鄧 子 謙
(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072)
TBM混凝土管片預(yù)制廠占地規(guī)模快速計(jì)算方法研究
鄧 子 謙
(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072)
預(yù)制混凝土管片的生產(chǎn)是TBM掘進(jìn)施工的重要環(huán)節(jié),管片的生產(chǎn)速度跟不上TBM的掘進(jìn)速度,就會(huì)影響整個(gè)工程的施工進(jìn)度。本文根據(jù)某隧道工程混凝土管片預(yù)制廠生產(chǎn)工效的測(cè)定分析成果,同時(shí)參考預(yù)制混凝土管片生產(chǎn)相關(guān)國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),推導(dǎo)了基于TBM月平均進(jìn)尺x和隧洞開(kāi)挖斷面直徑d兩個(gè)參數(shù)的混凝土管片預(yù)制廠各大功能區(qū),以及廠區(qū)總體占地規(guī)模計(jì)算公式。將整套公式用于某隧道工程TBM混凝土管片預(yù)制廠的選址分析,計(jì)算結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況基本一致,說(shuō)明本文推導(dǎo)的計(jì)算公式具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。本文研究成果可為T(mén)BM混凝土管片預(yù)制廠的規(guī)劃設(shè)計(jì)和廠區(qū)布置提供參考,同時(shí)為項(xiàng)目在前期規(guī)劃階段,只能提出隧洞開(kāi)挖斷面直徑和施工工期等基本資料的基礎(chǔ)上,快速地計(jì)算混凝土管片預(yù)制廠占地規(guī)模,為工程造價(jià)提供參考依據(jù)。
TBM; 混凝土管片預(yù)制廠; 占地規(guī)模; 計(jì)算方法; 廠區(qū)布置
隨著隧道掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展,隧道掘進(jìn)機(jī)TBM(Tunnel Boring Machine)以其掘進(jìn)速度快(通常為常規(guī)鉆爆法施工的5~10倍)、一次成洞、能提供安全的作業(yè)環(huán)境并能使隧道開(kāi)挖、出渣、支護(hù)等工序同步完成等優(yōu)點(diǎn),逐步被許多隧道工程采用。目前TBM掘進(jìn)施工中多采用雙護(hù)盾TBM,如山西省萬(wàn)家寨引黃入晉、陜西省引漢濟(jì)渭、青海省引大濟(jì)湟等引水工程,遼寧大伙房水庫(kù)、蘭州新水源地等水利工程。雙護(hù)盾TBM的尾盾與預(yù)制混凝土管片襯砌是緊密相連的,只有采用了管片襯砌技術(shù)才能最大限度發(fā)揮雙護(hù)盾TBM在不穩(wěn)定圍巖條件下的優(yōu)勢(shì),因此,預(yù)制混凝土管片的生產(chǎn)在TBM隧洞施工中是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于預(yù)制混凝土管片體型較大、形式多樣、使用時(shí)需求量較大等特點(diǎn),一般的預(yù)制混凝土生產(chǎn)廠很難滿足生產(chǎn)要求,必須在工地現(xiàn)場(chǎng)附近選擇合適的場(chǎng)地修建混凝土管片預(yù)制廠。管片預(yù)制廠占地規(guī)模較大,其廠址的選取和廠區(qū)布置是否合理直接影響到管片的生產(chǎn)速度。特別是在高山峽谷地區(qū),開(kāi)闊平坦的場(chǎng)地非常有限,因此,就更加需要注重混凝土管片預(yù)制廠的占地規(guī)模計(jì)算分析和建廠位置選取。
作為T(mén)BM隧洞掘進(jìn)施工的配套生產(chǎn)環(huán)節(jié),混凝土管片預(yù)制廠的生產(chǎn)規(guī)模主要根據(jù)TBM的掘進(jìn)強(qiáng)度確定,TBM掘進(jìn)的速度越快,對(duì)預(yù)制混凝土管片的需求量就越大。為了便于分析,文中除了TBM月平均進(jìn)尺和隧洞開(kāi)挖斷面直徑采用未知參數(shù)x和d以外,其余參數(shù)均參考某隧道工程TBM混凝土管片預(yù)制廠生產(chǎn)工效的測(cè)定分析成果,以及預(yù)制混凝土管片生產(chǎn)相關(guān)國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。
根據(jù)某隧道工程以及國(guó)內(nèi)外相關(guān)TBM掘進(jìn)施工經(jīng)驗(yàn),為了加快預(yù)制混凝土襯砌管片的安裝,同時(shí)便于管片的生產(chǎn)和運(yùn)輸,在管片生產(chǎn)時(shí),一般將管片寬度設(shè)計(jì)成1.8 m左右。本文在分析計(jì)算中,同樣將管片寬度取為1.8 m。如果將每環(huán)管片分成7塊管片生產(chǎn)(6片標(biāo)準(zhǔn)塊和1片閉環(huán)嵌入塊),則滿足TBM掘進(jìn)強(qiáng)度的管片月生產(chǎn)規(guī)模Q月可以用TBM月平均進(jìn)尺x表示為:
(1)
每月工作天數(shù)按30 d算,則混凝土管片預(yù)制廠的日均生產(chǎn)規(guī)模為:
(2)
式中x——為T(mén)BM月平均進(jìn)尺,m/月,下同。
在TBM掘進(jìn)施工的隧洞工程中,通常采用預(yù)制混凝土管片襯砌一次成型的方法進(jìn)行隧洞襯砌施工,因此對(duì)預(yù)制混凝土管片的生產(chǎn)精度要求比較高,一般尺寸偏差應(yīng)小于1~2 mm。管片預(yù)制廠普遍采用自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行管片生產(chǎn),通過(guò)模具在流水線上的循環(huán)行進(jìn),以自動(dòng)化流水線的主控室為中心,通過(guò)控制行走電機(jī)來(lái)推進(jìn)和平移使模具在軌道上循環(huán)經(jīng)過(guò)各個(gè)模位,完成管片生產(chǎn)的全過(guò)程。此方法采用高精度的定型模具進(jìn)行流水線生產(chǎn),不僅能使管片生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,提高管片的生產(chǎn)效率,管片的成型質(zhì)量和成型外觀也容易得到保證。同時(shí),采用了自動(dòng)化的機(jī)械作業(yè),不僅節(jié)約了人力,還在很大程度上改善了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)條件。本文在管片預(yù)制廠各道生產(chǎn)工序需要的場(chǎng)地規(guī)模分析計(jì)算中,同樣選擇管片流水線自動(dòng)化生產(chǎn)的方法,管片預(yù)制廠各工序生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。
圖1 混凝土管片預(yù)制廠生產(chǎn)工藝流程
根據(jù)圖1所示的管片生產(chǎn)工藝流程,混凝土管片預(yù)制廠從功能上主要分為鋼筋籠制作區(qū)等六大區(qū)域。其中,鋼筋籠制作區(qū)、管片生產(chǎn)區(qū)、管片蒸養(yǎng)區(qū)、管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)、管片生產(chǎn)附屬設(shè)施區(qū)等五個(gè)區(qū)域必須布置在一起,在管片場(chǎng)地大小受限的情況下,可以將管片廠外堆存區(qū)單獨(dú)布置,混凝土管片預(yù)制廠總平面布置如圖2所示。對(duì)于選取流水化生產(chǎn)作業(yè)的管片預(yù)制廠,各功能區(qū)尺寸大小的確定是非常關(guān)鍵的,尺寸設(shè)計(jì)是否合理直接影響到管片預(yù)制廠的生產(chǎn)效率,從而影響到管片的生產(chǎn)速度和TBM掘進(jìn)施工進(jìn)度。
圖2 混凝土管片預(yù)制廠總平面布置
3.1 鋼筋籠制作區(qū)
鋼筋籠制作區(qū)主要進(jìn)行鋼筋半成品加工、鋼筋籠綁扎、鋼筋籠焊接等工作。該區(qū)域在功能上應(yīng)滿足鋼筋卸車、原材料堆放、鋼筋放樣、鋼筋調(diào)直切斷、鋼筋調(diào)弧彎曲、半成品鋼筋分類堆存、鋼筋籠綁扎、焊接及吊運(yùn)等工序需求,鋼筋籠制作區(qū)平面布置如圖3所示。
根據(jù)某隧道工程管片預(yù)制廠生產(chǎn)運(yùn)行情況,鋼筋半成品加工區(qū)面積主要受制于鋼筋籠綁扎區(qū)的占地大小,如果鋼筋籠綁扎區(qū)需要同時(shí)進(jìn)行多個(gè)鋼筋籠綁扎時(shí),對(duì)半成品鋼筋的需求就很大,相應(yīng)地對(duì)鋼筋加工區(qū)面積的需求也就很大。從某隧道工程管片預(yù)制廠鋼筋籠制作區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行情況來(lái)看,鋼筋加工區(qū)和鋼筋籠綁扎區(qū)兩者面積基本相當(dāng)時(shí),才能避免由于場(chǎng)地原因?qū)Π氤善蜂摻罴庸どa(chǎn)帶來(lái)影響。因此,只需要確定鋼筋籠綁扎區(qū)的面積,整個(gè)鋼筋籠制作區(qū)的面積也就確定了。
鋼筋籠綁扎是在一個(gè)提前按照管片形狀制作的鋼筋籠綁扎臺(tái)上完成的,通常由2名鋼筋籠綁扎工共同完成。根據(jù)某隧道工程管片預(yù)制廠鋼筋籠綁扎工效測(cè)定分析成果,2名綁扎工完成一個(gè)鋼筋籠約需要2.1 h,如果每天2班按正常生產(chǎn)16 h計(jì)算,兩個(gè)鋼筋籠綁扎工在一個(gè)鋼筋籠綁扎臺(tái)上每天可以完成16/2.1=7.6個(gè)鋼筋籠。因此,滿足管片生產(chǎn)強(qiáng)度的鋼筋籠綁扎臺(tái)個(gè)數(shù)Q綁扎臺(tái)可以用文中第一部分確定的管片日均生產(chǎn)規(guī)模Q天表示為:
(3)
鋼筋籠綁扎臺(tái)長(zhǎng)度和寬度尺寸與管片尺寸基本相當(dāng),即:L綁扎臺(tái)=L管片,B綁扎臺(tái)=B管片=1.8 m。其中管片在地面上的投影長(zhǎng)度L管片可以根據(jù)圖4管片襯砌示意按以下方法求出:隧洞每環(huán)襯砌的7塊管片中,6塊標(biāo)準(zhǔn)塊管片的長(zhǎng)度基本一致,為了管片閉環(huán)安裝方便,第7塊閉環(huán)嵌入塊管片長(zhǎng)度一般比其他6塊標(biāo)準(zhǔn)塊管片長(zhǎng)度更短(見(jiàn)圖4)。從某隧道工程預(yù)制混凝土襯砌管片安裝情況來(lái)看,閉環(huán)嵌入塊長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)塊長(zhǎng)度的0.3倍是合理的,管片的安裝速度能夠跟上TBM的最快掘進(jìn)速度。本文在推導(dǎo)管片長(zhǎng)度計(jì)算公式時(shí),也采用第7塊閉環(huán)嵌入塊長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)塊長(zhǎng)度的0.3倍進(jìn)行分析計(jì)算。
圖3 鋼筋籠制作區(qū)平面布置示意(單位:m)
圖4 管片襯砌示意
根據(jù)圓形與其內(nèi)接七邊形的幾何規(guī)則,兩者的周長(zhǎng)呈正相關(guān)關(guān)系。本文采用簡(jiǎn)便計(jì)算方法,通過(guò)在CAD中畫(huà)圖分析,無(wú)論圓的直徑為多大,圓形與其內(nèi)接七邊形的周長(zhǎng)均存在如下近似關(guān)系:C七邊形=0.960 1C圓。在引用未知參數(shù)隧洞開(kāi)挖斷面直徑d的情況下,每塊管片(鋼筋籠綁扎臺(tái))在地面上的投影長(zhǎng)度L管片可以用隧洞開(kāi)挖斷面直徑d表示為:
(4)
為了便于鋼筋籠綁扎工操作和成品鋼筋籠的轉(zhuǎn)運(yùn),以及減少相鄰兩個(gè)鋼筋籠綁扎臺(tái)工作干擾,每個(gè)綁扎臺(tái)外側(cè)至少應(yīng)留有2.0 m以上的操作間距(見(jiàn)圖3),鋼筋籠綁扎臺(tái)寬度為1.8 m,則鋼筋籠綁扎區(qū)占地長(zhǎng)度L綁扎區(qū)可以根據(jù)公式(3)中鋼筋籠綁扎臺(tái)個(gè)數(shù)Q綁扎臺(tái)的計(jì)算式表示為:
L綁扎區(qū)=1.8Q綁扎臺(tái)+(Q綁扎臺(tái)+1)×2.0=0.065 0x+2 (m)
(5)
鋼筋籠綁扎區(qū)除了進(jìn)行鋼筋籠綁扎外,另一個(gè)主要功能就是分類堆放半成品鋼筋,以便鋼筋籠綁扎工綁扎取樣需要(見(jiàn)圖3)。半成品鋼筋按照鋼筋籠綁扎區(qū)長(zhǎng)度方向依次分類堆放,同樣地,為了便于半成品鋼筋的吊運(yùn)存放和綁扎取樣,堆存區(qū)兩側(cè)距離鋼筋籠綁扎臺(tái)和墻壁的寬度也應(yīng)該達(dá)到2.0 m以上,則鋼筋籠綁扎區(qū)的寬度B綁扎區(qū)可以表示為:
B綁扎區(qū)=2L管片+3×2.0=2×0.478 5d+3=0.957d+6 (m)
(6)
則鋼筋籠制作區(qū)的面積S制作區(qū)為:
S制作區(qū)=S加工區(qū)+S綁扎區(qū)=2×S綁扎區(qū)=2×(L綁扎區(qū)×B綁扎區(qū))=0.124 4dx+0.78x+3.828d+24 (m2)
(7)
3.2 管片生產(chǎn)區(qū)
管片生產(chǎn)區(qū)主要進(jìn)行管片混凝土在模具中澆筑成型等工作。管片生產(chǎn)區(qū)的起始端緊接管片蒸養(yǎng)區(qū)的結(jié)束端,同時(shí)管片生產(chǎn)區(qū)的結(jié)束端也即為管片蒸養(yǎng)區(qū)的起始端,兩者首尾緊密相連(見(jiàn)圖2)。從上一塊管片拆模吊運(yùn),到新的管片混凝土入倉(cāng),再到管片蒸養(yǎng)工序前,共包含以下8道工序:管片開(kāi)?!芷撃5踹\(yùn)(上一塊管片)→模具清理→鋼筋籠吊裝→管片混凝土澆筑→料口平整清理→管片預(yù)養(yǎng)→準(zhǔn)備蒸養(yǎng)(進(jìn)入6.5 h蒸養(yǎng)工序)。同時(shí),管片生產(chǎn)區(qū)還要預(yù)留滿足當(dāng)日管片生產(chǎn)規(guī)模的鋼筋籠存儲(chǔ)場(chǎng)地(見(jiàn)圖5)。
管片模具采用鋼模具,模具在長(zhǎng)寬輪廓方向的尺寸分別比管片大30 cm,在管片流水生產(chǎn)作業(yè)線上,考慮到模具在軌道上正常行走的安全距離以及模具外圍作業(yè)人員正常作業(yè)需求,在模具一周至少需要留有2.0 m以上的間隔距離。因此,管片生產(chǎn)區(qū)流水線的長(zhǎng)度L生產(chǎn)可以表示為:
L生產(chǎn)=8×(L模具+2)=8×(L管片+0.3×2+2)=3.828 0d+20.8 (m)
(8)
圖5 管片生產(chǎn)區(qū)平面布置示意
在管片生產(chǎn)區(qū)的寬度方向,除了滿足管片生產(chǎn)線兩側(cè)2.0 m以上的間隔距離外,還需要滿足鋼筋籠吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)的交通需求。管片預(yù)制廠通常采用輕型內(nèi)燃叉車轉(zhuǎn)運(yùn)鋼筋籠,其運(yùn)輸通道寬度應(yīng)滿足B運(yùn)輸=4.5 m以上。同時(shí),為了預(yù)防鋼筋籠制作生產(chǎn)線出現(xiàn)故障,在管片生產(chǎn)線旁邊至少應(yīng)存儲(chǔ)能滿足管片一天生產(chǎn)的鋼筋籠需求,鋼筋籠可以沿著管片生產(chǎn)線長(zhǎng)度方向放置,同時(shí)為了堆存安全考慮,每個(gè)鋼筋籠堆放位置重疊的鋼筋籠個(gè)數(shù)不應(yīng)超過(guò)5個(gè),因此在沿著管片生產(chǎn)線的8道工序可以布置8×5=40個(gè)鋼筋籠。根據(jù)文中第一部分提出的管片日均生產(chǎn)規(guī)模,可以得到滿足管片一天正常生產(chǎn)的鋼筋籠存儲(chǔ)排數(shù)N存儲(chǔ):
(9)
每排鋼筋籠儲(chǔ)存區(qū)的寬度除了滿足鋼筋籠寬度1.8 m外,還需在鋼筋籠寬度方向兩側(cè)各考慮30 cm的操作和安全間距,因此管片生產(chǎn)區(qū)的寬度B生產(chǎn)可以表示為:
B生產(chǎn)=2.0+B模具+2.0+4.5+(1.8+0.3)×N存儲(chǔ)=0.006 9x+10.9 (m)
(10)
因此管片生產(chǎn)區(qū)面積S生產(chǎn)為:
S生產(chǎn)=L生產(chǎn)×B生產(chǎn)=0.026 4dx+0.143 5x+41.725 2d+226.72 (m2)
(11)
3.3 管片蒸養(yǎng)區(qū)
管片蒸養(yǎng)區(qū)主要是對(duì)新澆筑的管片混凝土進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù),加快管片混凝土硬化達(dá)到拆模吊運(yùn)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度值,同時(shí)保證管片的硬化質(zhì)量。這個(gè)區(qū)域主要通過(guò)管片模具在蒸養(yǎng)區(qū)軌道上的推進(jìn)行走達(dá)到養(yǎng)護(hù)的目的。
從某隧道工程管片預(yù)制廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,每天按24 h工作時(shí)間循環(huán)作業(yè),除去模具生產(chǎn)線上的機(jī)械常規(guī)故障,鍋爐、混凝土澆筑振搗器等設(shè)備故障外,管片廠平均每天正常生產(chǎn)的時(shí)間約為18 h。根據(jù)文中第一部分確定的管片日均生產(chǎn)規(guī)模,可以得到管片出模速度(也即管片生產(chǎn)線上模具在每個(gè)模位上的停留時(shí)間):
(12)
根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求,預(yù)制混凝土管片在模具中澆筑振搗完成后,需要在蒸養(yǎng)區(qū)蒸養(yǎng)6~7 h,待管片強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后,才可脫模吊運(yùn)至場(chǎng)內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)靜養(yǎng)。在本文分析中,管片在蒸養(yǎng)區(qū)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間取6.5 h,根據(jù)式(12)中管片出模速度T出模,可得到蒸養(yǎng)區(qū)管片模位個(gè)位為:
(13)
根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求,在管片蒸養(yǎng)流水作業(yè)線上,為了模具行進(jìn)安全以及模具檢修需求,在模具長(zhǎng)度方向應(yīng)至少留有0.5~1.0 m的安全間距,在模具的寬度方向應(yīng)至少留有1.0~1.5 m的安全間距。本文主要針對(duì)高山峽谷地區(qū)的管片預(yù)制廠占地規(guī)模分析,因此模具在長(zhǎng)寬方向間隔距離滿足規(guī)范要求的最低安全和檢修間距即可。本文模具長(zhǎng)度方向的間距取0.5 m,寬度方向的間距取1.0 m,管片蒸養(yǎng)區(qū)平面布置如圖6所示。管片模具采用鋼模具,模具長(zhǎng)寬輪廓尺寸分別比管片大30 cm,因此單個(gè)模位需要的占地面積S模位可以表示為:
S模位=(L模具+0.5)×(B模具+1)=(L管片+0.3×2+0.5)×(B管片+0.3×2+1)=1.626 9d+3.74 (m2)
(14)
根據(jù)式(13)和式(14)分別推導(dǎo)的滿足管片6.5 h蒸養(yǎng)時(shí)間的管片模位個(gè)數(shù)N模位和滿足管片蒸養(yǎng)流水線正常運(yùn)行的單個(gè)模位占地面積S模位,可以得到管片蒸養(yǎng)區(qū)的占地規(guī)模S蒸養(yǎng)為:
S蒸養(yǎng)=N模位×S模位=0.046 8x×(1.626 9d+3.74)=0.076 1dx+0.175 0x(m2)
(15)
3.4 管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)
管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)的主要功能是使管片從蒸養(yǎng)區(qū)拆模吊運(yùn)出來(lái)之后在室內(nèi)靜養(yǎng)。管片靜養(yǎng)1 d之后,第2 d再將靜養(yǎng)完成的管片運(yùn)往管片廠外堆存區(qū)養(yǎng)護(hù)28 d,因此該區(qū)域面積至少應(yīng)滿足管片預(yù)制廠1 d正常生產(chǎn)量的堆存需求。
圖6 管片蒸養(yǎng)區(qū)平面布置示意(單位:m)
管片廠外堆存區(qū)占地規(guī)模較大,為了節(jié)約堆放面積以及便于管片洞內(nèi)、洞外運(yùn)輸,同時(shí)還要兼顧管片堆存安全,因此將每環(huán)7塊管片按照(4+3)的疊放方式堆成2垛,如圖7所示。此外,為了避免管片在堆存過(guò)程中發(fā)生擦掛破損事件,在每疊管片之間應(yīng)預(yù)留不少于50 cm的安全間距,因此每環(huán)管片的堆存占地面積S每環(huán)堆存可以表示為:
S每環(huán)堆存=2×L堆存×B堆存=2×(L管片+0.5)×(B管片+0.5)=2.201 1d+2.3 (m2)
(16)
每環(huán)管片由7塊管片組成,根據(jù)本文第一部分確定的管片日均生產(chǎn)規(guī)模,可以得到管片日均生產(chǎn)環(huán)數(shù)N日均環(huán)為:
(17)
根據(jù)式(16)、(17)管片每環(huán)堆存占地面積S每環(huán)堆存和管片預(yù)制廠每天正常生產(chǎn)管片環(huán)數(shù)N日均環(huán),管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)的面積S管片堆存可以表示為:
S管片堆存=N日均環(huán)×S每環(huán)堆存=0.018 5x×(2.201 1d+2.3)=0.040 7dx+0.042 6x(m2)
(18)
從圖2混凝土管片預(yù)制廠平面布置可以看出,管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)緊接管片生產(chǎn)區(qū),因此管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)除了滿足管片靜養(yǎng)1 d所需要的堆存面積外,還需要留有與管片生產(chǎn)區(qū)寬度相同的廠內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)通道。一般將廠內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)通道布置在管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)中間,管片堆存在轉(zhuǎn)運(yùn)通道兩側(cè),如圖8所示。管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)通道面積S轉(zhuǎn)運(yùn)通道可以表示為:
S轉(zhuǎn)運(yùn)通道=L通道×B通道=(N日均環(huán)×B一環(huán)管片)×B通道=[N日均環(huán)×(1.8+0.5)]×4.5=0.191 5x(m2)
(19)
因此,管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)的面積S廠內(nèi)靜養(yǎng)為:
S廠內(nèi)靜養(yǎng)=S管片堆存+S轉(zhuǎn)運(yùn)通道=0.040 7dx+0.234 1x(m2)
(20)
3.5 管片廠外堆存區(qū)
管片廠外堆存區(qū)的主要功能是使管片混凝土達(dá)到28 d養(yǎng)護(hù)齡期,以及預(yù)防管片預(yù)制廠出現(xiàn)較大生產(chǎn)故障,備用堆存1個(gè)月管片需求量所需要的占地需求。
為了滿足管片混凝土28 d養(yǎng)護(hù)齡期以及管片1個(gè)月的備用數(shù)量,管片廠外堆存區(qū)占地面積至少應(yīng)滿足管片兩個(gè)月生產(chǎn)量的堆存需求。根據(jù)文中第一部分確定的管片月均生產(chǎn)規(guī)模Q月,可以得到管片廠外堆存區(qū)堆存2個(gè)月的管片環(huán)數(shù)N廠外環(huán)為:
(21)
圖7 管片堆存示意(單位:m)
根據(jù)文中3.4小節(jié)提出的管片堆存方式,管片在廠外堆存區(qū)也按照每環(huán)7塊管片(4+3)的疊放方式疊成2垛來(lái)堆存。同時(shí),考慮到廠外堆存區(qū)占地面積較大,因此每堆存10排管片就需要設(shè)置一條運(yùn)輸?shù)缆?,以滿足內(nèi)燃叉車和載重汽車共同裝運(yùn)管片作業(yè)(見(jiàn)圖9)。根據(jù)本文作者在某隧道工程混凝土管片預(yù)制廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地記錄情況,滿足內(nèi)燃叉車和載重汽車兩種機(jī)械共同作業(yè)的道路寬度至少應(yīng)達(dá)到8.0 m以上,則分?jǐn)偟矫凯h(huán)管片上的道路分?jǐn)偯娣eS每環(huán)分?jǐn)偪梢员硎緸椋?/p>
(22)
圖8 管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)平面布置示意 圖9 管片廠外堆存區(qū)平面布置示意
根據(jù)式(21)堆存2個(gè)月的管片環(huán)數(shù)N廠外環(huán)、式(16)每環(huán)管片的堆存占地面積S每環(huán)堆存、式(22)每環(huán)管片的道路分?jǐn)偯娣eS每環(huán)分?jǐn)偅梢缘玫焦芷瑥S外堆存面積S廠外堆存為:
S廠外堆存=N廠外環(huán)×(S每環(huán)堆存+S每環(huán)分?jǐn)?=2.871 0dx+2.999 9x(m2)
(23)
3.6 管片生產(chǎn)附屬設(shè)施區(qū)
管片生產(chǎn)附屬設(shè)施區(qū)主要是為了保證管片生產(chǎn)能順利進(jìn)行的區(qū)域。該區(qū)域主要包括:空壓機(jī)房、鍋爐房、配電室及雜物儲(chǔ)放間、現(xiàn)場(chǎng)辦公室等。生產(chǎn)附屬設(shè)施區(qū)一般布置在管片預(yù)制廠內(nèi),并要求與預(yù)制廠主要功能模塊能方便地銜接在一起。
管片生產(chǎn)附屬設(shè)施區(qū)占地面積大小主要根據(jù)各工程現(xiàn)場(chǎng)條件而定,作為附屬生產(chǎn)設(shè)施區(qū),該區(qū)域占地面積應(yīng)在滿足主要功能需求的基礎(chǔ)上盡可能地小。某隧道工程管片預(yù)制廠生產(chǎn)附屬設(shè)施區(qū)占地面積約為管片預(yù)制廠鋼筋籠制作、管片生產(chǎn)、管片蒸養(yǎng)、管片廠內(nèi)靜養(yǎng)4個(gè)區(qū)域占地面積的25%,根據(jù)運(yùn)行情況來(lái)看,其占地規(guī)?;灸軡M足管片預(yù)制廠正常生產(chǎn)的需求。本文管片生產(chǎn)附屬設(shè)施區(qū)S附屬設(shè)施同樣用管片預(yù)制廠內(nèi)4大主要功能區(qū)占地面積的25%來(lái)表示:
S附屬設(shè)施區(qū)=(S制作區(qū)+S生產(chǎn)區(qū)+S蒸養(yǎng)區(qū)+S廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū))×25%=0.066 9dx+0.333 2x+11.388 3d+62.68 (m2)
(24)
某隧道工程總長(zhǎng)4.8 km,除進(jìn)口段采用常規(guī)鉆爆法施工外,其余洞段均采用雙護(hù)盾TBM掘進(jìn)施工。隧道開(kāi)挖斷面直徑d=8.8 m,工程計(jì)劃于近期實(shí)施,施工工期10個(gè)月,根據(jù)工期要求,TBM月平均進(jìn)尺長(zhǎng)度為480 m/月。
該工程混凝土管片預(yù)制廠地處高海拔地區(qū),廠區(qū)地勢(shì)狹窄,呈條形狀布置于一個(gè)山谷之中,管片預(yù)制廠各功能區(qū)實(shí)際占地面積見(jiàn)表1。根據(jù)本文推導(dǎo)的基于隧洞開(kāi)挖斷面直徑d和TBM月平均進(jìn)尺x兩個(gè)參數(shù)的管片預(yù)制廠各功能區(qū)占地規(guī)模計(jì)算公式,得到管片預(yù)制廠各功能區(qū)計(jì)算占地面積,見(jiàn)表2。根據(jù)表1和表2的對(duì)比分析可以得出,管片預(yù)制廠的鋼筋籠制作區(qū)、管片生產(chǎn)區(qū)、管片蒸養(yǎng)區(qū)、管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)以及管片生產(chǎn)附屬設(shè)施區(qū)等5大主要功能區(qū)實(shí)際面積均略大于計(jì)算面積,可以判斷這5個(gè)區(qū)域功能設(shè)計(jì)和廠區(qū)布置基本能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。而管片廠外堆存區(qū)實(shí)際占地面積比計(jì)算面積少2 500余平方米,可以初步判斷該區(qū)域?qū)?huì)受到場(chǎng)地規(guī)模的限制而影響其功能設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本文作者在該工程混凝土管片預(yù)制廠為期2個(gè)多月的實(shí)地測(cè)定分析情況,由于堆存場(chǎng)地規(guī)模的限制,在管片堆存量較大時(shí),廠外堆存區(qū)內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)通道就會(huì)被管片堆存所擠壓,從而導(dǎo)致內(nèi)燃叉車和載重汽車的共同轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)工效受到較大影響。究其原因,是由于該工程混凝土管片預(yù)制廠在規(guī)劃設(shè)計(jì)和廠區(qū)布置時(shí),沒(méi)有對(duì)堆存場(chǎng)地建設(shè)進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)選擇最合理可行的建設(shè)方案,從而導(dǎo)致管片廠外堆存困難和轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)工效降低的情況。
表1 某隧道工程混凝土管片預(yù)制廠各功能區(qū)實(shí)際占地面積
表2 某隧道工程混凝土管片預(yù)制廠各功能區(qū)計(jì)算占地面積
(1)本文根據(jù)某隧道工程TBM混凝土管片預(yù)制廠生產(chǎn)工效測(cè)定分析成果以及預(yù)制混凝土管片生產(chǎn)國(guó)家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),推導(dǎo)了基于TBM月平均進(jìn)尺x和隧洞開(kāi)挖斷面直徑d兩個(gè)參數(shù)的混凝土管片預(yù)制廠各大功能區(qū),以及廠區(qū)總體占地規(guī)模計(jì)算公式;
(2)根據(jù)本文推導(dǎo)的計(jì)算公式,對(duì)某隧道工程管片預(yù)制廠選址條件和各功能區(qū)布置做了簡(jiǎn)要的計(jì)算和評(píng)價(jià),計(jì)算結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)論與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況基本一致,說(shuō)明了本文推導(dǎo)的TBM混凝土管片預(yù)制廠占地規(guī)模計(jì)算公式具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性;
(3)在TBM混凝土管片預(yù)制廠實(shí)際選址和廠區(qū)布置過(guò)程中,應(yīng)充分考慮廠址地形條件,對(duì)廠區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì),特別是管片場(chǎng)外堆存區(qū)的場(chǎng)地建設(shè)進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和方案對(duì)比,根據(jù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果選擇最合理可行的堆存方案和場(chǎng)地占地規(guī)模;
(4)本文研究成果可為T(mén)BM混凝土管片預(yù)制廠的規(guī)劃設(shè)計(jì)和廠區(qū)布置提供參考,同時(shí)為項(xiàng)目在前期規(guī)劃階段,提出隧洞開(kāi)挖斷面直徑和施工工期等基本資料,快速地計(jì)算混凝土管片預(yù)制廠占地規(guī)模,為工程造價(jià)提供參考依據(jù)。
[1] GB/T 22082-2008預(yù)制混凝土襯砌管片標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),2008.
[2] 預(yù)制混凝土襯砌管片質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(征求意見(jiàn)稿)[S].北京:住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,2016.
[3] 中國(guó)水利水電第十工程局有限公司.某公路一期工程I標(biāo)混凝土管片預(yù)制廠施工組織設(shè)計(jì)[R],2015.
[4] 王小通,楊帆.厄瓜多爾CCS水電站TBM管片廠生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化[J].云南水力發(fā)電,2014,30(5):70-73.
2017-01-12
鄧子謙(1988-),男,四川達(dá)州人,碩士,工程師,從事工程造價(jià)、造價(jià)咨詢工作。
U455.3
:B
:1003-9805(2017)03-0058-07