盾構管片模具的選型研究

1、盾構管片模具的選型研究盾構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西南交通大學機械學院，四川成都 610031）【摘要】鋼管片模具是盾構管片的制作設備，通過對管片模具的形式，質量精度, 生產效率以及管片模具的造價，生產制造周期和使用壽命的闡述，為眾多盾構管片生產企業(yè)最為關心 的管片模具選型問題提供參考.【關鍵詞】盾構;銅模;管片模具;選型【中圖分類號】u454.7盾構隧道是由盾構機在地下一邊掘進一邊拼裝襯砌管 片而形成的，因此盾構隧道的質量由盾構的掘進控制，管片 拼裝質量兩大要素決定管片的牛產質量肓接影響管片拼 裝質量以及成型后隧道的結構性能，防水性能和

2、耐久性影 響管片生產質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備,是管片尺寸精度的具體保證，可以 說它是管片質量成敗的關鍵.鋼模的選型首先要弄清鋼模的結構，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 制造周期和使用壽命等.1鋼模的基本結構形式鋼模一般由底座，兩個側板，兩個端板，上蓋板,模芯和 其它輔助件組成（見圖1） 底座，側板，端板構成了管片的 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管片鋼模結構示意管片在鋼模屮澆筑成型后,當混凝土達到規(guī)定強度時就 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板相結合的方式（見圖 2）.【文獻標識碼】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.鋼模的結構和振動方式決 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 生產線每一種模具都有著各自的優(yōu)缺點，要根據不同的振 搗方式進行模具設計;也需要用戶根據實際需求和生產條件 進行選擇.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,配套設施少等優(yōu)點;缺點是勞動強度大，生產效率低，管 片外觀和內在質量不穩(wěn)定,只適合于小批量管片生產的 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表面，振動能可通 過鋼結構件傳遞到混凝土，使之密實.優(yōu)點是生產效率較 高，管片質量穩(wěn)定;缺點是震動器噪咅大，混凝土配合比要求 高;而且管模強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，生產效率也略低，一般每天可生產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，但生產率高，每生產一塊管片，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 生產實現了流水化作業(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)護等各固 定t位的t序內容.具有自動化程度高，生產效率高等方面 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，管模周轉運動容易造成 管模變形另外南于現階段流水線廠家不夠成熟，振動臺和 驅動裝置容易岀現故障從而影響實際使用的效率.3質量精度要

6、求管片鋼模與普通的模具有明顯差別，其技術要求主要有 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.根據上海市企業(yè)標準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 構鋼模，鋼模寬度允差土0.25mm;鋼模高度允差0+2 mm;鋼模內外徑弧，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 經常維修,保養(yǎng).4管片鋼模主要制造商狀況進行鋼模的選型應首先考慮國內外鋼模制造商的技

7、術 水平，生產能力，鋼模質量，壽命，成本價格和交貨周期等 因素.國外高精度鋼模技術較先進的國家有日本，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 前在我國國內可提供盾構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電有限公司，江蘇銀旭隧道機械 有限公司和深圳市華森機電技術有限公司也能提供管片自 動化生產線.4.1管片模具廠家的生產能力,技術水平評價從各管片鋼模生產廠家的生產能力，技術水平和近年業(yè) 績上看，競爭實力較強的有法國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，在中國國內設有獨資廠，在鋼模制造上設計 理念先進，裝備精良，制造加工精度高，質量可靠其中法國 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,主要生產附著式整體振搗和振動臺整體振搗鋼模，可提 供管片牛產自動流水線，同時提供管片牛產的配套設備，包 括:提取設備，真空吸盤，混凝土管片夾具，吊裝工具，反轉 架,運輸移動設備上海隧道股份在國內fi前市場占有率最 高，約占60%70%,已生產鋼模600余套，鋼模質量精度較 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,可提供人工振搗式和附著振 搗式兩種模具，有多年管模制造經驗.4.2國內生產廠家的鋼模制造成本和生產周期目前周內采用盾構法修建地鐵的城市均在城市附近修 建了盾構管片生產廠，所有的管片生產廠家在生產第一批管 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:工裝設備 費，鋼材用鋼量，圖紙設計費，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 地鐵標準鋼模價格在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.當管片外徑增大到 6700mm時,鋼模造價會隨z增加，根據廠家估算每套鋼模 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，主要是圖紙設計 需要

11、時間.國內管片鋼模生產廠家相關情況如表2所示.表2國內管片鋼模牛產廠家進行調研情況在華業(yè)鋼模模具生產廠家工程實例績（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(下轉第209頁)糟疊脊瞬冊(城鎮(zhèn)給水)中排水管管徑可按2h內將余水泄空計算. 計算結果見表3屮”最大服務面積”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而積 泄空管管徑流速流量水泵所取流量最大服務面積 (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,當水池容器內的面積aw12m時，管

13、徑選用dn40;當 12mwaw20nl 時，管徑選用 dn50;當 20mwaw43nl時，管徑選用dn70;當431mwaw58.5m時，管徑 選用dn80;當58.5mwaw97m時，管徑選用dn100;當 97mwa<258hl 時，管徑選用 dn150.4泵房內水泵流量的確定根據”建規(guī)(2009年版)”中第4.7.7條的第3款:當集水池接納水池溢流水，泄空水時，應按水池溢流量，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，因此在實際設計 中,根據表2和表3兩者所對應的水泵流量,依據數值大者 確定水泵流量.工程應用:進水管管徑為dn80,則流量為6.3il/s,根據表2,選擇dn100的溢流管,所對應的水泵流量為9.42l/ s.設有效水深3,0m,則面積a二85m,根據表3,應該選擇 dn100的泄水管徑，水泵流量為15.00l/s.比較根據溢流 管和泄空管所對應的水泵流量，因此最終確定水泵流量為 15.00l/s.5結論及建議(1) 在市政管網壓力下,根據表1可選擇地下水池的進 水管管徑及流量將進水量q與溢流量q

15、進行比較，當 滿足q2qj時,根據表2可確定溢流管管徑.（2）根據伯努利方程進行理論計算，泄空時間與容器面 積成正比關系，不同的管徑所服務的面積在某一個范圍內， 己知容器面積，根據表3可確定泄空管管徑.（3）當溢流管管徑和泄空管管徑已經確定，再根據表2 和表3分別確定水泵流量,以兩者之數值大者確定水泵 流量參考文獻1 陳永青，李開琴,曲中酉建筑地下室排水設計的反思與建議j給水排水,2006,32（2）:67712 禹華謙.工程流體力學（水力學）m.西南交通大學出版社，1999:128133|3|gb500152003建筑給水排水設計規(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 上海市政工程設計研究院給水排水設計手冊（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，振動質量穩(wěn)定，省工，省力，省 時，由于對鋼模強度，剛度要求高，所以價格稍高振動臺整 體振搗由于在生產中，模具頻繁吊運,機械投入大.（2）從生產效率上看，人工振搗式鋼模生產效率略低，一 般每天可生產2-3環(huán)，而附著振搗式鋼模生產率較高，最高 每天可生產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，與振動器連接的結構件容易開焊開裂，模 具使用壽命短振動臺整體振搗與附著式振動器振