CN106845038B - 一种快速确定tbm预制混凝土管片厂占地规模的方法 - Google Patents

一种快速确定tbm预制混凝土管片厂占地规模的方法 Download PDF

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CN106845038B CN201710170802.0A CN201710170802A CN106845038B CN 106845038 B CN106845038 B CN 106845038B CN 201710170802 A CN201710170802 A CN 201710170802A CN 106845038 B CN106845038 B CN 106845038B
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Abstract

本发明公开的是土建工程技术领域的一种快速确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法，首先根据已有预制混凝土管片厂各工序实际工作完成量和工作完成时间等生产数据综合分析各工序生产工效，然后结合管片预制厂各区域安全生产的要求及相关生产经验，推导用于计算预制混凝土管片厂各工序占地面积的计算公式，最后根据隧洞TBM掘进施工工期和开挖断面直径等基本参数，即可快速确定预制混凝土管片厂各工序占地面积。本方法为工程在规划设计阶段，快速确定TBM预制混凝土管片厂占地规模需求提供了参考依据，为后续施工提供了有效保障，能避免管片预制厂占地规模选择过小影响管片生产效率，以及避免管片预制厂占地规模选择过大造成建厂工程投资浪费。

Description

一种快速确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法
技术领域
本发明涉及土建工程技术领域，尤其涉及一种快速确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法。
背景技术
隧洞掘进机TBM(Tunnel Boring Machine)以其掘进速度快(通常为常规钻爆法施工的5～10倍)、一次成洞、能提供安全的作业环境并能使隧洞开挖、出渣、支护等工序同步完成等优点，正被越来越多的隧洞工程采用。其中，预制混凝土衬砌管片的生产在TBM掘进施工中是非常重要的一个环节，其厂址选择和占地规模大小是否合理直接影响到管片的生产速度，进而影响到TBM的掘进施工进度，特别是隧洞工程一般处于高山峡谷地区，开阔平坦的场地极为有限，就更需要准确计算TBM预制混凝土管片厂的占地规模。
目前管片预制厂的占地规模大小都是通过参考类似工程来确定，容易存在较大偏差。若设计的管片预制厂占地规模过小，就会影响管片厂各工序的生产效率，降低管片的生产速度。同时，管片预制厂占地规模设计过大，又会造成建厂投资浪费。因此有必要研究另外一种简便可靠的计算方法，在只根据隧洞开挖断面直径和TBM掘进施工工期等基本资料的情况下，就能快速准确确定TBM预制混凝土管片厂占地规模大小。
发明内容
为克服现有技术中无明确定量方法来预测TBM预制混凝土管片厂规模，导致影响生产效率或资源浪费等不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够快速准确确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种快速确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法，包括以下步骤：
a、根据开挖隧洞总长度和TBM掘进施工工期，计算出TBM月平均掘进进尺x(m/月)；
b、将隧洞每一环衬砌管片分成7块宽1.8m的管片来生产，按隧洞掘进速度管片月均生产量为：
Figure BDA0001251091220000011
c、根据隧洞开挖断面周长和其内接七边形的周长关系得出C七边形＝0.9601C圆，将管片在地面上的投影长度L管片用隧洞开挖断面直径d表示为：
Figure BDA0001251091220000012
d、根据管片生产的工序和要求绘制管片预制厂总平面布置图，将总平面布置图按功能分区，分别为：钢筋笼制作区、管片生产区、管片蒸养区、管片厂内静养区和管片厂外堆存区；
e、根据管片预制厂各工序生产工效，结合管片月均生产量和管片预制厂各功能区平面布置要求，推导出管片预制厂各功能区占地面积计算公式，从而确定TBM预制混凝土管片厂占地规模。
进一步的是，所述钢筋笼制作区主要进行钢筋加工、钢筋笼绑扎和焊接等工作，钢筋加工区面积与钢筋笼绑扎区面积相当，根据工效测定，以两名钢筋笼绑扎工共同绑扎完成一个钢筋笼约需要2.1小时计算，每天按两班有效生产时间16小时计算，则每个钢筋笼绑扎台上每天可以完成16/2.1＝7.6个钢筋笼，则满足管片月均生产量的钢筋笼绑扎台个数Q绑扎台用TBM月平均掘进进尺x表示为：
Figure BDA0001251091220000021
根据钢筋笼制作区平面布置要求，得到钢筋笼绑扎区的长度和宽度分别为：
L绑扎区＝1.8Q绑扎台+(Q绑扎台+1)×2.0＝0.0650x+2
B绑扎区＝2L绑扎台+3×2.0＝2L管片+3×2.0＝2×0.4785d+6＝0.957d+6
则钢筋笼制作区的面积为：
S制作区＝S加工区+S绑扎区＝2×S绑扎区＝2×(L绑扎区×B绑扎区)＝0.1244dx+0.78x+3.828d+24。
进一步的是，所述管片生产区主要进行管片砼在模具中的浇筑成型以及钢筋笼存放等工作，根据管片生产区平面布置要求，可得到管片生产区的长度和宽度分别为：
L生产＝8×(L模具+2)＝8×(L管片+0.3×2+2)＝3.8280d+20.8
B生产＝2.0+B模具+2.0+4.5+(1.8+0.3)×N存储＝0.0069x+10.9
则管片生产区的面积为：
S生产＝L生产×B生产＝0.0264dx+0.1435x+41.7252d+226.72。
进一步的是，所述管片蒸养区用于管片砼蒸汽养护，根据生产工效测定分析成果，管片蒸养区平均每天正常生产的时间约为18h，则管片的出模速度为：
Figure BDA0001251091220000022
蒸养时间取为6.5h，则管片蒸养区模位个数为：
Figure BDA0001251091220000023
根据管片蒸养区平面布置要求，可得单个模位占地面积为：
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)＝1.6269d+3.74
则管片蒸养区的面积为：
S蒸养＝N模位×S模位＝0.0468x×(1.6269d+3.74)＝0.0761dx+0.1750x。
进一步的是，所述管片厂内静养区至少要满足管片预制厂1天正常生产量的堆存需求，以一环衬砌管片分为3片和4片重叠堆放，可得每环7块管片的堆存占地面积为：
S每环堆存＝2×L堆存×B堆存＝2×(L管片+0.5)×(B管片+0.5)＝2.2011d+2.3
根据管片月均生产量Q月可以得到管片日均生产环数N日均环为：
Figure BDA0001251091220000031
根据管片厂内静养区平面布置要求，管片堆存区和转运通道的面积可以分别表示为：
S管片堆存＝N日均环×S每环堆存＝0.0185x×(2.2011d+2.3)＝0.0407dx+0.0426x
S转运通道＝L通道×B通道＝(N日均环×B一环管片)×B通道＝[N日均环×(1.8+0.5)]×4.5＝0.1915x
则管片厂内静养区的面积为：
S厂内静养＝S管片堆存+S转运通道＝0.0407dx+0.2341x。
进一步的是，管片厂外堆存区以满足2个月产量堆放要求进行设计，2个月的管片堆存环数为：
Figure BDA0001251091220000032
以每堆存10排管片设置一条宽8m的运输道路，分摊到每环管片上的道路面积S每环分摊可以表示为：
Figure BDA0001251091220000033
根据管片厂外堆存区布置要求，管片厂外堆存区的占地面积根据管片堆存环数N厂外环、每环管片堆存面积S每环管片、以及管片厂外堆存区道路分摊面积S每环分摊，得到管片厂外堆存区的占地面积为：
S厂外堆存＝N厂外环×(S每环堆存+S每环分摊)＝2.8710dx+2.9999x。
进一步的是，管片预制厂总平面布置图上还包括辅助设施区域，附属设施区占地面积以钢筋笼制作区、管片生产区、管片蒸养区和管片厂内静养区四个厂内区域占地面积的25％规划。
本发明的有益效果是：利用本方法来计算确定TBM预制混凝土管片厂占地规模，不仅能为其厂址选取和厂区规划设计提供参考依据，同时又能避免管片预制厂占地规模选择过小影响管片生产效率，以及避免管片预制厂占地规模选择过大造成建厂工程投资浪费，本方法特别适用于工程在规划设计阶段，只能提出隧洞TBM掘进施工工期和开挖断面直径等基本工程资料时，快速确定TBM预制混凝土管片厂占地规模需求，为后续施工提供了有效保障。
附图说明
图1是隧洞开挖结构示意图。
图2是管片衬砌分割示意图。
图3是管片预制厂总平面布置图。
图4是钢筋笼制作区平面布置图。
图5是管片生产区平面布置图。
图6是管片蒸养区平面布置图。
图7是管片厂内静养区平面布置图。
图8是管片厂外堆存区平面布置图。
图9是管片堆存示意图。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
一种快速确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法，包括以下步骤：
a、根据开挖隧洞总长度和TBM掘进施工工期，计算出TBM月平均掘进进尺x(m/月)；
b、将隧洞每一环衬砌管片分成7块宽1.8m的管片来生产，如图1所示，按隧洞掘进速度管片月均生产量为：
Figure BDA0001251091220000041
c、根据隧洞开挖断面周长和其内接七边形的周长关系，得出C七边形＝0.9601C圆，如图2所示，7块管片包括6块标准管片和一块闭环嵌入块，闭环嵌入块为标准管片的0.3倍，将管片在地面上的投影长度L管片用隧洞开挖断面直径d表示为：
Figure BDA0001251091220000042
d、根据管片生产的工序和要求绘制管片预制厂总平面布置图，如图3所示，将总平面布置图按功能分区，分别为：钢筋笼制作区、管片生产区、管片蒸养区、管片厂内静养区和管片厂外堆存区，如图3所示；
e、根据管片预制厂各工序生产工效，结合管片月均生产量和管片预制厂各功能区平面布置要求，推导出管片预制厂各功能区占地面积计算公式，从而确定TBM预制混凝土管片厂占地规模。
所述钢筋笼制作区主要进行钢筋加工、钢筋笼绑扎和焊接等工作，钢筋加工区面积与钢筋笼绑扎区面积相当，根据多个管片预制厂生产工效测定分析成果，以两名钢筋笼绑扎工共同绑扎完成一个钢筋笼约需要2.1小时计算，每天按两班有效生产时间16小时计算，则每个钢筋笼绑扎台上每天可以完成16/2.1＝7.6个钢筋笼，则满足管片月均生产量的钢筋笼绑扎台个数Q绑扎台用TBM月平均掘进进尺x表示为：
Figure BDA0001251091220000051
根据钢筋笼制作区平面布置要求，如图4所示，得到钢筋笼绑扎区的长度和宽度分别为：
L绑扎区＝1.8Q绑扎台+(Q绑扎台+1)×2.0＝0.0650x+2
B绑扎区＝2L绑扎台+3×2.0＝2L管片+3×2.0＝2×0.4785d+6＝0.957d+6
则钢筋笼制作区的面积为：
S制作区＝S加工区+S绑扎区＝2×S绑扎区＝2×(L绑扎区×B绑扎区)＝0.1244dx+0.78x+3.828d+24。
所述管片生产区主要进行管片砼在模具中的浇筑成型以及钢筋笼存放等工作，在管片生产流水线上主要包括以下八道工序：管片模具开模、管片脱模吊运、模具清理、钢筋笼吊装、管片砼浇筑、料口平整清理、管片预养、管片蒸养准备，根据管片生产区平面布置要求，如图5所示，可得到管片生产区的长度和宽度分别为：
L生产＝8×(L模具+2)＝8×(L管片+0.3×2+2)＝3.8280d+20.8
B生产＝2.0+B模具+2.0+4.5+(1.8+0.3)×N存储＝0.0069x+10.9
则管片生产区的面积为：
S生产＝L生产×B生产＝0.0264dx+0.1435x+41.7252d+226.72。
所述管片蒸养区主要是对新浇筑的管片砼进行蒸汽养护，加快管片砼硬化达到拆模吊运的设计强度值。根据多个管片预制厂生产工效测定分析成果，管片蒸养区每天按24h工作时间循环作业，除去模具生产线上的机械常规故障，锅炉、混凝土浇筑振捣器等设备故障外，管片蒸养区平均每天正常生产的时间约为18h，则管片的出模速度为：
Figure BDA0001251091220000052
根据(GB/T 22082-2008《预制混凝土衬砌管片标准》)，预制混凝土管片在模具中浇筑振捣完成后，需要在蒸养区蒸养6～7h，待管片强度达到设计值后，才可脱模吊运至厂内静养区静养，蒸养时间取为6.5h，则管片蒸养区模位个数为：
Figure BDA0001251091220000061
根据管片蒸养区平面布置要求，如图6所示，可得单个模位占地面积为：
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)＝1.6269d+3.74
则管片蒸养区的面积为：
S蒸养＝N模位×S模位＝0.0468x×(1.6269d+3.74)＝0.0761dx+0.1750x。
所述管片厂内静养区主要是满足管片从蒸养区拆模吊运出来之后在室内静养，管片静养1天之后，第2天再将静养完成的管片运往管片厂外堆存区养护28天，因此管片厂内静养区至少要满足管片预制厂1天正常生产量的堆存需求，以一环衬砌分为3片和4片重叠堆放，如图9所示，可得每环7块管片的堆存占地面积为：
S每环堆存＝2×L堆存×B堆存＝2×(L管片+0.5)×(B管片+0.5)＝2.2011d+2.3
根据管片月均生产量Q月可以得到管片日均生产环数N日均环为：
Figure BDA0001251091220000062
根据管片厂内静养区平面布置要求，如图7所示，管片堆存区和转运通道的面积可以分别表示为：
S管片堆存＝N日均环×S每环堆存＝0.0185x×(2.2011d+2.3)＝0.0407dx+0.0426x
S转运通道＝L通道×B通道＝(N日均环×B一环管片)×B通道＝[N日均环×(1.8+0.5)]×4.5＝0.1915x
则管片厂内静养区的面积为：
S厂内静养＝S管片堆存+S转运通道＝0.0407dx+0.2341x。
管片厂外堆存区主要是满足管片混凝土达到28天养护龄期，以及预防管片预制厂出现较大生产故障或TBM掘进过程中出现较为严重的卡机等状况，额外备用堆存1个月管片所需要的占地需求，以满足2个月产量堆放要求进行设计，2个月的管片堆存环数为：
Figure BDA0001251091220000063
以每堆存10排管片设置一条宽8m的运输道路，分摊到每环管片上的道路面积S每环分摊可以表示为：
Figure BDA0001251091220000064
根据管片厂外堆存区平面布置要求，如图8所示，管片厂外堆存区的占地面积根据管片堆存环数N厂外环、每环管片堆存面积S每环管片、以及管片厂外堆存区道路分摊面积S每环分摊，得到管片厂外堆存区的占地面积为：
S厂外堆存＝N厂外环×(S每环堆存+S每环分摊)＝2.8710dx+2.9999x。
进一步的，为了保证管片能够顺利生产，需要设置辅助设施区域，主要包括空压机房、锅炉房、配电室、杂物储放间及现场办公室等，管片生产附属设施区占地面积大小主要根据各工程现场条件而定。作为附属生产设施区，该区域占地面积应在满足主要功能需求的基础上尽可能地小。根据多个TBM预制混凝土管片厂生产运行情况来看，当生产附属设施区占地面积为钢筋笼制作区、管片生产区、管片蒸养区、管片厂内静养区四个厂内区域占地面积的25％时，是能够经济合理地满足管片预制厂的正常生产需求的，因此管片生产附属设施区占地面积可表示为：
S附属设施区＝(S制作区+S生产区+S蒸养区+S厂内静养区)×25％＝0.0669dx+0.3332x+11.3883d+62.68。
将上述推导公式进行总结归纳，可得出下表：
表1 TBM预制混凝土管片厂各功能区及总占地规模计算公式
Figure BDA0001251091220000071
式中：d—隧洞开挖断面直径；x—TBM月平均掘进进尺。
实施例一：
西藏林芝地区某隧洞工程总长4.8km，除进口段采用常规钻爆法施工外，其余洞段均采用双护盾TBM掘进施工，隧洞开挖断面直径d＝8.8m，工程计划于近期实施，计划施工工期10个月。
采用本方法来计算本工程TBM预制混凝土管片厂的占地规模主要包括以下步骤：
1、根据隧洞总长度4.8km和TBM掘进施工工期10个月，得到本发明中涉及到的第一个未知量TBM月平均掘进进尺x＝480m/月；
2、根据工程基本概况，得到本发明中涉及到的第二个未知量隧洞开挖断面直径d＝8.8m；
3、将TBM月平均掘进进尺x和隧洞开挖断面直径d两个参数代入到本发明提出的TBM预制混凝土管片厂占地规模计算公式中，得到管片预制厂各大功能区和总占地规模见下表。
表2某隧洞工程TBM预制混凝土管片厂各功能区及总占地规模
Figure BDA0001251091220000081
该隧洞工程实施前，其TBM预制混凝土管片厂占地规模采用的是传统方法，即参考其他类似TBM掘进施工的隧洞工程来确定，管片预制厂各生产区域实际占地规模见下表：
表3某隧洞工程TBM预制混凝土管片厂各功能区实际占地规模
Figure BDA0001251091220000082
将管片预制厂各大功能区实际占地规模与利用本发明方法提出的计算占地规模对比可以得知，钢筋笼制作区(A区)和管片厂外堆存区(F区)两大生产区域实际占地规模要小于计算占地规模，可以初步判断这两大生产区域将会受到场地规模的限制而影响其功能设计的实现，这与该工程TBM预制混凝土管片厂生产现场的实际情况基本一致。说明了本发明提出的计算公式在实现快速确定TBM混凝土预制管片厂占地规模的同时，具备足够的可靠性和实用性，具有很好的应用前景。

Claims (7)

1.一种确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法，其特征是，包括以下步骤：
a、根据开挖隧洞总长度和TBM掘进施工工期，计算出TBM月平均掘进进尺xm/月；
b、将隧洞每一环衬砌管片分成7块宽1.8m的管片来生产，按隧洞掘进速度管片月均生产量为：
Figure FDA0002469201150000011
c、根据隧洞开挖断面周长和其内接七边形的周长关系得出C七边形＝0.9601C圆，将管片在地面上的投影长度L管片用隧洞开挖断面直径d表示为：
Figure FDA0002469201150000012
d、根据管片生产的工序和要求绘制管片预制厂总平面布置图，将总平面布置图按功能分区，分别为：钢筋笼制作区、管片生产区、管片蒸养区、管片厂内静养区、管片生产附属设施区和管片厂外堆存区；
e、根据管片预制厂各工序生产工效，结合管片月均生产量和管片预制厂各功能区平面布置要求，推导出管片预制厂各功能区占地面积计算公式如下：
钢筋笼制作区面积：0.1244dx+0.78x+3.828d+24；
管片生产区面积：0.0264dx+0.1435x+41.7252d+226.72；
管片蒸养区面积：0.0761dx+0.1750x；
管片厂内静养区面积：0.0407dx+0.2341x；
管片生产附属设施区面积：0.0669dx+0.3332x+11.3883d+62.68；
管片厂外堆存区面积：2.8710dx+2.9999x；
从而确定TBM预制混凝土管片厂占地总面积为：3.2055dx+4.6657x+56.9415d+313.40。
2.如权利要求1所述的一种确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法，其特征是：所述钢筋笼制作区进行钢筋加工、钢筋笼绑扎和焊接工作，钢筋加工区面积与钢筋笼绑扎区面积相当，根据工效测定，以两名钢筋笼绑扎工共同绑扎完成一个钢筋笼需要2.1小时计算，每天按两班有效生产时间16小时计算，则每个钢筋笼绑扎台上每天可以完成16/2.1＝7.6个钢筋笼，则满足管片月均生产量的钢筋笼绑扎台个数Q绑扎台用TBM月平均掘进进尺x表示为：
Figure FDA0002469201150000013
根据钢筋笼制作区平面布置要求，得到钢筋笼绑扎区的长度和宽度分别为：
L绑扎区＝1.8Q绑扎台+(Q绑扎台+1)×2.0＝0.0650x+2
B绑扎区＝2L管片+3×2.0＝2L管片+3×2.0＝2×0.4785d+6＝0.957d+6
则钢筋笼制作区的面积为：
S制作区＝S加工区+S绑扎区＝2×S绑扎区＝2×(L绑扎区×B绑扎区)＝0.1244dx+0.78x+3.828d+24。
3.如权利要求1所述的一种确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法，其特征是：所述管片生产区进行管片砼在模具中的浇筑成型以及钢筋笼存放工作，根据管片生产区平面布置要求，可得到管片生产区的长度和宽度分别为：
L生产＝8×(L模具+2)＝8×(L管片+0.3×2+2)＝3.8280d+20.8
B生产＝2.0+B模具+2.0+4.5+2.1×0.0033x＝0.0069x+10.9
则管片生产区的面积为：
S生产＝L生产×B生产＝0.0264dx+0.1435x+41.7252d+226.72。
4.如权利要求1所述的一种确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法，其特征是：所述管片蒸养区用于管片砼蒸汽养护，根据生产工效测定分析成果，管片蒸养区平均每天正常生产的时间为18h，则管片的出模速度为：
Figure FDA0002469201150000021
蒸养时间取为6.5h，则管片蒸养区模位个数为：
Figure FDA0002469201150000022
根据管片蒸养区平面布置要求，可得单个模位占地面积为：
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)＝1.6269d+3.74
则管片蒸养区的面积为：
S蒸养＝N模位×S模位＝0.0468x×(1.6269d+3.74)＝0.0761dx+0.1750x。
5.如权利要求1所述的一种确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法，其特征是：所述管片厂内静养区至少要满足管片预制厂1天正常生产量的堆存需求，以一环衬砌分为3片和4片重叠堆放，可得每环7块管片的堆存占地面积为：
S每环堆存＝2×L堆存×B堆存＝2×(L管片+0.5)×(B管片+0.5)＝2.2011d+2.3
根据管片月均生产量Q月可以得到管片日均生产环数N日均环为：
Figure FDA0002469201150000023
根据管片厂内静养区平面布置要求，管片堆存区和转运通道的面积可以分别表示为：
S管片堆存＝N日均环×S每环堆存＝0.0185x×(2.2011d+2.3)＝0.0407dx+0.0426x
S转运通道＝L通道×B通道＝(N日均环×B一环管片)×B通道＝[N日均环×(1.8+0.5)]×4.5＝0.1915x
则管片厂内静养区的面积为：
S厂内静养＝S管片堆存+S转运通道＝0.0407dx+0.2341x。
6.如权利要求1所述的一种确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法，其特征是：管片厂外堆存区以满足2个月产量堆放要求进行设计，2个月的管片堆存环数为：
Figure FDA0002469201150000031
以每堆存10排管片设置一条宽8m的运输道路，分摊到每环管片上的道路面积S每环分摊可以表示为：
Figure FDA0002469201150000032
根据管片厂外堆存区布置要求，管片厂外堆存区的占地面积根据管片堆存环数N厂外环、每环管片堆存面积S每环管片、以及管片厂外堆存区道路分摊面积S每环分摊，得到管片厂外堆存区的占地面积为：
S厂外堆存＝N厂外环×(S每环堆存+S每环分摊)＝2.8710dx+2.9999x。
7.如权利要求1所述的一种确定TBM预制混凝土管片厂占地规模的方法，其特征是：管片预制厂总平面布置图上还包括管片生产附属设施区，管片生产附属设施区占地面积以钢筋笼制作区、管片生产区、管片蒸养区和管片厂内静养区四个厂内区域占地面积的25％规划。
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