一种混凝土衬砌管片智能化预制设备及方法与流程

1.本发明公开了一种混凝土衬砌管片智能化预制设备及方法，涉及建筑工程施工技术领域。


背景技术：

2.目前，国内外地铁建设绝大多数采用盾构法施工，管片是盾构法施工的隧道结构衬砌主体，对于整个隧道的质量和使用寿命起着关键作用。国内外管片预制技术主要有固定模具法和流水生产线法。虽然预制工艺已经相对成熟，但需要大量的劳动力且劳动强度大，管片生产过程中智能化和信息化水平不高，对管片预制安全、质量、工期、成本有较大影响。
3.固定模具法生产：模具位置相对固定；混凝土浇筑采用起重设备配以混凝土料斗进行；混凝土采用震动棒振捣密实；成型后，加养护罩或养护盖进行蒸汽养护；管片出模后直接入池养护或喷淋养护；日生产循环1-2次。
4.流水生产线法生产：按照工艺流程，各作业工序位置固定；模具在生产线上有规律地按节拍流动，形成流水生产线；混凝土浇筑采用浇筑系统进行；混凝土采用震动台或震动棒振捣密实；成型后，加养护罩或养护盖或养护窑进行蒸汽养护；管片出模后直接入池养护或喷淋养护；日生产循环2-3次。
5.国内建设地铁的城市都建有相配套的管片厂，管片厂有着占地面积广、数量多等特点。又因为盾构线形、地质状况以及工艺技术等影响，管片在设计时就较为繁杂，其品种、数量、规格极其繁多，并且管片厂大部分采用的是人工管理，管理效率较低，人员投入较大。
6.很多管片厂已经意识到管片生产人工管理的局限性，主要问题为原材料消耗、库存不明，过程纸质资料种类繁多极容出错，质量问题无法真实追溯，生产计划无法有效控制现场生产，产品库存、发运型号、数量不准确等。
7.申请号为cn201110394498.0的发明专利申请公开了一种混凝土衬砌管片节能环保生产方法,在混凝土浇筑后进行干湿热养护，所述干湿热养护在封闭养护窑内完成，其养护过程包括：静养、升温、恒温、降温四个阶段，本发明各工序之间衔接紧密、顺畅，其中干湿热养护，由于工艺方法的创新，直接造成了养护时间的大大缩短，较传统蒸汽养护恒温4 小时、总养护时间8-10小时大大加快了速度，而静置降温，则让管片混凝土进行二次养护，充分降温，避免内应力引起质量缺陷，提高了产品质量，对保证混凝土管片长期安全使用提供有力支持。该申请公开了管片在养护窑内的干湿热养护方法，但该方法实施中，由于养护温度由通入养护窑管道的蒸气量决定，且常规控制蒸气量的阀门由人工操作控制，存在养护温度控制不精确、温度波动范围大等问题，造成该过程的智能化管控程度偏低。


技术实现要素：

8.为了解决上述问题，本发明公开了一种混凝土衬砌管片智能化预制设备及方法，结合管片生产线各种设备的使用功能，对管片智能化预制设备进行自动化、智能化功能设
计，通过设备之间的合理布置及配套作业，形成地铁管片自动化、智能化流水生产线，并实现地铁管片的流水生产作业，提高生产效率，保证产品质量；研发了地铁管片生产信息化系统，实现多种产品型号、多条流水线、多个堆场以及终端设备之间数据同步，实现管片预制生产信息数据的可追溯性，提高管理质量。
9.本发明采用的技术方案如下：
10.本发明公开了一种混凝土衬砌管片智能化预制设备，包括管片模具，所述混凝土衬砌管片智能化预制设备包括plc自动控制系统、干湿热养护控制系统、混凝土立体交叉运输系统、变频气动震动台和空中翻转真空吸盘；所述plc自动控制系统集生产线模型传动自动控制、横移小车自动控制、生产线运行监控以及干湿热养护自动控制于一体，plc自动控制系统集中生产线模型传动自动控制、横移小车自动控制、生产线运行监控以及干湿热养护自动控制参数，实现自动运行和自动故障诊断；plc自动控制系统包括上层服务器和底层 plc，完成管片模具生产温度条件和现场录像监控记录，实现生产的可追溯性；所述干湿热养护控制系统和混凝土立体交叉运输系统集成于plc自动控制系统内。
11.进一步地，干湿热养护控制系统包括程序软件、电磁阀、传感器和翅片管散热器，干湿热养护系统管片养护包括静养、升温、恒温和降温四个阶段，管片养护在养护窑内完成，养护窑在不同阶段划分并分隔为不同的区域，每一个养护区域内设置至少一套独立的养护系统。
12.进一步地，所述变频气动震动台包括气压式震动器，气动顶升装置和夹紧装置，所述气动顶升装置将模具与生产线上的轨道脱离，降低震动时模具与顶升架之间的撞击，所述夹紧装置传递震动力，使模具在震动时产生位移。
13.进一步地，混凝土立体交叉运输系统包括混凝土运输料斗、支架、轨道和控制系统，混凝土立体交叉运输系统与模具输送、流水线的流水作业相互独立设置，且对位浇筑工位准确。
14.本发明公开了一种混凝土衬砌管片智能化预制设备的使用方法，包括以下步骤：
15.plc集中控制步骤：模具在生产线上按设定的节拍沿轨道自动运行，按次序进入生产线和养护线的各工位；实行定人定岗的工序细分，操作工人在规定时间内独立完成工作；使用plc自动温度控制实施蒸汽养护窑的升温、恒温、降温分段控制，并实时对各养护阶段进行温度控制；在上层服务器和底层plc的协调下，完成管片生产温度条件和现场录像监控记录任务；
16.管片养护步骤：通过程序软件、电磁阀、传感器形成的自动温度控制系统实现管片养护的静养、升温、恒温和降温四个阶段；(1)加热电磁阀的启动：由温度传感器将检测的环境温度自动输入plc自动控制系统，plc自动分析、对比，然后关闭制冷电磁阀，排空翅片管散热器内的冷水，开启加热电磁阀，注入热水加热升温；(2)制冷电磁阀的启动：由温度传感器将检测的环境温度自动输入plc自动控制系统，plc自动分析、对比，然后关闭加热电磁阀，排空翅片管散热器内的热水，开启制冷电磁阀，注入冷水制冷降温；(3)补湿电磁阀的启动：由湿度传感器将检测的环境湿度自动输入plc自动控制系统，plc自动分析、对比，然后开启补湿电磁阀，加湿器补湿；
17.震动台震动步骤：每座震动台配置若干台气压式震动器，气压式震动器变频功率为 60-75hz，震动时根据下料的多少，通过变频调整激震力完成震动工序，震动时间为
5min；
18.混凝土立体交叉运输步骤：混凝土立体交叉运输系统集成于plc自动控制系统内，实现视频监控和自动运行，混凝土立体交叉运输系统与模具输送、流水线的流水作业之间相互独立，且对位浇筑工位准确；
19.空中翻转真空吸盘出模步骤：管片在真空吸盘真空吸附后，状态指示灯为绿灯时出模、起升、空中自动翻转90度，然后由起重设备直接入水养池立放养护；真空度的识别通过真空泵对吸盘位置抽取真空，真空度满足要求后，指示灯为绿灯，反之则为红灯，同时运行过程中采用警报声提醒。
20.进一步地，所述管片养护步骤中，干湿热养护过程参数设置为：静养(环境温度30℃
±
2℃)2h
‑‑
升温1h—恒温(环境温度45℃
±
2℃，芯部温度55℃
±
2℃)1.5h—降温1h；升温速度不超过15℃/h，降温速度不超过20℃/h；湿度为80％
±
2％。
21.本发明的技术效果如下：
22.本发明公开了一种混凝土衬砌管片智能化预制设备及方法，通过对管片厂模块化功能区域布置、智能化及自动化控制技术以及信息化智能管理系统的组合，信息化智能管理系统采用分布式服务技术架构，实现了多条生产线、多个堆场和多个终端设备数据实时同步，保障分布式环境中的数据一致性和实时性，
23.具体如下：
24.1、规划管片建厂各功能区如何合理布置，满足工艺流程和生产建造的要求，实现生产纲领,力求工艺先进科学，流程设计合理、流畅、达到布局合理节约用地减少投入的目的。
25.2、设计并研制出了一条智能化、自动化地铁管片流水生产线，并将管片生产节拍从5min 减低至3min，大幅提高了管片生产效率，并通过智能化控制系统研究，保证了管片生产质量，降低了工人劳动强度，降低设备故障率，降低能耗。
26.3、通过对信息化智能管理系统研究大大节约了人力物力，许多以前需要人工核对的生产信息现在基本被信息化所取代，通过加强过程控制大大降低了产品不合格品的数量，信息化计划控制生产的功能，避免了生产管理失控的状态。
附图说明
27.图1是地铁管片信息化流水生产工艺流程图。
具体实施方式
28.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
30.本实施例中，所采用的数据为优选方案，但并不用于限制本发明；
31.实施例1
32.本实施例提供了一种混凝土衬砌管片智能化预制设备，所述混凝土衬砌管片智能化预制设备应用于节能环保生产线，所述生产线采用地面、地下两层结构布局，根据功能不同，生产线划分为：钢筋存放、加工、骨架焊接、流水生产线、水养护池、混凝土搅拌站和管片
存放发运区等8个功能区。其中流水生产线设置在地下室内，优选地，包括：2条生产线和4条干湿热养护线；即钢筋定长下料、骨架入模、混凝土浇筑、养护成型、脱模养护、堆码发运。
33.本实施例中，负一层结构为地下室，优选地，设计为长76m、宽22m、深3m。负一层布置包含模具运输线、震动台、干湿热养护窑、静养房以及平移坑道共5个功能区；含两条生产运输线、4条干湿热养护运输线和2个平移输送通道。每个功能区之间衔接紧密，行程短，工序操作和模板行走的时间与流水节拍一致。
34.本实施例中，生产厂房墙体和屋顶均采用夹心保温棉，透光的窗户采用中空环保玻璃，整个厂房保温、隔音。在没有材料进出的情况下，整个厂房为封闭性的结构体。
35.本实施例中，所述地下室修建为钢筋混凝土结构，具有良好的隔热减噪作用；实现1 天4循环生产，相对传统机组流水，可节约燃煤能耗30％。
36.本实施例中，混凝土震动台设置在负一层，对应的墙体位置采用吸音材料，震动噪音扩散小，减少对外界的干扰。
37.本实施例中，养护窑设置在负一层，全封闭。墙体采用隔热材料，封闭隔热保温，减少热量散失，节约能源；其内设置由翅片管散热器、加湿器和温湿度传感器等构成的干湿热养护系统，且为满足混凝土养护4个阶段要求，隔断分区为4个腔体，每个腔体内养护系统独立。
38.本实施例中，水养池设置在封闭保温厂房内，保证管片与水温温差小。厂房内设置8 个水养池，每个水养池存放1天的管片生产产量，满足7天水养要求的同时再预留1个为周转池。管片出模后可在周转池进行12小时的降温，确保管片与养护水温差小于15℃后再放水养护。养护池用水为循环用水，即池与池之间通过通联的水管和水泵实现水的循环使用。
39.本实施例中，优选地，生产线配置12环管片模型，2条生产线和4条干湿热养护线交叉作业。工序流水节拍为3分钟，一个生产循环为216分钟，每日完成4个循环作业。根据生产任务量，可实现节约化生产，即2 3或1 2或1 1模式。
40.实施例2
41.本实施例提供了一种混凝土衬砌管片智能化预制设备，包括管片模具，所述混凝土衬砌管片智能化预制设备包括plc自动控制系统、干湿热养护控制系统、混凝土立体交叉运输系统、变频气动震动台和空中翻转真空吸盘；所述plc自动控制系统输入参数后自动运行、自动故障诊断，plc自动控制系统集生产线模型传动自动控制、横移小车自动控制、生产线运行监控以及干湿热养护自动控制于一体；所述干湿热养护控制系统和混凝土立体交叉运输系统集成于plc自动控制系统内。所述plc自动控制系统集生产线模型传动自动控制、横移小车自动控制、生产线运行监控、干湿热养护自动控制于一体，功效高、人为影响因素少。
42.本实施例中，干湿热养护控制系统包括程序软件、电磁阀、传感器和翅片管散热器，干湿热养护系统管片养护包括静养、升温、恒温和降温四个阶段，管片养护在养护窑内完成，养护窑在不同阶段划分并分隔为不同的区域，每一个养护区域内设置至少一套独立的养护系统。
43.本实施例中，所述变频气动震动台包括气压式震动器，气动顶升装置和夹紧装置，所述气动顶升装置将模具与生产线上的轨道脱离，避免由于干扰而降低激振力，同时也降低了震动时模具与顶升架之间的撞击噪音，降低震动时模具与顶升架之间的撞击，所述夹
紧装置传递震动力，使模具在震动时产生位移；震动力更好传递，震动效果更好。该变频震动台的特点在于稳定性高、噪声小、效率高、低耗能。
44.本实施例中，混凝土立体交叉运输系统包括混凝土运输料斗、支架、轨道和控制系统，混凝土立体交叉运输系统与模具输送、流水线的流水作业相互独立设置，且对位浇筑工位准确；混凝土浇筑速度可控，工效高，满足流水节拍，节约环保。
45.实施例3
46.本实施例中，提供了一种混凝土衬砌管片智能化预制方法，包括如下步骤：
47.plc集中控制步骤：模具在生产线上按设定的节拍沿轨道自动运行，按次序进入生产线和养护线的各工位；实行定人定岗的工序细分，操作工人在规定时间内独立完成工作；使用plc自动温度控制实施蒸汽养护窑的升温、恒温、降温分段控制，并实时对各养护阶段进行温度控制；在上层服务器和底层plc的协调下，完成管片生产温度条件和现场录像监控记录任务；
48.管片养护步骤：通过程序软件、电磁阀、传感器形成的自动温度控制系统实现管片养护的静养、升温、恒温和降温四个阶段；(1)加热电磁阀的启动：由温度传感器将检测的环境温度自动输入plc自动控制系统，plc自动分析、对比，然后关闭制冷电磁阀，排空翅片管散热器内的冷水，开启加热电磁阀，注入热水加热升温；(2)制冷电磁阀的启动：由温度传感器将检测的环境温度自动输入plc自动控制系统，plc自动分析、对比，然后关闭加热电磁阀，排空翅片管散热器内的热水，开启制冷电磁阀，注入冷水制冷降温；(3)补湿电磁阀的启动：由湿度传感器将检测的环境湿度自动输入plc自动控制系统，plc自动分析、对比，然后开启补湿电磁阀，加湿器补湿；
49.震动台震动步骤：每座震动台配置若干台气压式震动器，气压式震动器变频功率为 60-75hz，震动时根据下料的多少，通过变频调整激震力完成震动工序，震动时间为5min；
50.混凝土立体交叉运输步骤：混凝土立体交叉运输系统集成于plc自动控制系统内，实现视频监控和自动运行，混凝土立体交叉运输系统与模具输送、流水线的流水作业之间相互独立，且对位浇筑工位准确；
51.空中翻转真空吸盘出模步骤：管片在真空吸盘真空吸附后，状态指示灯为绿灯时出模、起升、空中自动翻转90度，然后由起重设备直接入水养池立放养护；真空度的识别通过真空泵对吸盘位置抽取真空，真空度满足要求后，指示灯为绿灯，反之则为红灯，同时运行过程中采用警报声提醒。
52.本实施例所述管片养护步骤中，干湿热养护过程参数设置为：静养(环境温度30℃
±ꢀ
2℃)2h
‑‑
升温1h—恒温(环境温度45℃
±
2℃，芯部温度55℃
±
2℃)1.5h—降温1h；升温速度不超过15℃/h，降温速度不超过20℃/h；湿度为80％
±
2％。
53.进一步地，养护窑根据管片养护的4个阶段(静养、升温、恒温和降温)划分并分隔为不同的区域。静养区域位于生产线与养护线之间，升温、恒温和降温区域位于密闭的养护窑内。养护窑内每个养护区域内均有一套独立运行的温湿度控制系统,保持每个区域的温湿度恒定，并根据季节变化适当调整：升温区一般控制在25℃—35℃，恒温区一般控制在 40℃—45℃，降温区一般控制在25℃—35℃。四条养护线各自独立控制，通过模具在养护线上循环移动实现管片静养、升温、恒温和降温4个阶段的养护要求。可以根据当日生产计划
确定需开启的养护线数量。改变了传统养护将生产完成的预制混凝土管片放满养护窑后通过调节养护窑内的环境温度来实现升温、降温、恒温养护条件，蒸汽弥散整个养护窑或养护坑，蒸汽直接对混凝土管片加热的方式。
54.通过干湿热养护工艺，在满足生产质量要求的条件下，将养护时间从8-10小时缩短到 5-6小时。
55.实施例4
56.本实施例提供了一种混凝土衬砌管片智能化预制设备及方法，如图1所示，在实施例 1-3的应用基础上，本实施例公开了大直径地铁管片信息化流水生产工艺流程。在该工艺流程中，混凝土搅拌、混凝土灌注及振动以及干湿热养护工序为关键工序和特殊工序。
57.本实施例中，在钢筋加工及骨架焊接工序中，钢筋采用自动钢筋加工设备加工成型，挂牌标识、分类存放；钢筋骨架焊接在高精度靠模上，采用co2气体保护焊，对称跳点法焊接工艺焊接成型。骨架存放不超过6层；在模板安装完毕后，对应模板型号安装相应钢筋骨架并校正。
58.本实施例中，在模板安装的工序过程中，安装前清理干净，按先端头模板、后侧模板的顺序组合模板；模板组合完毕后，采用专用工具检查合格后方可进行下道工序；在钢筋骨架入模后安装配件，配件必须安装紧密、牢固。经检查合格后，盖上模型上盖并拧紧螺栓，自动流水进入混凝土浇筑工位。
59.本实施例中，对于关键和特殊工序的混凝土搅拌、混凝土灌注及振动工序，优选地，混凝土采用hzs120型搅拌站拌合，各种材料混合均匀，石子表面包满砂浆，颜色一致，性能良好；进一步地，混凝土浇筑采用混凝土立体交叉运输系统对位浇筑，边下料边震动。震动方式采用变频气动式震动台，混凝土浇筑、震动时间控制5分钟。混凝土浇筑完成后，打开模型顶盖，混凝土表面经过由粗到精的三次抹面，确保管片外弧面光洁圆滑。
60.本实施例中，混凝土养护方式采用干湿热养护法养护工艺。整个养护过程在四个养护窑内完成。养护过程按照：静停(30℃)2h
‑‑
升温1h—恒温(55℃)1.5h—降温1h；干湿热养护完成后，混凝土出模强度不低于20mpa；出模后的管片需7天的水养。厂房内8个通联深水养护池，两层立放水养，实现了管片池内加水前表面温度与水温的温差小于15℃，且满足周转需要。水养池用水采用循环系统循环使用。进一步地，出模后管片存放采用立放，存放场地实行分区域、划片区、单元格管理。
61.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。