TBM混凝土管片預制廠占地規(guī)?？焖儆嬎惴椒ㄑ芯?/h1>
2017-09-14 08:52:14鄧子謙
水電站設計 2017年3期
鄧 子 謙
(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)
TBM混凝土管片預制廠占地規(guī)?？焖儆嬎惴椒ㄑ芯?/p>
鄧 子 謙
(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)
預制混凝土管片的生產(chǎn)是TBM掘進施工的重要環(huán)節(jié)，管片的生產(chǎn)速度跟不上TBM的掘進速度，就會影響整個工程的施工進度。本文根據(jù)某隧道工程混凝土管片預制廠生產(chǎn)工效的測定分析成果，同時參考預制混凝土管片生產(chǎn)相關國家規(guī)范和標準，推導了基于TBM月平均進尺x和隧洞開挖斷面直徑d兩個參數(shù)的混凝土管片預制廠各大功能區(qū)，以及廠區(qū)總體占地規(guī)模計算公式。將整套公式用于某隧道工程TBM混凝土管片預制廠的選址分析，計算結果和評價結論與現(xiàn)場實際情況基本一致，說明本文推導的計算公式具有較高的準確性和可靠性。本文研究成果可為TBM混凝土管片預制廠的規(guī)劃設計和廠區(qū)布置提供參考，同時為項目在前期規(guī)劃階段，只能提出隧洞開挖斷面直徑和施工工期等基本資料的基礎上，快速地計算混凝土管片預制廠占地規(guī)模，為工程造價提供參考依據(jù)。
TBM； 混凝土管片預制廠； 占地規(guī)模； 計算方法； 廠區(qū)布置
0 前 言
隨著隧道掘進技術的發(fā)展，隧道掘進機TBM(Tunnel Boring Machine)以其掘進速度快(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)境并能使隧道開挖、出渣、支護等工序同步完成等優(yōu)點，逐步被許多隧道工程采用。目前TBM掘進施工中多采用雙護盾TBM，如山西省萬家寨引黃入晉、陜西省引漢濟渭、青海省引大濟湟等引水工程，遼寧大伙房水庫、蘭州新水源地等水利工程。雙護盾TBM的尾盾與預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才能最大限度發(fā)揮雙護盾TBM在不穩(wěn)定圍巖條件下的優(yōu)勢，因此，預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環(huán)節(jié)。由于預制混凝土管片體型較大、形式多樣、使用時需求量較大等特點，一般的預制混凝土生產(chǎn)廠很難滿足生產(chǎn)要求，必須在工地現(xiàn)場附近選擇合適的場地修建混凝土管片預制廠。管片預制廠占地規(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)，開闊平坦的場地非常有限，因此,就更加需要注重混凝土管片預制廠的占地規(guī)模計算分析和建廠位置選取。
1 管片預制廠生產(chǎn)規(guī)模確定
作為TBM隧洞掘進施工的配套生產(chǎn)環(huán)節(jié)，混凝土管片預制廠的生產(chǎn)規(guī)模主要根據(jù)TBM的掘進強度確定，TBM掘進的速度越快，對預制混凝土管片的需求量就越大。為了便于分析，文中除了TBM月平均進尺和隧洞開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混凝土管片預制廠生產(chǎn)工效的測定分析成果，以及預制混凝土管片生產(chǎn)相關國家規(guī)范和標準進行分析。
根據(jù)某隧道工程以及國內外相關TBM掘進施工經(jīng)驗，為了加快預制混凝土襯砌管片的安裝，同時便于管片的生產(chǎn)和運輸，在管片生產(chǎn)時，一般將管片寬度設計成1.8 m左右。本文在分析計算中，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片標準塊和1片閉環(huán)嵌入塊)，則滿足TBM掘進強度的管片月生產(chǎn)規(guī)模Q月可以用TBM月平均進尺x表示為：
(1)
每月工作天數(shù)按30 d算，則混凝土管片預制廠的日均生產(chǎn)規(guī)模為：
(2)
式中x——為TBM月平均進尺，m/月，下同。
2 管片預制廠生產(chǎn)工藝流程
在TBM掘進施工的隧洞工程中，通常采用預制混凝土管片襯砌一次成型的方法進行隧洞襯砌施工，因此對預制混凝土管片的生產(chǎn)精度要求比較高，一般尺寸偏差應小于1～2 mm。管片預制廠普遍采用自動化生產(chǎn)線進行管片生產(chǎn)，通過模具在流水線上的循環(huán)行進，以自動化流水線的主控室為中心，通過控制行走電機來推進和平移使模具在軌道上循環(huán)經(jīng)過各個模位，完成管片生產(chǎn)的全過程。此方法采用高精度的定型模具進行流水線生產(chǎn)，不僅能使管片生產(chǎn)實現(xiàn)自動化控制，提高管片的生產(chǎn)效率，管片的成型質量和成型外觀也容易得到保證。同時,采用了自動化的機械作業(yè)，不僅節(jié)約了人力，還在很大程度上改善了生產(chǎn)人員的勞動條件。本文在管片預制廠各道生產(chǎn)工序需要的場地規(guī)模分析計算中，同樣選擇管片流水線自動化生產(chǎn)的方法，管片預制廠各工序生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。
圖1 混凝土管片預制廠生產(chǎn)工藝流程
3 管片預制廠各功能區(qū)具體要求
根據(jù)圖1所示的管片生產(chǎn)工藝流程，混凝土管片預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)、管片廠內靜養(yǎng)區(qū)、管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)等五個區(qū)域必須布置在一起，在管片場地大小受限的情況下，可以將管片廠外堆存區(qū)單獨布置，混凝土管片預制廠總平面布置如圖2所示。對于選取流水化生產(chǎn)作業(yè)的管片預制廠，各功能區(qū)尺寸大小的確定是非常關鍵的，尺寸設計是否合理直接影響到管片預制廠的生產(chǎn)效率，從而影響到管片的生產(chǎn)速度和TBM掘進施工進度。
圖2 混凝土管片預制廠總平面布置
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)域在功能上應滿足鋼筋卸車、原材料堆放、鋼筋放樣、鋼筋調直切斷、鋼筋調弧彎曲、半成品鋼筋分類堆存、鋼筋籠綁扎、焊接及吊運等工序需求，鋼筋籠制作區(qū)平面布置如圖3所示。
根據(jù)某隧道工程管片預制廠生產(chǎn)運行情況，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)需要同時進行多個鋼筋籠綁扎時，對半成品鋼筋的需求就很大，相應地對鋼筋加工區(qū)面積的需求也就很大。從某隧道工程管片預制廠鋼筋籠制作區(qū)生產(chǎn)運行情況來看，鋼筋加工區(qū)和鋼筋籠綁扎區(qū)兩者面積基本相當時，才能避免由于場地原因對半成品鋼筋加工生產(chǎn)帶來影響。因此,只需要確定鋼筋籠綁扎區(qū)的面積，整個鋼筋籠制作區(qū)的面積也就確定了。
鋼筋籠綁扎是在一個提前按照管片形狀制作的鋼筋籠綁扎臺上完成的，通常由2名鋼筋籠綁扎工共同完成。根據(jù)某隧道工程管片預制廠鋼筋籠綁扎工效測定分析成果，2名綁扎工完成一個鋼筋籠約需要2.1 h，如果每天2班按正常生產(chǎn)16 h計算，兩個鋼筋籠綁扎工在一個鋼筋籠綁扎臺上每天可以完成16/2.1=7.6個鋼筋籠。因此，滿足管片生產(chǎn)強度的鋼筋籠綁扎臺個數(shù)Q綁扎臺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)
鋼筋籠綁扎臺長度和寬度尺寸與管片尺寸基本相當，即:L綁扎臺=L管片，B綁扎臺=B管片=1.8 m。其中管片在地面上的投影長度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塊標準塊管片的長度基本一致，為了管片閉環(huán)安裝方便，第7塊閉環(huán)嵌入塊管片長度一般比其他6塊標準塊管片長度更短(見圖4)。從某隧道工程預制混凝土襯砌管片安裝情況來看，閉環(huán)嵌入塊長度設計成標準塊長度的0.3倍是合理的，管片的安裝速度能夠跟上TBM的最快掘進速度。本文在推導管片長度計算公式時，也采用第7塊閉環(huán)嵌入塊長度為標準塊長度的0.3倍進行分析計算。
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)圓形與其內接七邊形的幾何規(guī)則，兩者的周長呈正相關關系。本文采用簡便計算方法，通過在CAD中畫圖分析，無論圓的直徑為多大，圓形與其內接七邊形的周長均存在如下近似關系：C七邊形=0.960 1C圓。在引用未知參數(shù)隧洞開挖斷面直徑d的情況下，每塊管片(鋼筋籠綁扎臺)在地面上的投影長度L管片可以用隧洞開挖斷面直徑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運，以及減少相鄰兩個鋼筋籠綁扎臺工作干擾，每個綁扎臺外側至少應留有2.0 m以上的操作間距(見圖3)，鋼筋籠綁扎臺寬度為1.8 m，則鋼筋籠綁扎區(qū)占地長度L綁扎區(qū)可以根據(jù)公式(3)中鋼筋籠綁扎臺個數(shù)Q綁扎臺的計算式表示為：
L綁扎區(qū)=1.8Q綁扎臺+(Q綁扎臺+1)×2.0=0.065 0x+2 (m)
(5)
鋼筋籠綁扎區(qū)除了進行鋼筋籠綁扎外，另一個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(見圖3)。半成品鋼筋按照鋼筋籠綁扎區(qū)長度方向依次分類堆放，同樣地，為了便于半成品鋼筋的吊運存放和綁扎取樣，堆存區(qū)兩側距離鋼筋籠綁扎臺和墻壁的寬度也應該達到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)的結束端，同時管片生產(chǎn)區(qū)的結束端也即為管片蒸養(yǎng)區(qū)的起始端，兩者首尾緊密相連(見圖2)。從上一塊管片拆模吊運，到新的管片混凝土入倉，再到管片蒸養(yǎng)工序前，共包含以下8道工序：管片開模→管片脫模吊運(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→管片預養(yǎng)→準備蒸養(yǎng)(進入6.5 h蒸養(yǎng)工序)。同時，管片生產(chǎn)區(qū)還要預留滿足當日管片生產(chǎn)規(guī)模的鋼筋籠存儲場地(見圖5)。
管片模具采用鋼模具，模具在長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2.0 m以上的間隔距離外，還需要滿足鋼筋籠吊裝轉運的交通需求。管片預制廠通常采用輕型內燃叉車轉運鋼筋籠，其運輸通道寬度應滿足B運輸=4.5 m以上。同時，為了預防鋼筋籠制作生產(chǎn)線出現(xiàn)故障，在管片生產(chǎn)線旁邊至少應存儲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)線長度方向放置，同時為了堆存安全考慮，每個鋼筋籠堆放位置重疊的鋼筋籠個數(shù)不應超過5個，因此在沿著管片生產(chǎn)線的8道工序可以布置8×5=40個鋼筋籠。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)的鋼筋籠存儲排數(shù)N存儲：
(9)
每排鋼筋籠儲存區(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=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)主要是對新澆筑的管片混凝土進行蒸汽養(yǎng)護，加快管片混凝土硬化達到拆模吊運的設計強度值，同時保證管片的硬化質量。這個區(qū)域主要通過管片模具在蒸養(yǎng)區(qū)軌道上的推進行走達到養(yǎng)護的目的。
從某隧道工程管片預制廠生產(chǎn)經(jīng)驗來看，每天按24 h工作時間循環(huán)作業(yè)，除去模具生產(chǎn)線上的機械常規(guī)故障，鍋爐、混凝土澆筑振搗器等設備故障外，管片廠平均每天正常生產(chǎn)的時間約為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)線上模具在每個模位上的停留時間)：
(12)
根據(jù)相關規(guī)范要求，預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，待管片強度達到設計值后，才可脫模吊運至場內靜養(yǎng)區(qū)靜養(yǎng)。在本文分析中，管片在蒸養(yǎng)區(qū)的養(yǎng)護時間取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)管片模位個位為：
(13)
根據(jù)相關規(guī)范要求，在管片蒸養(yǎng)流水作業(yè)線上，為了模具行進安全以及模具檢修需求，在模具長度方向應至少留有0.5～1.0 m的安全間距，在模具的寬度方向應至少留有1.0～1.5 m的安全間距。本文主要針對高山峽谷地區(qū)的管片預制廠占地規(guī)模分析，因此模具在長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，模具長寬輪廓尺寸分別比管片大30 cm，因此單個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)分別推導的滿足管片6.5 h蒸養(yǎng)時間的管片模位個數(shù)N模位和滿足管片蒸養(yǎng)流水線正常運行的單個模位占地面積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 管片廠內靜養(yǎng)區(qū)
管片廠內靜養(yǎng)區(qū)的主要功能是使管片從蒸養(yǎng)區(qū)拆模吊運出來之后在室內靜養(yǎng)。管片靜養(yǎng)1 d之后，第2 d再將靜養(yǎng)完成的管片運往管片廠外堆存區(qū)養(yǎng)護28 d，因此該區(qū)域面積至少應滿足管片預制廠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、洞外運輸，同時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程中發(fā)生擦掛破損事件，在每疊管片之間應預留不少于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)堆存和管片預制廠每天正常生產(chǎn)管片環(huán)數(shù)N日均環(huán)，管片廠內靜養(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混凝土管片預制廠平面布置可以看出，管片廠內靜養(yǎng)區(qū)緊接管片生產(chǎn)區(qū)，因此管片廠內靜養(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)寬度相同的廠內轉運通道。一般將廠內轉運通道布置在管片廠內靜養(yǎng)區(qū)中間，管片堆存在轉運通道兩側，如圖8所示。管片廠內靜養(yǎng)區(qū)轉運通道面積S轉運通道可以表示為：
S轉運通道=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，管片廠內靜養(yǎng)區(qū)的面積S廠內靜養(yǎng)為：
S廠內靜養(yǎng)=S管片堆存+S轉運通道=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到28 d養(yǎng)護齡期，以及預防管片預制廠出現(xiàn)較大生產(chǎn)故障，備用堆存1個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)護齡期以及管片1個月的備用數(shù)量，管片廠外堆存區(qū)占地面積至少應滿足管片兩個月生產(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垛來堆存。同時，考慮到廠外堆存區(qū)占地面積較大，因此每堆存10排管片就需要設置一條運輸?shù)缆?，以滿足內燃叉車和載重汽車共同裝運管片作業(yè)(見圖9)。根據(jù)本文作者在某隧道工程混凝土管片預制廠現(xiàn)場實地記錄情況，滿足內燃叉車和載重汽車兩種機械共同作業(yè)的道路寬度至少應達到8.0 m以上，則分攤到每環(huán)管片上的道路分攤面積S每環(huán)分攤可以表示為：
(22)
圖8 管片廠內靜養(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)管片的道路分攤面積S每環(huán)分攤，可以得到管片廠外堆存面積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)分攤)=2.871 0dx+2.999 9x(m2)
(23)
3.6 管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)
管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)主要是為了保證管片生產(chǎn)能順利進行的區(qū)域。該區(qū)域主要包括：空壓機房、鍋爐房、配電室及雜物儲放間、現(xiàn)場辦公室等。生產(chǎn)附屬設施區(qū)一般布置在管片預制廠內，并要求與預制廠主要功能模塊能方便地銜接在一起。
管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)占地面積大小主要根據(jù)各工程現(xiàn)場條件而定，作為附屬生產(chǎn)設施區(qū)，該區(qū)域占地面積應在滿足主要功能需求的基礎上盡可能地小。某隧道工程管片預制廠生產(chǎn)附屬設施區(qū)占地面積約為管片預制廠鋼筋籠制作、管片生產(chǎn)、管片蒸養(yǎng)、管片廠內靜養(yǎng)4個區(qū)域占地面積的25%，根據(jù)運行情況來看，其占地規(guī)?；灸軡M足管片預制廠正常生產(chǎn)的需求。本文管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)S附屬設施同樣用管片預制廠內4大主要功能區(qū)占地面積的25%來表示：
S附屬設施區(qū)=(S制作區(qū)+S生產(chǎn)區(qū)+S蒸養(yǎng)區(qū)+S廠內靜養(yǎng)區(qū))×25%=0.066 9dx+0.333 2x+11.388 3d+62.68 (m2)
(24)
4 某隧道工程混凝土管片預制廠選址分析
某隧道工程總長4.8 km，除進口段采用常規(guī)鉆爆法施工外，其余洞段均采用雙護盾TBM掘進施工。隧道開挖斷面直徑d=8.8 m，工程計劃于近期實施，施工工期10個月，根據(jù)工期要求，TBM月平均進尺長度為480 m/月。
該工程混凝土管片預制廠地處高海拔地區(qū)，廠區(qū)地勢狹窄，呈條形狀布置于一個山谷之中，管片預制廠各功能區(qū)實際占地面積見表1。根據(jù)本文推導的基于隧洞開挖斷面直徑d和TBM月平均進尺x兩個參數(shù)的管片預制廠各功能區(qū)占地規(guī)模計算公式，得到管片預制廠各功能區(qū)計算占地面積,見表2。根據(jù)表1和表2的對比分析可以得出，管片預制廠的鋼筋籠制作區(qū)、管片生產(chǎn)區(qū)、管片蒸養(yǎng)區(qū)、管片廠內靜養(yǎng)區(qū)以及管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)等5大主要功能區(qū)實際面積均略大于計算面積，可以判斷這5個區(qū)域功能設計和廠區(qū)布置基本能滿足實際生產(chǎn)需求。而管片廠外堆存區(qū)實際占地面積比計算面積少2 500余平方米，可以初步判斷該區(qū)域將會受到場地規(guī)模的限制而影響其功能設計的實現(xiàn)。根據(jù)本文作者在該工程混凝土管片預制廠為期2個多月的實地測定分析情況，由于堆存場地規(guī)模的限制，在管片堆存量較大時，廠外堆存區(qū)內的轉運通道就會被管片堆存所擠壓，從而導致內燃叉車和載重汽車的共同轉運作業(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制廠在規(guī)劃設計和廠區(qū)布置時，沒有對堆存場地建設進行詳細的經(jīng)濟評價選擇最合理可行的建設方案，從而導致管片廠外堆存困難和轉運作業(yè)工效降低的情況。
表1 某隧道工程混凝土管片預制廠各功能區(qū)實際占地面積
表2 某隧道工程混凝土管片預制廠各功能區(qū)計算占地面積
5 結 論
(1)本文根據(jù)某隧道工程TBM混凝土管片預制廠生產(chǎn)工效測定分析成果以及預制混凝土管片生產(chǎn)國家相關規(guī)范和標準，推導了基于TBM月平均進尺x和隧洞開挖斷面直徑d兩個參數(shù)的混凝土管片預制廠各大功能區(qū)，以及廠區(qū)總體占地規(guī)模計算公式;
(2)根據(jù)本文推導的計算公式，對某隧道工程管片預制廠選址條件和各功能區(qū)布置做了簡要的計算和評價，計算結果和評價結論與現(xiàn)場實際情況基本一致，說明了本文推導的TBM混凝土管片預制廠占地規(guī)模計算公式具有較高的準確性和可靠性；
(3)在TBM混凝土管片預制廠實際選址和廠區(qū)布置過程中，應充分考慮廠址地形條件，對廠區(qū)規(guī)劃設計，特別是管片場外堆存區(qū)的場地建設進行詳細的經(jīng)濟評價和方案對比，根據(jù)經(jīng)濟評價結果選擇最合理可行的堆存方案和場地占地規(guī)模;
(4)本文研究成果可為TBM混凝土管片預制廠的規(guī)劃設計和廠區(qū)布置提供參考，同時為項目在前期規(guī)劃階段，提出隧洞開挖斷面直徑和施工工期等基本資料，快速地計算混凝土管片預制廠占地規(guī)模，為工程造價提供參考依據(jù)。
[1] GB/T 22082-2008預制混凝土襯砌管片標準[S].北京：中國國家標準化管理委員會，2008.
[2] 預制混凝土襯砌管片質量驗收規(guī)范(征求意見稿)[S].北京：住房和城鄉(xiāng)建設部，2016.
[3] 中國水利水電第十工程局有限公司.某公路一期工程I標混凝土管片預制廠施工組織設計[R]，2015.
[4] 王小通，楊帆.厄瓜多爾CCS水電站TBM管片廠生產(chǎn)工藝設計及優(yōu)化[J].云南水力發(fā)電，2014，30(5):70-73.
2017-01-12
鄧子謙(1988-)，男，四川達州人，碩士，工程師,從事工程造價、造價咨詢工作。
U455.3
：B
：1003-9805(2017)03-0058-07
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鄧 子 謙
(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)
TBM混凝土管片預制廠占地規(guī)?？焖儆嬎惴椒ㄑ芯?/p>
鄧 子 謙
(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)
預制混凝土管片的生產(chǎn)是TBM掘進施工的重要環(huán)節(jié)，管片的生產(chǎn)速度跟不上TBM的掘進速度，就會影響整個工程的施工進度。本文根據(jù)某隧道工程混凝土管片預制廠生產(chǎn)工效的測定分析成果，同時參考預制混凝土管片生產(chǎn)相關國家規(guī)范和標準，推導了基于TBM月平均進尺x和隧洞開挖斷面直徑d兩個參數(shù)的混凝土管片預制廠各大功能區(qū)，以及廠區(qū)總體占地規(guī)模計算公式。將整套公式用于某隧道工程TBM混凝土管片預制廠的選址分析，計算結果和評價結論與現(xiàn)場實際情況基本一致，說明本文推導的計算公式具有較高的準確性和可靠性。本文研究成果可為TBM混凝土管片預制廠的規(guī)劃設計和廠區(qū)布置提供參考，同時為項目在前期規(guī)劃階段，只能提出隧洞開挖斷面直徑和施工工期等基本資料的基礎上，快速地計算混凝土管片預制廠占地規(guī)模，為工程造價提供參考依據(jù)。
TBM； 混凝土管片預制廠； 占地規(guī)模； 計算方法； 廠區(qū)布置
0 前 言
隨著隧道掘進技術的發(fā)展，隧道掘進機TBM(Tunnel Boring Machine)以其掘進速度快(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)境并能使隧道開挖、出渣、支護等工序同步完成等優(yōu)點，逐步被許多隧道工程采用。目前TBM掘進施工中多采用雙護盾TBM，如山西省萬家寨引黃入晉、陜西省引漢濟渭、青海省引大濟湟等引水工程，遼寧大伙房水庫、蘭州新水源地等水利工程。雙護盾TBM的尾盾與預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才能最大限度發(fā)揮雙護盾TBM在不穩(wěn)定圍巖條件下的優(yōu)勢，因此，預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環(huán)節(jié)。由于預制混凝土管片體型較大、形式多樣、使用時需求量較大等特點，一般的預制混凝土生產(chǎn)廠很難滿足生產(chǎn)要求，必須在工地現(xiàn)場附近選擇合適的場地修建混凝土管片預制廠。管片預制廠占地規(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)，開闊平坦的場地非常有限，因此,就更加需要注重混凝土管片預制廠的占地規(guī)模計算分析和建廠位置選取。
1 管片預制廠生產(chǎn)規(guī)模確定
作為TBM隧洞掘進施工的配套生產(chǎn)環(huán)節(jié)，混凝土管片預制廠的生產(chǎn)規(guī)模主要根據(jù)TBM的掘進強度確定，TBM掘進的速度越快，對預制混凝土管片的需求量就越大。為了便于分析，文中除了TBM月平均進尺和隧洞開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混凝土管片預制廠生產(chǎn)工效的測定分析成果，以及預制混凝土管片生產(chǎn)相關國家規(guī)范和標準進行分析。
根據(jù)某隧道工程以及國內外相關TBM掘進施工經(jīng)驗，為了加快預制混凝土襯砌管片的安裝，同時便于管片的生產(chǎn)和運輸，在管片生產(chǎn)時，一般將管片寬度設計成1.8 m左右。本文在分析計算中，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片標準塊和1片閉環(huán)嵌入塊)，則滿足TBM掘進強度的管片月生產(chǎn)規(guī)模Q月可以用TBM月平均進尺x表示為：
(1)
每月工作天數(shù)按30 d算，則混凝土管片預制廠的日均生產(chǎn)規(guī)模為：
(2)
式中x——為TBM月平均進尺，m/月，下同。
2 管片預制廠生產(chǎn)工藝流程
在TBM掘進施工的隧洞工程中，通常采用預制混凝土管片襯砌一次成型的方法進行隧洞襯砌施工，因此對預制混凝土管片的生產(chǎn)精度要求比較高，一般尺寸偏差應小于1～2 mm。管片預制廠普遍采用自動化生產(chǎn)線進行管片生產(chǎn)，通過模具在流水線上的循環(huán)行進，以自動化流水線的主控室為中心，通過控制行走電機來推進和平移使模具在軌道上循環(huán)經(jīng)過各個模位，完成管片生產(chǎn)的全過程。此方法采用高精度的定型模具進行流水線生產(chǎn)，不僅能使管片生產(chǎn)實現(xiàn)自動化控制，提高管片的生產(chǎn)效率，管片的成型質量和成型外觀也容易得到保證。同時,采用了自動化的機械作業(yè)，不僅節(jié)約了人力，還在很大程度上改善了生產(chǎn)人員的勞動條件。本文在管片預制廠各道生產(chǎn)工序需要的場地規(guī)模分析計算中，同樣選擇管片流水線自動化生產(chǎn)的方法，管片預制廠各工序生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。
圖1 混凝土管片預制廠生產(chǎn)工藝流程
3 管片預制廠各功能區(qū)具體要求
根據(jù)圖1所示的管片生產(chǎn)工藝流程，混凝土管片預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)、管片廠內靜養(yǎng)區(qū)、管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)等五個區(qū)域必須布置在一起，在管片場地大小受限的情況下，可以將管片廠外堆存區(qū)單獨布置，混凝土管片預制廠總平面布置如圖2所示。對于選取流水化生產(chǎn)作業(yè)的管片預制廠，各功能區(qū)尺寸大小的確定是非常關鍵的，尺寸設計是否合理直接影響到管片預制廠的生產(chǎn)效率，從而影響到管片的生產(chǎn)速度和TBM掘進施工進度。
圖2 混凝土管片預制廠總平面布置
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)域在功能上應滿足鋼筋卸車、原材料堆放、鋼筋放樣、鋼筋調直切斷、鋼筋調弧彎曲、半成品鋼筋分類堆存、鋼筋籠綁扎、焊接及吊運等工序需求，鋼筋籠制作區(qū)平面布置如圖3所示。
根據(jù)某隧道工程管片預制廠生產(chǎn)運行情況，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)需要同時進行多個鋼筋籠綁扎時，對半成品鋼筋的需求就很大，相應地對鋼筋加工區(qū)面積的需求也就很大。從某隧道工程管片預制廠鋼筋籠制作區(qū)生產(chǎn)運行情況來看，鋼筋加工區(qū)和鋼筋籠綁扎區(qū)兩者面積基本相當時，才能避免由于場地原因對半成品鋼筋加工生產(chǎn)帶來影響。因此,只需要確定鋼筋籠綁扎區(qū)的面積，整個鋼筋籠制作區(qū)的面積也就確定了。
鋼筋籠綁扎是在一個提前按照管片形狀制作的鋼筋籠綁扎臺上完成的，通常由2名鋼筋籠綁扎工共同完成。根據(jù)某隧道工程管片預制廠鋼筋籠綁扎工效測定分析成果，2名綁扎工完成一個鋼筋籠約需要2.1 h，如果每天2班按正常生產(chǎn)16 h計算，兩個鋼筋籠綁扎工在一個鋼筋籠綁扎臺上每天可以完成16/2.1=7.6個鋼筋籠。因此，滿足管片生產(chǎn)強度的鋼筋籠綁扎臺個數(shù)Q綁扎臺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)
鋼筋籠綁扎臺長度和寬度尺寸與管片尺寸基本相當，即:L綁扎臺=L管片，B綁扎臺=B管片=1.8 m。其中管片在地面上的投影長度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塊標準塊管片的長度基本一致，為了管片閉環(huán)安裝方便，第7塊閉環(huán)嵌入塊管片長度一般比其他6塊標準塊管片長度更短(見圖4)。從某隧道工程預制混凝土襯砌管片安裝情況來看，閉環(huán)嵌入塊長度設計成標準塊長度的0.3倍是合理的，管片的安裝速度能夠跟上TBM的最快掘進速度。本文在推導管片長度計算公式時，也采用第7塊閉環(huán)嵌入塊長度為標準塊長度的0.3倍進行分析計算。
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)圓形與其內接七邊形的幾何規(guī)則，兩者的周長呈正相關關系。本文采用簡便計算方法，通過在CAD中畫圖分析，無論圓的直徑為多大，圓形與其內接七邊形的周長均存在如下近似關系：C七邊形=0.960 1C圓。在引用未知參數(shù)隧洞開挖斷面直徑d的情況下，每塊管片(鋼筋籠綁扎臺)在地面上的投影長度L管片可以用隧洞開挖斷面直徑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運，以及減少相鄰兩個鋼筋籠綁扎臺工作干擾，每個綁扎臺外側至少應留有2.0 m以上的操作間距(見圖3)，鋼筋籠綁扎臺寬度為1.8 m，則鋼筋籠綁扎區(qū)占地長度L綁扎區(qū)可以根據(jù)公式(3)中鋼筋籠綁扎臺個數(shù)Q綁扎臺的計算式表示為：
L綁扎區(qū)=1.8Q綁扎臺+(Q綁扎臺+1)×2.0=0.065 0x+2 (m)
(5)
鋼筋籠綁扎區(qū)除了進行鋼筋籠綁扎外，另一個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(見圖3)。半成品鋼筋按照鋼筋籠綁扎區(qū)長度方向依次分類堆放，同樣地，為了便于半成品鋼筋的吊運存放和綁扎取樣，堆存區(qū)兩側距離鋼筋籠綁扎臺和墻壁的寬度也應該達到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)的結束端，同時管片生產(chǎn)區(qū)的結束端也即為管片蒸養(yǎng)區(qū)的起始端，兩者首尾緊密相連(見圖2)。從上一塊管片拆模吊運，到新的管片混凝土入倉，再到管片蒸養(yǎng)工序前，共包含以下8道工序：管片開模→管片脫模吊運(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→管片預養(yǎng)→準備蒸養(yǎng)(進入6.5 h蒸養(yǎng)工序)。同時，管片生產(chǎn)區(qū)還要預留滿足當日管片生產(chǎn)規(guī)模的鋼筋籠存儲場地(見圖5)。
管片模具采用鋼模具，模具在長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2.0 m以上的間隔距離外，還需要滿足鋼筋籠吊裝轉運的交通需求。管片預制廠通常采用輕型內燃叉車轉運鋼筋籠，其運輸通道寬度應滿足B運輸=4.5 m以上。同時，為了預防鋼筋籠制作生產(chǎn)線出現(xiàn)故障，在管片生產(chǎn)線旁邊至少應存儲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)線長度方向放置，同時為了堆存安全考慮，每個鋼筋籠堆放位置重疊的鋼筋籠個數(shù)不應超過5個，因此在沿著管片生產(chǎn)線的8道工序可以布置8×5=40個鋼筋籠。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)的鋼筋籠存儲排數(shù)N存儲：
(9)
每排鋼筋籠儲存區(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=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)主要是對新澆筑的管片混凝土進行蒸汽養(yǎng)護，加快管片混凝土硬化達到拆模吊運的設計強度值，同時保證管片的硬化質量。這個區(qū)域主要通過管片模具在蒸養(yǎng)區(qū)軌道上的推進行走達到養(yǎng)護的目的。
從某隧道工程管片預制廠生產(chǎn)經(jīng)驗來看，每天按24 h工作時間循環(huán)作業(yè)，除去模具生產(chǎn)線上的機械常規(guī)故障，鍋爐、混凝土澆筑振搗器等設備故障外，管片廠平均每天正常生產(chǎn)的時間約為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)線上模具在每個模位上的停留時間)：
(12)
根據(jù)相關規(guī)范要求，預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，待管片強度達到設計值后，才可脫模吊運至場內靜養(yǎng)區(qū)靜養(yǎng)。在本文分析中，管片在蒸養(yǎng)區(qū)的養(yǎng)護時間取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)管片模位個位為：
(13)
根據(jù)相關規(guī)范要求，在管片蒸養(yǎng)流水作業(yè)線上，為了模具行進安全以及模具檢修需求，在模具長度方向應至少留有0.5～1.0 m的安全間距，在模具的寬度方向應至少留有1.0～1.5 m的安全間距。本文主要針對高山峽谷地區(qū)的管片預制廠占地規(guī)模分析，因此模具在長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，模具長寬輪廓尺寸分別比管片大30 cm，因此單個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)分別推導的滿足管片6.5 h蒸養(yǎng)時間的管片模位個數(shù)N模位和滿足管片蒸養(yǎng)流水線正常運行的單個模位占地面積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 管片廠內靜養(yǎng)區(qū)
管片廠內靜養(yǎng)區(qū)的主要功能是使管片從蒸養(yǎng)區(qū)拆模吊運出來之后在室內靜養(yǎng)。管片靜養(yǎng)1 d之后，第2 d再將靜養(yǎng)完成的管片運往管片廠外堆存區(qū)養(yǎng)護28 d，因此該區(qū)域面積至少應滿足管片預制廠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、洞外運輸，同時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程中發(fā)生擦掛破損事件，在每疊管片之間應預留不少于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)堆存和管片預制廠每天正常生產(chǎn)管片環(huán)數(shù)N日均環(huán)，管片廠內靜養(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混凝土管片預制廠平面布置可以看出，管片廠內靜養(yǎng)區(qū)緊接管片生產(chǎn)區(qū)，因此管片廠內靜養(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)寬度相同的廠內轉運通道。一般將廠內轉運通道布置在管片廠內靜養(yǎng)區(qū)中間，管片堆存在轉運通道兩側，如圖8所示。管片廠內靜養(yǎng)區(qū)轉運通道面積S轉運通道可以表示為：
S轉運通道=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，管片廠內靜養(yǎng)區(qū)的面積S廠內靜養(yǎng)為：
S廠內靜養(yǎng)=S管片堆存+S轉運通道=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到28 d養(yǎng)護齡期，以及預防管片預制廠出現(xiàn)較大生產(chǎn)故障，備用堆存1個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)護齡期以及管片1個月的備用數(shù)量，管片廠外堆存區(qū)占地面積至少應滿足管片兩個月生產(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垛來堆存。同時，考慮到廠外堆存區(qū)占地面積較大，因此每堆存10排管片就需要設置一條運輸?shù)缆?，以滿足內燃叉車和載重汽車共同裝運管片作業(yè)(見圖9)。根據(jù)本文作者在某隧道工程混凝土管片預制廠現(xiàn)場實地記錄情況，滿足內燃叉車和載重汽車兩種機械共同作業(yè)的道路寬度至少應達到8.0 m以上，則分攤到每環(huán)管片上的道路分攤面積S每環(huán)分攤可以表示為：
(22)
圖8 管片廠內靜養(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)管片的道路分攤面積S每環(huán)分攤，可以得到管片廠外堆存面積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)分攤)=2.871 0dx+2.999 9x(m2)
(23)
3.6 管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)
管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)主要是為了保證管片生產(chǎn)能順利進行的區(qū)域。該區(qū)域主要包括：空壓機房、鍋爐房、配電室及雜物儲放間、現(xiàn)場辦公室等。生產(chǎn)附屬設施區(qū)一般布置在管片預制廠內，并要求與預制廠主要功能模塊能方便地銜接在一起。
管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)占地面積大小主要根據(jù)各工程現(xiàn)場條件而定，作為附屬生產(chǎn)設施區(qū)，該區(qū)域占地面積應在滿足主要功能需求的基礎上盡可能地小。某隧道工程管片預制廠生產(chǎn)附屬設施區(qū)占地面積約為管片預制廠鋼筋籠制作、管片生產(chǎn)、管片蒸養(yǎng)、管片廠內靜養(yǎng)4個區(qū)域占地面積的25%，根據(jù)運行情況來看，其占地規(guī)?；灸軡M足管片預制廠正常生產(chǎn)的需求。本文管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)S附屬設施同樣用管片預制廠內4大主要功能區(qū)占地面積的25%來表示：
S附屬設施區(qū)=(S制作區(qū)+S生產(chǎn)區(qū)+S蒸養(yǎng)區(qū)+S廠內靜養(yǎng)區(qū))×25%=0.066 9dx+0.333 2x+11.388 3d+62.68 (m2)
(24)
4 某隧道工程混凝土管片預制廠選址分析
某隧道工程總長4.8 km，除進口段采用常規(guī)鉆爆法施工外，其余洞段均采用雙護盾TBM掘進施工。隧道開挖斷面直徑d=8.8 m，工程計劃于近期實施，施工工期10個月，根據(jù)工期要求，TBM月平均進尺長度為480 m/月。
該工程混凝土管片預制廠地處高海拔地區(qū)，廠區(qū)地勢狹窄，呈條形狀布置于一個山谷之中，管片預制廠各功能區(qū)實際占地面積見表1。根據(jù)本文推導的基于隧洞開挖斷面直徑d和TBM月平均進尺x兩個參數(shù)的管片預制廠各功能區(qū)占地規(guī)模計算公式，得到管片預制廠各功能區(qū)計算占地面積,見表2。根據(jù)表1和表2的對比分析可以得出，管片預制廠的鋼筋籠制作區(qū)、管片生產(chǎn)區(qū)、管片蒸養(yǎng)區(qū)、管片廠內靜養(yǎng)區(qū)以及管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)等5大主要功能區(qū)實際面積均略大于計算面積，可以判斷這5個區(qū)域功能設計和廠區(qū)布置基本能滿足實際生產(chǎn)需求。而管片廠外堆存區(qū)實際占地面積比計算面積少2 500余平方米，可以初步判斷該區(qū)域將會受到場地規(guī)模的限制而影響其功能設計的實現(xiàn)。根據(jù)本文作者在該工程混凝土管片預制廠為期2個多月的實地測定分析情況，由于堆存場地規(guī)模的限制，在管片堆存量較大時，廠外堆存區(qū)內的轉運通道就會被管片堆存所擠壓，從而導致內燃叉車和載重汽車的共同轉運作業(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制廠在規(guī)劃設計和廠區(qū)布置時，沒有對堆存場地建設進行詳細的經(jīng)濟評價選擇最合理可行的建設方案，從而導致管片廠外堆存困難和轉運作業(yè)工效降低的情況。
表1 某隧道工程混凝土管片預制廠各功能區(qū)實際占地面積
表2 某隧道工程混凝土管片預制廠各功能區(qū)計算占地面積
5 結 論
(1)本文根據(jù)某隧道工程TBM混凝土管片預制廠生產(chǎn)工效測定分析成果以及預制混凝土管片生產(chǎn)國家相關規(guī)范和標準，推導了基于TBM月平均進尺x和隧洞開挖斷面直徑d兩個參數(shù)的混凝土管片預制廠各大功能區(qū)，以及廠區(qū)總體占地規(guī)模計算公式;
(2)根據(jù)本文推導的計算公式，對某隧道工程管片預制廠選址條件和各功能區(qū)布置做了簡要的計算和評價，計算結果和評價結論與現(xiàn)場實際情況基本一致，說明了本文推導的TBM混凝土管片預制廠占地規(guī)模計算公式具有較高的準確性和可靠性；
(3)在TBM混凝土管片預制廠實際選址和廠區(qū)布置過程中，應充分考慮廠址地形條件，對廠區(qū)規(guī)劃設計，特別是管片場外堆存區(qū)的場地建設進行詳細的經(jīng)濟評價和方案對比，根據(jù)經(jīng)濟評價結果選擇最合理可行的堆存方案和場地占地規(guī)模;
(4)本文研究成果可為TBM混凝土管片預制廠的規(guī)劃設計和廠區(qū)布置提供參考，同時為項目在前期規(guī)劃階段，提出隧洞開挖斷面直徑和施工工期等基本資料，快速地計算混凝土管片預制廠占地規(guī)模，為工程造價提供參考依據(jù)。
[1] GB/T 22082-2008預制混凝土襯砌管片標準[S].北京：中國國家標準化管理委員會，2008.
[2] 預制混凝土襯砌管片質量驗收規(guī)范(征求意見稿)[S].北京：住房和城鄉(xiāng)建設部，2016.
[3] 中國水利水電第十工程局有限公司.某公路一期工程I標混凝土管片預制廠施工組織設計[R]，2015.
[4] 王小通，楊帆.厄瓜多爾CCS水電站TBM管片廠生產(chǎn)工藝設計及優(yōu)化[J].云南水力發(fā)電，2014，30(5):70-73.
2017-01-12
鄧子謙(1988-)，男，四川達州人，碩士，工程師,從事工程造價、造價咨詢工作。
U455.3
：B
：1003-9805(2017)03-0058-07
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