隧道超前注漿小導管生產技術的應用與改進

王曉方曹云祥梁 恩

1. 云南省建設投資控股集團有限公司 云南 昆明 650501；2. 云南建投安裝股份有限公司 云南 昆明 650032

傳統超前注漿小導管的制作加工是在隧道口附近設置加工點，純人工進行加工，工人勞動強度大、生產效率低、生產成本高、產品質量差。

近年來，國內外開發出了各種隧道超前注漿小導管制作加工專用設備，使得超前注漿小導管的制造效率及質量得到顯著提高，但存在各類專用設備不集中，難以形成工廠化規模生產。

我公司在承擔的香麗高速公路隧道的超前注漿小導管制作加工過程中，將不同功能的小導管制作專用設備進行合理集成組合，形成了超前注漿小導管工廠化規模生產工藝，但仍存在部分設備功能不夠完善、故障多等問題，以致注漿小導管的加工制作難以實現順暢的流水線生產。為此，通過在生產過程中對設備進行不斷的技術改進、優化制作工序，形成了較完善的超前注漿小導管工廠化生產線和數字化生產工藝。經項目實施應用證明，本技術可靠和先進。

1 注漿小導管生產工藝及設備改進

1.1注漿小導管生產工藝的改進

1.1.1 傳統的注漿小導管生產工藝

傳統的注漿小導管制作加工方法是由隧道施工作業隊在隧道口附近設置臨時加工點，各制作工序采用純人工的方式進行。小導管錐頭采用氧乙炔焰切割后，由人工壓制成形，成形后的質量及強度較差，嚴重影響注漿小導管在安裝過程中的準確性以及貫入度。注漿小導管上的溢漿孔采用臺鉆制作，甚至采用氣割的方式進行加工，導致溢漿孔的貫通率以及加工幾何尺寸精度低，嚴重影響隧道的注漿質量以及工作效率[1-2]。

1.1.2 改進后的注漿小導管工廠化、數字化生產工藝

注漿小導管工廠化、數字化生產工藝是按照注漿小導管制作工序需要的設備進行劃分的，根據劃分出的設備類型進行分類，將近年來國內研發出來的各類專業生產機械、數控設備進行有序組合和合理集成后，形成具有一定自動化程度的生產作業線，實現注漿小導管的流水線生產，大幅提高了小導管生產效率和制作質量（圖1）。

圖1 注漿小導管制作加工設備的集成

1.2注漿小導管溢漿孔制作工藝的改進

1.2.1 原設備存在的不足

1）原溢漿孔的加工通常采用臺鉆或者熱切割，需要投入較多的人員及設備，以每班生產200根為例，采用臺鉆制孔需要投入8臺臺鉆、8名操作工，工作10 h才能完成，并且鉆孔過程中操作人員須全程緊盯構件制孔，容易造成視覺疲勞，導致生產效率低下及出現漏鉆現象，并存在較大的安全隱患。

2）原專業數控沖剪設備在沖剪過程中，因沖頭摩擦產生的熱量對沖頭產生退火效應，極大地降低了沖頭使用壽命，而且沖頭退火后，硬度會下降甚至變形，影響溢漿孔的成形質量。

1.2.2 改進措施及效果

1）根據原設備存在的不足，經過技術人員研究后，對設備進行針對性改進。一是在原設備的基礎上設定了沖頭行程，確保每個溢漿孔在沖剪過程中，能完全穿透且不會出現漏鉆的情況；二是在原設備上增加了冷卻、潤滑裝置，利用皂化液對沖頭進行物理降溫及潤滑，既降低了沖頭反復做功產生的熱量，又減小了摩擦熱量，降低了沖頭的退火效應，大幅提高了沖頭使用壽命以及溢漿孔的成形質量[3-5]。

2）改進后的數控沖剪設備極大地降低了勞動力使用，注漿小導管制孔過程中僅需1名操作工人檢查沖剪設備是否運行正常，另配備2名輔助工負責添加原材料和成品搬運即可，每班8 h可完成300～350根小導管的生產（圖2）。

圖2 采用臺鉆和數控沖剪設備制孔對比

1.3注漿小導管錐頭制作工藝的改進

1.3.1 原設備存在的不足

1）原設備需由人工將構件端部推入和抽出加熱線圈，且構件端部在加熱過程中容易與加熱線圈發生碰撞。加熱線圈為薄壁紫銅管（內通冷卻水），一旦發生碰撞會導致加熱線圈損壞。

2）構件錐頭在錐頭成形機內熱塑成形過程中，要承受模具的夾緊約束、旋轉及尾部軸向推力的綜合作用，如構件出現微彎，錐頭成形后容易產生卡殼現象。

1.3.2 改進措施及效果

1）經過生產過程中的反復摸索，在加熱線圈前設計了1套導向定位裝置，增加導向定位裝置后，操作人員在構件端進行加熱作業時，可順利地將構件從導向定位裝置內推入和抽出加熱線圈，有效避免了構件與加熱線圈發生碰撞的情況，進而大大降低了加熱線圈的損壞率和作業人員的操作難度（圖3）。

圖3 加熱線圈前設計增加的導向定位裝置

2）鑒于模具卡構件的現象，經過多次摸索改進，在模具內部增設了一段彈簧，當軸向推力作用于構件時，通過構件自身旋轉后，彈簧給構件一個反向推力，能有效解決脫模卡殼的現象。

2 注漿小導生產工藝改進后實施效果對比

2.1注漿小導管生產效率方面對比

2.1.1 傳統生產工藝難以滿足隧道施工的進度要求

根據香麗高速項目指揮部的部署及各施工標段的需求計劃，注漿小導管每天的需求量約為3 000根，采用傳統模式的加工方法需投入的人員、設備及輔材數量更多，生產效率無法滿足施工進度要求。

2.1.2 實現流水生產在很大程度上提高生產效率

采用傳統制造工藝，一個作業班組每天最多加工制造超前注漿小導管120根左右。

采用經改進的集成專用設備工廠化集中制造工藝，一個作業班組每天可制作加工注漿小導管400根左右，生產效率為傳統工藝的3倍多，而加工作業人員的投入較傳統模式減少2/3。

2.1.3 對專業生產設備存在缺陷及生產工藝的改進使得流水線生產更加順暢

通過對專業生產設備存在缺陷和生產工藝的不斷改進，大幅降低了制孔沖頭的損耗率和更換沖頭占用的時間，高頻感應圈的使用壽命得到大幅延長，并消除了錐頭成形后的卡殼現象，使得注漿小導管的生產效率更高、生產工藝更成熟和完善。

2.2注漿小導管生產質量方面對比

2.2.1 傳統生產工藝缺陷影響注漿小導管質量

1）傳統模式下制作加工的注漿小導管錐頭在經過人工熱氣體切割抽條后，采用手工錘擊至類錐頭或直接呈“鴨嘴”狀，然后將抽條接縫進行焊接，生產成形的錐頭外觀不統一，部分錐頭甚至出現偏心情況，嚴重影響小導管安裝過程中的準確度，以致在錨入土體過程中阻力較大，既增加了安裝人員的勞動強度，又經常發生小導管貫入長度不夠等情況，降低了隧道的支護質量。

2）采用氣割制孔的方式，注漿小導管溢漿孔貫通率及幾何尺寸精度低，甚至影響注漿小導管本身強度，導致需要進行注漿的隧道周圍土體、巖體不能注漿或注漿效果達不到要求，嚴重影響隧道開挖預支護強度。

2.2.2 工廠化、數字化生產工藝有利于質量控制

利用工廠化、數字化生產工藝進行注漿小導管的加工，解決了以往在隧道洞口附近利用小場地、小機具設備進行加工制作過程中，小導管加工質量難以管控的問題，通過集中統一管理，從原材料的進場、存放，到下料制孔、錐頭制作，再到打包運輸，每一步制作工序都能得到較好的管控，可實現標準化施工管理，能夠從下料長度、制孔精度、錐頭質量等各項細節實現規范化、標準化加工（圖4）。

圖4 采用傳統工藝和工廠化生產工藝的小導管錐頭質量效果對比

2.3注漿小導管生產在綠色施工方面的對比

2.3.1 傳統生產不利于資源節約和環境保護

采用傳統模式制作加工小導管，需在每個隧道口設置加工場地，每個加工區域至少需要約200 m2的加工場地，以香麗高速項目為例計算，全線25條隧道按每條隧道1個加工點計算共需要占地5 000 m2，需要大量征地用于加工場地設置，不利于環境生態保護，且制作加工點較多和分散，不利于小導管加工過程的質量、安全管控。

2.3.2 工廠化、數字化生產有利于資源節約及實現綠色施工

傳統注漿小導管錐頭加工采用氧乙炔焰切割、焊接及人工打磨成形的方式，工廠化、數字化生產無需進行錐頭切割、焊接，不需要人工打磨和輔材，并且采用工廠化、數字化生產工藝，整個項目只需統一設置1個加工場即能滿足整條線路注漿小導管的生產和供應，避免在每個隧道口大面積增加臨時制作場地，對生態環境產生破壞，符合交通運輸部2019年度重點節能低碳技術運用的要求。

3 結語

經過在生產過程中不斷改進和完善的注漿小導管工廠化、數字化生產工藝，各制作專業設備功能更加完善，達到了制作工序質量標準統一的目的，形成了較為理想的流水作業生產，提高了注漿小導管的制作質量和生產效率，顛覆了傳統工藝在隧道口設置臨時加工作業點的生產模式，為云南省高速公路建設注漿小導管的制作加工，提供了先進的生產技術和成熟的管理經驗。