浅谈地铁盾构管片流水生产线信息化养护系统论文_曾小昆

中交第三航务工程局有限公司厦门分公司 福建省厦门市 361000

摘要:近些年,随着隧道盾构施工技术在国内各大地铁工程建设中取得了大规模的应用,作为盾构施工中重要的水泥预制构件,管片承担着隧道结构安全和防水的重要功能,其直接影响地铁运营使用的耐久性,因此盾构管片的质量在整个盾构法施工中显得尤为重要。影响管片质量有较多因素,本文主要介绍管片生产流水线过程中温度对管片质量的影响,从所需要的相关设施配套、蒸养室内温度的控制等方面,阐述了温度对管片质量的影响及所采取的相应信息化养护系统。

关键词:管片 流水生产线 信息化养护

1.应用范围

在信息化大时代背景下,工程生产管理信息化也渐渐走入到工程管理的视野之中。信息化的管理方法,能更好地确保信息的准确性,提高工程管理工作的质量与效率。本工程推进工程管理信息化的过程主要介绍管片生产流水线信息化养护系统的应用。

1.1温度影响

文献研究表明,温度是影响混凝土养护质量的因素,其值低于某一限值时,水泥水化反应将不能进行,混凝土强度会停止发展甚至冰冻损伤。所以一般要求混凝土避免早期受冻。然而,并不是代表温度越高对混凝土强度越有利,温度过高,水分必定会从混凝土表面大量的蒸发,导致混凝土表层水泥因缺水而水化不良,致使混凝土后期强度发展缓慢,甚至停止发展。再者,升温速率如果过快将导致混凝土受热不均匀性,产生有害热应力使混凝土内部出现裂纹,出现结构缺陷,使混凝土强度下降。

2.管片流水生产线信息化养护系统实施情况

2.1系统目标

在预制管片流水线生产中,为了尽可能地提高管片生产模具周转使用率,给工程施工进度提供有利条件,通常在管片流水养护线上采用蒸汽养护来提高混凝土脱模强度、缩短养护时间。蒸汽养护的预制管片质量直接关系到整体工程的质量,蒸养温度过高,管片容易出现温度裂纹;而温度过底又达不到脱模强度进而导致管片生产效率变慢。在管片生产过程中蒸汽养护是非常重要的一个环节,需有一套信息化养护系统,以此来确保管片在生产养护过程中能达到适宜的温度,以此来提高管片的养护质量。

2.2系统设计

2.2.1、管片生产预蒸养阶段

预蒸养作用在于提高蒸汽养护开始前的水化程度,使混凝土具有必要的初始结构强度,以增强混凝土对升温其结构破坏的抵御力。提高混凝土的预蒸养的温度,可是该区域的混凝土初凝仍未形成,工人仍需在该区域里面进行作业,因此不能简单采用普通的蒸汽方式来进行养护,同样也不能采用暖气热风的形式加热,其容易造成混凝土表面水分大量蒸发,影响管片早期强度。

在该阶段的管片养护所需的能量既不能用热蒸汽,也不能通过热风来实现热量的传递,所以根据热量的传递方式,考虑采用热辐射的方式来提高该阶段区域的温度。

2.2.2、管片生产升温与恒温阶段

升温速度假如过快,由于终凝后的水泥砂浆与粗骨料的热膨胀系数差别较大,将会导致热应力的产生,当混凝土的抗拉剪强度不足以抵消热应力和剪应力时就会出现裂纹,系统采用蒸汽蒸养并将升温速度控制在一定范围内。

恒温阶段是混凝土强度的主要增长期。混凝土在恒温的硬化速度取决于水泥品种、水灰比和温度等。为了避免养护温度与环境的温度相差太大,使管片在生产流水线出模时温度偏高,对环境变化过于敏感而造成裂缝现象的出现,在恒温阶段系统也采用蒸汽蒸养的方式将温度控制在一定合理的范围内。

2.2.3、管片生产降温阶段

在混凝土强度达到要求后,即可开始降温。若降温速度过快会导致管片内外表面因温差过大产生裂缝,所以,在降温阶段要缓慢、均匀降温。采取自然降温的方法,在特定时期无法满足养护的需求,系统采用智能喷雾降温的方法。

2.3系统实施

2.3.1预蒸养阶段的养护

在流水线前期基础建设时,在轨道中间留有一定的凹槽空间,在预蒸养区域模具底下铺设一些翅片管式散热器。系统自动采集相关数据,内置于PLC程序系统可自动地通断高温蒸汽,让热量凭借散热器较大外壁螺旋式散热面积,可较迅速稳定地提高周围空气流动速度和增加向外辐射热量强度,可保证管片具有一定的初始强度,工人亦可在此区域不会因蒸汽灼伤而放心抹面。

图1、翅片管式散热器示意图

2.3.2升温恒温阶段的养护

升温恒温区域在模具两侧同时铺设带孔的蒸汽逸管,电磁阀得电动作,控制蒸汽气动球阀的开启,蒸汽可经过无缝钢管通过气动球阀,最后到达蒸汽逸管,蒸汽可至下而上开始蒸养管片。

2.3.3降温阶段的养护

降温阶段是由高压喷雾机、专业喷嘴、高压管及接头,再与PLC与触摸屏等组成一套完整的的高压喷雾降温系统。高压造雾机是喷雾降温系统的主要执行机构,其由电控柜控制,电控柜则由PLC内置的程序或者触摸屏随时参数来控制,其一般由三级过滤器、高压柱塞泵、高压电磁阀、控制系统、管路等组成,利用高压柱塞泵将水压提高到7Mpa,然后将加压后的水经耐高压输送管线由超细微雾喷嘴将其雾化,产生微雾颗粒,使用其能够迅速从空气中吸收热量完成气化并扩散,从而完成加湿、降温的目的。超细微雾喷嘴孔径一般在0.15mmn--1mm之间采用带滤网红宝石撞针式,由喷孔喷出的细液柱击中正对着它的直径与喷孔孔径相同的靶针,然后形成极细密的雾化。在70kg左右的压力下,喷嘴可形成极细密锥形区域的雾化。在降温区域模具的上空合理的布置喷嘴数量及喷嘴安装角度的,使整个降温区实现雾化零死角的覆盖。

图2、高压喷雾降温系统示意图

2.4系统运行过程简述

蒸养开始时,首先可以通过以下两种方式实现自动控制:1、传统模式:在触摸屏直接设定各蒸养区域目标参数数值。2、自动模式:根据已编写好程序,PLC根据各个区域采集过来的数据,根据具体问题具体分析,模仿人类基于经验做出当前最为有效的方案。比如:在冬天夜班生产时,预蒸养区域的蒸汽阀门打不开,造成该区域温度过低,值班人员没有察觉,而PLC采集到该信息,会自动将升温与恒温区域的温度适当降低,以免影响管片质量。

在PLC输入端进行数据的采样时,蒸养窑内的温度传感器会将电信号随时反馈给温控仪表,温控仪表将电信号转变成温度值,经PLC通讯模块将温度值传输给PLC。在PLC程序执行阶段时,PLC将实测温度值和设定值进行比较或者联动其他区域的数据,如果实测温度值与设定值有一定的偏差,在PLC输出刷新阶段,相应的输出触点动作,对应的中间继电器动作,控制电磁阀和电控柜接触器吸合或断开,相应的气动球阀和高压喷雾机会做出相应动作,最后蒸汽可顺利经蒸汽管道进入蒸养窑内或开启高压喷雾机;就这样,温控仪表将不断将温度值发给PLC,让PLC比较温度值大小,控制电磁阀或接触器的开关,最终按设定要求达到控温的要求。温度值比较频率大约等于PLC一个扫描周期,可以实现较为精确的自动控制。

图3、管片生产流水线信息化养护系统示意图

3.信息化系统提高情况

3.1管片蒸汽养护质量有效地保障

蒸养过程中管片的预蒸养、升温、恒温和降温阶段各自进行数据采集,再统一汇总到PLC,由PLC执行自动化集中控制,可根据用户设定预先设定的程序可进行精确的调控,甚至可模仿人基于经验来处理某些异常情况。这样可以有效地确保管片的内在质量。而传统的蒸养方式,其只是单点进行的分散控制,即在某各区域架设一个传感器,经一个温控仪表判断比较,简单地进行上下限的比较控制,“低于目标值,要开始动作,高于目标值,要停止动作”,该控制精度局限性较差,各个养护区域的机构单纯地各司其职,各行其是,互补干涉,各自完成自己目标,无法做到联动,万一一个区域的养护机构坏掉,该分散控制无法协调整体,可能会导致某个养护数据偏差严重。

3.2工程资源利用率提升

信息化智能养护方式由于是匀速调节温度,可以有效节约能效。传统

的养护方式不能很好地调节温度,常常造成温控较快,更容易造成气体的浪费,而智能蒸养方式由于匀速控温,可以有效节约能效。

3.3有利于提高信息化管理水平

由于信息化系养护统采用PLC、触摸屏等现代化技术,控制过程依靠触摸屏人机友好交互界面,控制结果在触摸屏、控制柜指示灯一目了然。历史数据可以远程随时查询,可以使施工过程能更加注重过程管理,也更方便监管部门随时检查。集合了管片流水线预蒸养、升温、恒温、降温等温度、执行器控制信息,后期将搅拌站热水控制集合成一个整体,与管片ERP系统信息对接,形成一个完整的信息链,有助于提高管片生产信息化管理水平。

图4、信息化养护数据实时示意图

4.存在问题

4.1执行机构过于简单

蒸汽气动球阀受电磁阀控制,其功能只是一个简单开与合动作,无法做到跟比例调节阀一样,既可以开环控制,也可以加入反馈环节构成一个闭环控制,所以静态性和动态性都相对来说较为欠缺。

论文作者:曾小昆

论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期

论文发表时间:2018/6/7

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