中铁二十三局集团轨道交通工程有限公司 上海 201399
摘要：管片蒸养是通过锅炉提供蒸汽到蒸养窑，使蒸养窑温度提高到设计温度、且保证足够的湿度。加热模具里浇筑好的管片，加快了管片混凝土早期强度，更早的拆模，起吊管片，目的加快了钢模的周转次数，提高了管片生产产量。但必须满足《预制混凝土衬砌管片GB/T22082-2008》中混凝土养护制度的要求（预养、升温、恒温、降温都有要求），需要设置升温区、恒温区、降温区。以往都是主要依靠布帘隔离，无法保证各区域有效密闭，无法保证各区域蒸养温度梯度。实际根据掌握的知识、多年的施工经验，本文通过新的措施隔离各个功能区域，可有效的保证蒸养窑内温度梯度。
关键词：地铁衬砌管片；主要措施；风幕；蒸养
前言
地铁衬砌管片是地铁盾构施工的最主要的装配构件，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及特殊荷载的作用，是地铁隧道的最内层屏障。为了提高预制钢筋混凝土衬砌管片的早期强度、提高生产效率，会在混凝土浇捣结束后进行蒸汽养护（简称“蒸养”），它是预制钢筋混凝土管片制作中一项非常重要的工序。蒸养为满足地铁衬砌管片蒸汽养护要求，需将蒸汽养护窑设置为升温区、恒温区和降温区等3个养护功能区。各养护功能区之间设置风幕墙，使温度不同的区域之间能够有效的实现温度隔离的同时，能够保证钢模在各蒸养区域之间无阻碍的运输，应用于地铁管片的蒸养系统时，本方案能够有效保证蒸汽养护窑内形成温度梯度。此外，风幕墙产生装置有三个吸风口，分别设置在高温区、低温区和室外，依靠三个吸风口的流量调节风幕墙的温度，同时，采用蒸汽加热风幕墙，能够更准确控制风幕墙温度，并满足《预制混凝土衬砌管片GB/T 22082-2008》中管片升温阶段升温速度≯15℃/h、恒温阶段最高温度≯60℃、降温阶段降温速度≯20℃/h的混凝土养护制度要求。
1 主要技术难点及风险
1.1 根据《预制混凝土衬砌管片GB/T 22082-2008》中混凝土养护制度规定：管片升温阶段升温速度≯15℃/h、恒温阶段最高温度≯60℃、降温阶段降温速度≯20℃/h。
地铁衬砌管片流水机组法管片蒸汽养护传统做法为：在蒸养窑内通过布帘隔离形成升温区与恒温区、恒温区与降温区之间的隔离，管片钢模在蒸养窑内等街拍流动时，各蒸养功能区域无法有效密闭，难以实现管片蒸养温度梯度。
2 采用“四新技术”，研发风幕墙软阻隔
采用“四新技术”，利用“风幕”原理，在蒸养窑内形成9工位的风幕墙系统，实现升温、恒温和降温3个蒸汽养护功能区的软阻隔，达到管片蒸养温度梯度。
2.1 风幕系统组成
风幕系统由风管、加热管道、保湿管道、抽风机、空气加热器、温湿度探头和智能控制系统组成。
2.2 风幕蒸养系统工作原理
升温区与恒温区、恒温区与降温区通过风幕隔离，通过9工位蒸养系统来提升各区间温度和湿度。
2.2.1 升温区的风机将升温区、恒温区、室外三个地方的气体抽至风管，送至前段经风机加压送下，形成风幕墙，并根据需要调整三个风口的风量。
设计三个吸风口的必要性，以升温区与恒温区间三个吸风口为例。
①升温区安装吸风口的必要性。升温区前期预热升温阶段可通过升温区风口将升温区风抽至风机，通过风机加热系统可将通过的风加热，加热的风经风机加压后形成风幕墙，风幕墙的风在升温区风口吸风后形成负压流向风机，再流向风幕墙，在这样不断的循环作用下可将升温区的温度提高至理想环境温度（也可通过“9工位”蒸养管道中在升温区安装的独立蒸汽管道达到升温区所需环境的温度）。
②恒温区和室外安装吸风口的必要性。当升温区和恒温区温度达到理想温度后，关闭风机加热系统。打开恒温区吸风口，在风机作用下将恒温区高温风吸进风机，通过调整室外吸风口阀门来补充新风对来自恒温区的高温风进行降温至升温区温度，当流水线开始运转后，关闭升温区吸风口和升温区的蒸汽管道。风幕墙的风部分流向升温区可保持升温区温度的稳定性，流水线在运转状态下，升温区的门会打开，打开时可将升温区靠近门附近的风排除，风幕流向升温区的风及时补充升温区的风，并保持升温区温度的稳定性。即节省蒸汽量（以往升温区保持环境温度及湿度需要一直开着蒸汽管道）也能满足管片蒸养对升温区梯度的要求。 恒温区吸风口和风幕之间温湿度主要依靠部分来自风幕墙散发的温度和湿度，再通过恒温区吸风口与风幕之间的“9工位”蒸汽管道来提高温度和湿度，直至达到该区域的理想温度，满足管片蒸养在此区域的温度梯度要求。
2.2.2 风机将吸风口（恒温区、升温区、降温区）一段的气体抽至风机，后段形成负压状态，靠近风幕旁的空气流向吸风口：风机内配有蒸汽盘管，可以根据需要通入蒸汽，对通过风机的风进行温度调节。
2.2.3 通过风机的风可通过4个风口压送至风幕墙上口风管，4个风口可通过阀门来均匀调节风量。
2.2.4 通过“9工位”蒸养系统来给各区提升温度和湿度。升温区2个工位、恒温区6个工位、降温区1个工位。每个工位可以单独通过阀门来调节蒸汽量，结合风幕系统已达到各区间所需温度。
3 风幕试验
3.1 风幕试验过程
风幕及配套控制系统安装完成后，开始试机，通过温湿度控制系统采集蒸养窑各区域的温度，验证个养护区域的温度梯度，形成空间养护温度曲线。
3.2 风幕试验结果总结
蒸养温度梯度满足<<预制混凝土衬砌管片GB/T22082-2008>>中混凝土养护制度的要求，同条件养护的混凝土试块强度可达到22MPa,完全满足《预制混凝土衬砌管片GB/T 22082-2008》中对管片脱模时混凝土强度的要求，同时对脱模后的管片进行检测，不存在温度裂缝和干缩裂缝，通过“风幕与9工位蒸养系统”达到了管片蒸养温度梯度的要求。
4 结束语
4.1 社会效益
该混凝土管片风幕蒸养控温系统解决了地铁管片预制厂一般采用的蒸汽养护窑内隔离各区间的温度及湿度。该风幕系统代替了以往依靠布帘隔离的系统，保证了恒温区蒸汽不因蒸汽养护窑的门打开而大量蒸汽热能损耗，节省了资源、节约了成本，且蒸汽养护质量更符合满足《预制混凝土衬砌管片GB/T 22082-2008》中混凝土养护制度的要求。
风幕系统涉及的预制管片是城市地铁施工的金刚罩，针对城市轨道交通特点和环境要求，结合我国自身特点进行创新，该风幕系统结构美观、环保、经济，该项目的完成将不仅是施工技术的提升，也是传统工艺技术的革新和提升。该风幕系统是蒸汽养护窑蒸养工艺在国内尚属首次，必将在各城市地铁管片厂受到借鉴和推广运用，作为该工程的重要主体工程地铁管片预制施工工艺关系到整个工程的工期和质量及引入技术的成果定性。研发新型风幕系统方案将引领国内传统工艺技术创新变革，并推动各辅助工艺的发展和创新，新型风幕系统控制工艺可减少蒸汽养护窑内温度和湿度的流失，且能达到设计对各区间温度的要求。功效提高，大大节约锅炉用天然气成本，通过对该风幕的研究，改善施工工艺，有效的解决了各区间温度达到设定值，且满足蒸养对梯度的要求。减少对资源的利用，相应国家节能措施，这些都与国家政策相适应。
4.2 经济效益
风幕机用电量统计：电机显示的功率和现场用电量统计，2台风机工作消耗16°/小时。按1.2元/度，以1万环管片为例，每天平均生产36环，每天供气17个小时，一万环管片约消耗电费90739元，每环管片投入费用9.07元。
锅炉天然气费用：以生产一万环管片为例，每天平均生产36环，每天供气17个小时，生产一万环管片需供气4726个小时，蒸养窑各区隔离原来先用布帘子隔离，天然气约消耗150m3/h，该试验的管片生产基地周边天然气价格约2.91元/方，一万环管片需要花费天然气费用206.29万元，每环管片天然气费用206.29元。
采用风幕代替布帘子，实现有效的软阻隔，可有效的杜绝恒温区温度不会因钢模前进使布帘打开，导致恒温区热量散发至升温区、降温区进而在蒸养窑门开的时候散发至室外，大约一小时能省30m3天然气，一万环管片能省下天然气费用41.26万元，每环管片天然气燃料费用降至165.03元，每环管片节省天然气费用41.26元。
扣除风机用电费用，采用此工艺后，每环管片节省32.19元，为管片预制企业节省成本投入，创造了经济效益。
4.3 同类工程推广
结合与多家管片厂进行生产工艺方案和经济效益对比，根据生产规模，合理设置风幕位置，确定“风幕和9工位蒸养系统”控制地铁管片蒸养温度梯度标准，可实现良好的蒸养效果，并带来显著的质量效果、经济效果和社会效益。
参考文献
[1]谭永泉，冯立平，钱明等.《预制混凝土衬砌管片GB/T 22082-2008》.
论文作者:李磊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/23
标签：管片论文; 温度论文; 恒温论文; 蒸汽论文; 风口论文; 梯度论文; 混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2018年第6期论文;