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摘要：北京东六环改造工程隧道施工采用盾构施工，是典型的大直径隧道。本文以该工程为引，对大直径隧道盾构管片的管片生产线工艺设计进行探讨分析。
关键词：盾构管片；生产线；工艺设计
北京东六环（京哈高速—潞苑北大街）改造工程南起京哈高速北至潞苑北大街，工程全长16公里，其中路基加宽段长约6.8公里，隧道段长约9.2公里（其中明挖段长约1.8公里，盾构段长约7.4公里）。盾构段隧道为外径15.4米、内径14.1米的圆形断面，衬砌环厚度为0.65米。根据盾构施工的掘进进度，要求管片厂每日生产5~6环大直径管片。现自有厂房跨度22米，长200米。
一、管片生产线工艺设计
根据管片产能要求以及常规管片生产经验，管片厂须至少配3套大直径管片模具。综合考虑生产线故障率以及确保管片产能，建议配置4套模具。生产线拟规划两种线型：
方案一：1+2线型（4套模具）。
方案二：1+3线型（一期1+2线生产，配4套模具；二期扩容1套模具，线上容纳5套模具）。
方案一：1+2线
线型设计：1+2线型，即1条浇筑线+2条养护线，见图1。生产线全长113米，宽14米。浇筑线11个工位，养护线13个工位，摆渡车1个工位，共计38个工位。一个模具底盘上设两封顶块模具。
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图1 1+2线工艺图
静养和蒸养：浇筑线5个静停工位，养护线6个静停工位，总计11个静停养护工位。静养时间=11个静停工位*18分钟（节拍）=198分钟=3.3小时＞3小时，满足静养要求。养护窑蒸养分为升温、恒温和降温三个分区，且各个分区间采用窑门隔开，保持彼此独立，蒸汽互不流窜，以确保各个温度分区的温度稳定和蒸养一致性，降低或避免蒸汽流窜造成的蒸养环境失调。蒸养升温区6个工位，恒温区10个工位，降温区4个工位，共计20个工位。蒸养时间=20个工位*18（节拍）=360分钟=6小时。鉴于大直径管片生产，为确保能蒸熟，蒸养时间须保持在6小时左右。生产线1个循环耗时为38个工位*18分钟=684分钟=11.4小时，按日产21个小时计算，日产量为21/11.4*4=1.84循环*4=7.4环＞6环，满足产能要求。方案一为一次性投入4套模具和生产线。车间安全通道宽6米，车间整体布局大气宽敞，但不具备产能扩容能力。
方案二、1+3线
图2为1+3线工艺图。在方案一1+2线的基础上，增加1条养护线，即1条浇筑线+3条养护线；增加1套模具，生产线可容纳5套大直径管片模具。生产线全长113米，宽17.5米。方案二分两期投入，一期投入4套模具和生产线（包括第三条养护线的养护窑建设、轨道安装）。使用1+2线生产，新增加的第三条养护线作为扩容线。车间安全通道宽2.6米，通道略窄。二期仅需增购第5套模具即可。方案二具备扩容能力。
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图2 1+3线工艺图
二、管片生产线技术设计
1、蒸养分区采用窑门隔开，分段独立蒸养。
养护窑三个温度分区采用养护窑门隔开，蒸养升温区、恒温区和降温区完全独立，独立蒸汽养护，相比窑内采用隔温帘隔开的方式，大大降低蒸汽流窜，很好的实现了升温、恒温和降温三段蒸养。
2、生产线动力方案
电机传动方案：生产线采用减速电机+长线步进式挂钩牵引系统的输送方式，一次将模具拉送到位，动力源少，故障率低。模具下摆渡车上线、线上模具向下一工位移模，线末端模具上摆渡车等工序动作一次完成，输送效率高，减少了动力源的布置，故障点少，降低故障率。
液压传动方案：短行程油缸+长线步进式挂钩牵引系统两次动作输送。表1对生产线采用液压传动和电机传动两种动力方式进行了对比分析。
表1 生产线液压传动和电机传动对比分析一览表
本工程方案中，油缸行程超过9米（9.3米），油缸造价严重偏高，且油缸维护保养成本增加。生产线油缸行程一般不建议超过8米。油缸行程过长，活塞杆伸出后下垂严重，加快了密封圈磨损，甚至造成活塞杆磨损，油缸的故障率提升，降低了油缸使用寿命，同时影响了移模稳定性。对于大直径生产线，综合考虑油缸使用寿命和造价，以及大直径生产线生产效率较低，为降低造价，采用短行程油缸，分两次移模，将模具输送到指定工位。同时生产线节拍时间较长（18分钟）对电机频繁启动的要求较低，也可以选择电机动力的传动方式。对于小直径管片生产线，油缸行程较小（不超过7.5米），且油缸高频率频繁启动具有较好的稳定性，一般优选油缸的动力方案。
3、技术先进的主从集中控制电控系统
采用中控系统PLC主站、进模车和出模车PLC子站，采用主站与子站通信的主从集中控制模式，大量减少了信号线，解决了信号线断线查找困难、维修困难的问题。生产线具有故障诊断报警功能。采用可视化人机界面，操作直观，简洁、清晰，避免误操作。养护窑蒸养温度显示系统，在现场可直观显示养护窑各个温度分区的温度、养护时间等生产数据，实现可追溯管理。
三、生产节拍及产能工艺计算
表2 大直径管片生产线生产节拍及产能工艺计算表
四、总结
本文对大直径管片生产线的工艺设计探讨分析，规划生产线线型、采用分段独立蒸养、对比液压传动和电机传动两种动力方式，以及采用技术先进的主从集中控制电控系统，并对生产线的生产节拍和产能进行工艺计算。随着生产线技术的逐步成熟和管片生产工艺的不断提升，大直径隧道管片的生产将会广泛采用生产线生产，大幅提升生产效率，增加经济效益。