。

6 結(jié) 論

針對大體積預(yù)制構(gòu)件鋼筋自動化加工及混凝土澆筑養(yǎng)護研究，并通過智能管控技術(shù)，對大體積預(yù)制構(gòu)件的加工，得到以下結(jié)論。

(1)大斷面預(yù)制構(gòu)件鋼筋采用全自動鋼筋網(wǎng)片焊接彎曲生產(chǎn)設(shè)備加工可實現(xiàn)鋼筋網(wǎng)片的自動加工，提升鋼筋加工速度與加工及質(zhì)量。

(2)利用預(yù)制構(gòu)件自動模板和可移動式布料機進行混凝土澆筑可提升混凝土澆筑速度，附著式振動器振動和插入式振搗棒振搗能夠保障振搗質(zhì)量，開拉式蒸養(yǎng)罩可提供恒溫養(yǎng)護環(huán)境。

(3)通過全過程物聯(lián)網(wǎng)信息化管理打通了從原材進場到產(chǎn)品出廠的全過程管理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時采集、動態(tài)分析、全域顯示。