大斷面地下有軌電車裝配式結構標準化預制技術研究

朱智勇

(山東匯通建設集團有限公司,山東 濟南 250000)

1 引 言

近年來我國采用裝配式施工的地下結構越來越多，裝配式地下結構應用范圍由盾構隧道、管廊逐步向地鐵車站、地下交通等大斷面地下結構發展[1]。大斷面地下結構設計時，往往分塊較多，造成結構整體存在大量接縫，嚴重影響結構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構防水，結構往往需設置多道防水條[3]。對此，富水地層地下裝配式結構宜采用較少的結構分塊。大斷面裝配式地下結構分塊較少時，預制構件體積往往較大，大體積預制構件加工難度遠大于管片、管廊等小體積預制構件，而目前我國針對地下工程預制構件質量控制的研究多集中在體積較小預制構件，針對大體積預制構件研究較少。大體積預制構件加工將面臨兩個重要難題：大鋼筋加工量大，質量要求高，加工難度大，加工速度慢，需采用自動化加工設備；混凝土澆筑體積大，振搗、養護等控制難度大[4]。對此，亟需開展大體積地下裝配式結構標準化預制技術研究。

針對大斷面裝配式地下結構大體積預制構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，開展了大體積預制構件鋼筋自動化加工及混凝土澆筑養護研究，并探討了基于物聯網的智慧大體積預制構件生產質量智能管控，研究可為大斷面地下交通結構大體積預制構件生產提供相應的借鑒。

2 預制構件及生產平臺

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

預制節段上、下部分采用承插口+預應力鋼筋連接，結構內部預留槽口用以布置精軋螺紋鋼筋，豎向螺紋鋼筋施加永久預應力后在進行相鄰節段的連接。相鄰兩節連接分為臨時連接和永久連接，相鄰節段靠攏后通過臨時預應力光圓鋼棒張拉連接，5環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，形成管節段的永久連接。

有軌電車預制構件生產車間分為混凝土車間、生產主車間、鋼筋車間。生產主車間跨度36 m，布置上、下分體式拼裝有軌電車預制構件模具30套、自動三級布料系統一套；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焊接彎曲成型生產線2套、數控鋼筋液壓剪切生產線1套、數控立式鋼筋彎曲機1套、數控對焊機1套、自動彎箍機1套。預制構件生產線單日鋼筋加工焊接產能約200 t，單日混凝土澆筑作業約1 000 m3。

3 鋼筋自動加工技術

鋼筋加工過程由鋼筋進場驗收、鋼筋加工、鋼筋網片焊接、鋼筋骨架組裝、鋼筋骨架驗收、鋼筋骨架轉場6個環節組成。具體生產流程為：鋼筋驗收→分類擺放→鋼筋切斷→彎曲加工→對焊加工→鋼筋網片制作→鋼筋骨架組裝→鋼筋骨架驗收→鋼筋轉場。

鋼筋進場時先對材料質量、型號等進行驗收。通過數控鋼筋液壓剪切生產線對鋼筋進行自動切割，鋼筋切割參數可根據需求設定。需要彎曲和對焊的鋼筋通過彎曲主機和數控對焊機自動加工，趕緊彎折需設置長度、彎曲角度、補償角度等參數。鋼筋網片制作采用了全國首創的全自動鋼筋網片焊接彎曲生產設備，設備由儲料架裝置、焊接主機機構、橫筋落料機構、上拉網機構、托起機構、彎曲機構、升降平臺機構七大部分組成，可生產網寬2.5 m、網片長度18 m的大型鋼筋網片。設備可設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°。該設備約40 min就可完成一片鋼筋外網片的焊接與彎曲，人工制作則需要約2 h。鋼筋網片成型后，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簽，質檢員通過掃描二維碼錄入鋼筋骨架信息與質量狀況。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，經檢查合格后通過擺渡車運至混凝土澆筑車間。

4 混凝土施工與養護

預制構件混凝土澆筑過程由模具清理、涂刷脫模劑、預埋滑槽安裝、鋼筋籠安裝、波紋管安裝、鎖盒安裝、預埋件、合模、混凝土澆筑、收面、場內蒸養養護、模具開啟等環節組成。

預制構件模具主要由側模、端模、底座、內模支撐架4個部分組成。側模、端模、內模上下兩段通過法蘭板連接，生產時不需要拆卸。模具配件主要包括液壓缸、穿杠(固定張拉波紋管)、鎖盒(張拉槽口成型預埋件)。模具側門、端頭及內模的開合升降均由液壓缸驅動。焊接成型的鋼筋骨架通過擺渡車由鋼筋車間移運至生產車間，并吊運至預制構件模板上，隨后安裝波紋管、槽口等預埋件安裝，其中預埋件種類包括固定模具的側墻鎖盒、后張法防止鋼絞線產生無損的金屬波紋管、預制工廠和現場需要起吊時所使用的吊釘、后期張拉處的槽口橡膠塊。預埋件安裝后依次合模，合膜先內模后外模。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罩進行場內蒸養，混凝土的養護要在混凝土表面覆蓋塑料薄膜，通過溫控設備，實時對蒸養罩內溫度進行調控，溫度保持在40 ℃左右。到達規定蒸養時間后(3～10月蒸養時間為12～14 h，10月-次年2月蒸養時間為24 h)，拉開蒸養罩，降溫處理、準備開模、轉場。通過運輸車將預制構件運輸至堆放場內，并噴灑養護液，構件養護完成后根據施工現場需求先檢驗后運輸至工程現場。

5 預制構件生產智能管控

有軌電車主體結構分塊較少，預制構件體積較大，預制施工中管理難度大，對此基于裝配式構件數字工程管理平臺，采用信息化、智能化的系統對預制構件生產進行全過程物聯網管控。通過信息化管理打通了從原材進場到產品出廠的全過程管理，實現了數據實時采集、動態分析、全域顯示。裝配式構件數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、技術管理、生產管理、外場管理、物資管理、設備管理、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格、有效、便捷的管理模式。

圖1 裝配式構件數字工程管理平臺

生產管理模塊設置九個子項：半成品生產臺賬、半成品質檢臺賬、鋼筋骨架、構件生產、待澆筑構件環信息、模具管理、養護溫度管理和檢驗資料管理。生產管理模塊與鋼筋加工設備連通，能夠自動采集每日鋼筋加工數量，形成半成品生產臺賬。質檢員可根據半成品生產臺賬，抽檢鋼筋半成品質量，并上傳質檢結果形成半成品質檢臺賬。抽檢時質檢員可借助手持掃碼設備掃描鋼筋骨架上的二維碼，進行鋼筋質量檢驗的信息錄入，質檢信息可快速上傳至信息管理平臺，鋼筋骨架入模待質檢員隱蔽驗收后，生產部管理人員使用手持掃碼設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、構件出模時，生產管理人員均需掃描二維碼上傳生產節點。構件生產頁面可查看已經生產構件的關鍵信息從而實現對構件的質量追溯。

6 結 論

針對大體積預制構件鋼筋自動化加工及混凝土澆筑養護研究，并通過智能管控技術，對大體積預制構件的加工，得到以下結論。

(1)大斷面預制構件鋼筋采用全自動鋼筋網片焊接彎曲生產設備加工可實現鋼筋網片的自動加工，提升鋼筋加工速度與加工及質量。

(2)利用預制構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量，開拉式蒸養罩可提供恒溫養護環境。

(3)通過全過程物聯網信息化管理打通了從原材進場到產品出廠的全過程管理，實現了數據實時采集、動態分析、全域顯示。