盾構(gòu)管片模具的選型研究

1、盾構(gòu)管片模具的選型研究盾構(gòu)管片模具的選型研究蒲青松，管會生（1 中鐵五局有限公司，湖南長沙410000;2西南交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院，四川成都 610031）【摘要】鋼管片模具是盾構(gòu)管片的制作設(shè)備，通過對管片模具的形式，質(zhì)量精度, 生產(chǎn)效率以及管片模具的造價，生產(chǎn)制造周期和使用壽命的闡述，為眾多盾構(gòu)管片生產(chǎn)企業(yè)最為關(guān)心 的管片模具選型問題提供參考.【關(guān)鍵詞】盾構(gòu);銅模;管片模具;選型【中圖分類號】u454.7盾構(gòu)隧道是由盾構(gòu)機(jī)在地下一邊掘進(jìn)一邊拼裝襯砌管 片而形成的，因此盾構(gòu)隧道的質(zhì)量由盾構(gòu)的掘進(jìn)控制，管片 拼裝質(zhì)量兩大要素決定管片的牛產(chǎn)質(zhì)量肓接影響管片拼 裝質(zhì)量以及成型后隧道的結(jié)構(gòu)性能，防水性能和

2、耐久性影 響管片生產(chǎn)質(zhì)量的最主要因素是管片模具（即鋼模）.鋼模 是管片制作的重要設(shè)備,是管片尺寸精度的具體保證，可以 說它是管片質(zhì)量成敗的關(guān)鍵.鋼模的選型首先要弄清鋼模的結(jié)構(gòu)，振搗形式,脫模形 式，精度要求，其次是要了解制造商情況，鋼模的造價住產(chǎn) 制造周期和使用壽命等.1鋼模的基本結(jié)構(gòu)形式鋼模一般由底座，兩個側(cè)板，兩個端板，上蓋板,模芯和 其它輔助件組成（見圖1） 底座，側(cè)板，端板構(gòu)成了管片的 表面形狀,它們的制造加工精度和脫模方式直接影響管片的 精度.圖1管片鋼模結(jié)構(gòu)示意管片在鋼模屮澆筑成型后,當(dāng)混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度時就 可以脫模了 鋼模的脫模形式有較鏈翻合開啟脫模和滾輪 平移開啟脫模兩種有單

3、獨使用其中一種，也有釆用較鏈翻 合式開啟端板和滾輪式平移開啟側(cè)板相結(jié)合的方式（見圖 2）.【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】b圖2cbe公司管片模具？2鋼模的振搗形式選擇將混凝土注入鋼模后通常需要將一定振頻，振幅的激振 力傳遞給混凝土,使骨料顆粒和水泥漿在鋼模中重新排列和 充分的填充，形成致密的混凝土.鋼模的結(jié)構(gòu)和振動方式?jīng)Q 定了鋼模振動密實的效果和效率鋼模的振搗形式可分為 三種類型:人工插入式振搗，附著式整體振搗,震動臺自動化 生產(chǎn)線每一種模具都有著各自的優(yōu)缺點，要根據(jù)不同的振 搗方式進(jìn)行模具設(shè)計;也需要用戶根據(jù)實際需求和生產(chǎn)條件 進(jìn)行選擇.人工插入式振搗由人工操作，通過一個管狀的振搗棒插 入到混凝土中，使混凝

4、土密實人工插入式具有管模價格 低,配套設(shè)施少等優(yōu)點;缺點是勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，管 片外觀和內(nèi)在質(zhì)量不穩(wěn)定,只適合于小批量管片生產(chǎn)的 項目.附著式整體振搗是把振動器直接固定在鋼模的外表面.般采用把振動器同定在底座頂弧面的內(nèi)表面，振動能可通 過鋼結(jié)構(gòu)件傳遞到混凝土，使之密實.優(yōu)點是生產(chǎn)效率較 高，管片質(zhì)量穩(wěn)定;缺點是震動器噪?yún)鸫?，混凝土配合比要?高;而且管模強(qiáng)度不足容易造成變形，影響管模壽命. 在成木和效率方面，兩種振搗方式明顯不同人工振搗式鋼模價格較低，生產(chǎn)效率也略低，一般每天可生產(chǎn)2-3定稿日期j20110926四川建筑第31卷6期2011.12205一建筑讖璽與:建疏材料1?環(huán);附著振

5、搗式模具價格略高，比人工振搗式鋼模約高78 萬元人民幣，但生產(chǎn)率高，每生產(chǎn)一塊管片，振搗時間僅為人 插入式的1/3.震動臺自動化生產(chǎn)線是把鋼模安置在一個能固定鋼模 的振動平臺上，該平臺由彈簧或空氣氣囊支撐.優(yōu)點是管片 生產(chǎn)實現(xiàn)了流水化作業(yè),管片模具通過軌道移動完成模具開 合，鋼筋籠吊裝，混凝土澆筑，振搗，蒸養(yǎng)，脫模，養(yǎng)護(hù)等各固 定t位的t序內(nèi)容.具有自動化程度高，生產(chǎn)效率高等方面 的優(yōu)點;采購方可選用封閉式澆筑，振搗以降低噪音污染. 缺點是投資大，管片廠籌建周期長，管模周轉(zhuǎn)運動容易造成 管模變形另外南于現(xiàn)階段流水線廠家不夠成熟，振動臺和 驅(qū)動裝置容易岀現(xiàn)故障從而影響實際使用的效率.3質(zhì)量精度要

6、求管片鋼模與普通的模具有明顯差別，其技術(shù)要求主要有 高精度性，堅固耐久性，易于操作性三方面高精度鋼模的 精度要求有鋼模寬度，鋼模高度，鋼模內(nèi)外徑弧弦長，縱向環(huán) 向芯棒中心距，縱向環(huán)向芯棒孔徑等五項檢測指標(biāo).根據(jù)上海市企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高精度鋼筋混凝土管片鋼模 (qpsae 一 222003)中的精度要求，對于外徑dw 11.0m盾 構(gòu)鋼模，鋼模寬度允差土0.25mm;鋼模高度允差0+2 mm;鋼模內(nèi)外徑弧，弦長允差土 0.35itlm;縱向，環(huán)向芯棒中 心距允差40.3;縱向,環(huán)向芯棒孔徑允差-1-0.1,jt在使用中 經(jīng)常維修,保養(yǎng).4管片鋼模主要制造商狀況進(jìn)行鋼模的選型應(yīng)首先考慮國內(nèi)外鋼模制造商的技

7、術(shù) 水平，生產(chǎn)能力，鋼模質(zhì)量，壽命，成本價格和交貨周期等 因素.國外高精度鋼模技術(shù)較先進(jìn)的國家有日本，法國，瑞士， 意大利等，并己形成多種流派歐洲的鋼模大多采用附著式 整體振搗和振動臺整體振搗，而r本為人丁插入式振搗目 前在我國國內(nèi)可提供盾構(gòu)管片鋼模的制造商主要有法國 cbe（圖2）,上海隧道股份，河北眾鑫源，杭州鐵牛和德國海 瑞克此外還有北京首鋼機(jī)電有限公司，江蘇銀旭隧道機(jī)械 有限公司和深圳市華森機(jī)電技術(shù)有限公司也能提供管片自 動化生產(chǎn)線.4.1管片模具廠家的生產(chǎn)能力,技術(shù)水平評價從各管片鋼模生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)能力，技術(shù)水平和近年業(yè) 績上看，競爭實力較強(qiáng)的有法國cbe,上海隧道股份，河北眾 鑫源

8、，杭州鐵牛公司和海瑞克公司法國cbe和海瑞克公 司是國外廠家，在中國國內(nèi)設(shè)有獨資廠，在鋼模制造上設(shè)計 理念先進(jìn)，裝備精良，制造加工精度高，質(zhì)量可靠其中法國 cbe在鋼模制造上最為專業(yè),也是世界上最大的模具制造 商,主要生產(chǎn)附著式整體振搗和振動臺整體振搗鋼模，可提 供管片牛產(chǎn)自動流水線，同時提供管片牛產(chǎn)的配套設(shè)備，包 括:提取設(shè)備，真空吸盤，混凝土管片夾具，吊裝工具，反轉(zhuǎn) 架,運輸移動設(shè)備上海隧道股份在國內(nèi)fi前市場占有率最 高，約占60%70%,已生產(chǎn)鋼模600余套，鋼模質(zhì)量精度較 高,以手工插入式振搗方式為主河北眾鑫源是近年來發(fā)展 206比較快的民營企業(yè)，主要生產(chǎn)附著振搗式鋼模，近年業(yè)績增

9、長較快杭州鐵牛是臺灣技術(shù),可提供人工振搗式和附著振 搗式兩種模具，有多年管模制造經(jīng)驗.4.2國內(nèi)生產(chǎn)廠家的鋼模制造成本和生產(chǎn)周期目前周內(nèi)采用盾構(gòu)法修建地鐵的城市均在城市附近修 建了盾構(gòu)管片生產(chǎn)廠，所有的管片生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)第一批管 片的時候均采用新購的管片鋼模，并且每套管片鋼模均有一 定的生產(chǎn)使用壽命（一般壽命在3000套左右）,6.0iti直徑 的鋼模每套價格為6080萬元人民幣，牛產(chǎn)周期一般為 3月.管片鋼模的制造成本主要由以下幾部分組成:工裝設(shè)備 費，鋼材用鋼量，圖紙設(shè)計費，材料加t費，批量大小（成本攤 銷）鋼模類型不同，使用振搗方式不同價格也不一樣一 般附著振搗式模具價格略高，管片外徑為

10、6000mm時，每套 地鐵標(biāo)準(zhǔn)鋼模價格在75-77萬元人民幣，而人工插人式振 搗鋼模價格約在6870萬元人民幣.當(dāng)管片外徑增大到 6700mm時,鋼模造價會隨z增加，根據(jù)廠家估算每套鋼模 造價會比6000itim直徑鋼模增加35萬元人民幣,最高在 7882萬元人民幣之間直徑9800mm的鋼模價格約130140萬元人民幣直徑不同鋼模價格如表1所示.表1不同直徑鋼模價格（萬元人民幣）管片外徑（mil 1 ）6xi67oo85oo98oo價格7577788211011513o14（】模具的生產(chǎn)周期一般2個半到3個月，管片直徑增大到 6700mill,鋼模交貨時間要增加1525天，主要是圖紙設(shè)計 需要

11、時間.國內(nèi)管片鋼模生產(chǎn)廠家相關(guān)情況如表2所示.表2國內(nèi)管片鋼模牛產(chǎn)廠家進(jìn)行調(diào)研情況在華業(yè)鋼模模具生產(chǎn)廠家工程實例績（套）尺寸形式周期（d）上海地鐵6000人工振搗上海隧581地鐵擊6000人工振搗7090道股份上海地鐵擊6000人工振搗深圳地鐵擊6000附著振搗法國1407090cbe無錫市政集團(tuán)擊6000附著振搗無錫地鐵廣州地鐵擊6000人工振搗杭州3347090鐵牛深圳地鐵2號線西6000附著振搗北京中鐵房山橋梁有限公司擊6000附著振搗(北京地鐵)7090河北120廣東省華隧股份眾鑫源(廣州地鐵佛山線)4,60o0人工振搗中鐵二十局擊8500附著振搗90110(穗莞深城際鐵路)四川建筑第

12、31卷6期2011.12(下轉(zhuǎn)第209頁)糟疊脊瞬冊(城鎮(zhèn)給水)中排水管管徑可按2h內(nèi)將余水泄空計算. 計算結(jié)果見表3屮”最大服務(wù)面積”一欄.g11圖3吸水管的最低吸水水位表3不同管徑下的流速，流量，水泵流量和最大服務(wù)而積 泄空管管徑流速流量水泵所取流量最大服務(wù)面積 (mm)(m/s)(l/s)(ils)(m)401.491.872.0011.66 501.593.133.5019.70701.756.727.o043.01801.809.069.0058.4210ol.8914.8715.oo96.961502.0336.0220.oo258.00由表3知,當(dāng)水池容器內(nèi)的面積aw12m時，管

13、徑選用dn40;當(dāng) 12mwaw20nl 時，管徑選用 dn50;當(dāng) 20mwaw43nl時，管徑選用dn70;當(dāng)431mwaw58.5m時，管徑 選用dn80;當(dāng)58.5mwaw97m時，管徑選用dn100;當(dāng) 97mwa<258hl 時，管徑選用 dn150.4泵房內(nèi)水泵流量的確定根據(jù)”建規(guī)(2009年版)”中第4.7.7條的第3款:當(dāng)集水池接納水池溢流水，泄空水時，應(yīng)按水池溢流量，泄流量與 排入集水池的其他排入量中大者選擇水泵機(jī)組因此，在一 定管徑下，流量一定時按照排水泵的流量約等于泄空管流 量，見表2和表3.表2是在單獨考慮泄空管的情況下，不同 管徑所對應(yīng)的集水坑有效容積

14、;表3是單獨考慮溢流管的情 況下，不同管徑所對應(yīng)的集水坑有效容積.考慮到水池不可能同時溢流和泄水，因此在實際設(shè)計 中,根據(jù)表2和表3兩者所對應(yīng)的水泵流量,依據(jù)數(shù)值大者 確定水泵流量.工程應(yīng)用:進(jìn)水管管徑為dn80,則流量為6.3il/s,根據(jù)表2,選擇dn100的溢流管,所對應(yīng)的水泵流量為9.42l/ s.設(shè)有效水深3,0m,則面積a二85m,根據(jù)表3,應(yīng)該選擇 dn100的泄水管徑，水泵流量為15.00l/s.比較根據(jù)溢流 管和泄空管所對應(yīng)的水泵流量，因此最終確定水泵流量為 15.00l/s.5結(jié)論及建議(1) 在市政管網(wǎng)壓力下,根據(jù)表1可選擇地下水池的進(jìn) 水管管徑及流量將進(jìn)水量q與溢流量q

15、進(jìn)行比較，當(dāng) 滿足q2qj時,根據(jù)表2可確定溢流管管徑.（2）根據(jù)伯努利方程進(jìn)行理論計算，泄空時間與容器面 積成正比關(guān)系，不同的管徑所服務(wù)的面積在某一個范圍內(nèi)， 己知容器面積，根據(jù)表3可確定泄空管管徑.（3）當(dāng)溢流管管徑和泄空管管徑已經(jīng)確定，再根據(jù)表2 和表3分別確定水泵流量,以兩者之?dāng)?shù)值大者確定水泵 流量參考文獻(xiàn)1 陳永青，李開琴,曲中酉建筑地下室排水設(shè)計的反思與建議j給水排水,2006,32（2）:67712 禹華謙.工程流體力學(xué)（水力學(xué)）m.西南交通大學(xué)出版社，1999:128133|3|gb500152003建筑給水排水設(shè)計規(guī)范（2009年版）s4 王增長.建筑給水排水工程（第五版）m

16、.北京:中國建筑工 業(yè)出版社,2005:515 上海市政工程設(shè)計研究院給水排水設(shè)計手冊（第3冊）城鎮(zhèn)給水（第2版）m沖國建筑工業(yè)出版社,2004不喬不不不乖筆喬乖不綿幣喬苗爾，不不喬乖幣不不秘不不出乖乖乖出爾乖不 幣幣也（上接第206頁）5鋼模選型應(yīng)考慮的事項（1）從管片廠投資角度看，人工插入式振搗鋼模對場地， 管片廠的設(shè)備要求不高,可節(jié)省投資;附著式振動器振搗自 動化化程度高，振動效率高，振動質(zhì)量穩(wěn)定，省工，省力，省 時，由于對鋼模強(qiáng)度，剛度要求高，所以價格稍高振動臺整 體振搗由于在生產(chǎn)中，模具頻繁吊運,機(jī)械投入大.（2）從生產(chǎn)效率上看，人工振搗式鋼模生產(chǎn)效率略低，一 般每天可生產(chǎn)2-3環(huán)，而附著振搗式鋼模生產(chǎn)率較高，最高 每天可生產(chǎn)4環(huán).(3) 從鋼模使用壽命上看，人工插入式振搗，對鋼模本身 振動影響小，模具使用壽命長;附著式振動器振搗對鋼模白 身的剛度要求高，與振動器連接的結(jié)構(gòu)件容易開焊開裂，模 具使用壽命短振動臺整體振搗與附著式振動器振