本發(fā)明涉及土建工程技術領域，尤其涉及一種快速確定TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模的方法。

背景技術：

隧洞掘進機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)境并能使隧洞開挖、出渣、支護等工序同步完成等優(yōu)點，正被越來越多的隧洞工程采用。其中，預制混凝土襯砌管片的生產(chǎn)在TBM掘進施工中是非常重要的一個環(huán)節(jié)，其廠址選擇和占地規(guī)模大小是否合理直接影響到管片的生產(chǎn)速度，進而影響到TBM的掘進施工進度，特別是隧洞工程一般處于高山峽谷地區(qū)，開闊平坦的場地極為有限，就更需要準確計算TBM預制混凝土管片廠的占地規(guī)模。

目前管片預制廠的占地規(guī)模大小都是通過參考類似工程來確定，容易存在較大偏差。若設計的管片預制廠占地規(guī)模過小，就會影響管片廠各工序的生產(chǎn)效率，降低管片的生產(chǎn)速度。同時，管片預制廠占地規(guī)模設計過大，又會造成建廠投資浪費。因此有必要研究另外一種簡便可靠的計算方法，在只根據(jù)隧洞開挖斷面直徑和TBM掘進施工工期等基本資料的情況下，就能快速準確確定TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模大小。

技術實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術中無明確定量方法來預測TBM預制混凝土管片廠規(guī)模，導致影響生產(chǎn)效率或資源浪費等不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種能夠快速準確確定TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模的方法。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種快速確定TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模的方法，包括以下步驟：

a、根據(jù)開挖隧洞總長度和TBM掘進施工工期，計算出TBM月平均掘進進尺x(m/月)；

b、將隧洞每一環(huán)襯砌管片分成7塊寬1.8m的管片來生產(chǎn)，按隧洞掘進速度管片月均生產(chǎn)量為：

c、根據(jù)隧洞開挖斷面周長和其內(nèi)接七邊形的周長關系得出C_七邊形＝0.9601C_圓，將管片在地面上的投影長度L_管片用隧洞開挖斷面直徑d表示為：

d、根據(jù)管片生產(chǎn)的工序和要求繪制管片預制廠總平面布置圖，將總平面布置圖按功能分區(qū)，分別為：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(nèi)靜養(yǎng)區(qū)和管片廠外堆存區(qū)；

e、根據(jù)管片預制廠各工序生產(chǎn)工效，結合管片月均生產(chǎn)量和管片預制廠各功能區(qū)平面布置要求，推導出管片預制廠各功能區(qū)占地面積計算公式，從而確定TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模。

進一步的是，所述鋼筋籠制作區(qū)主要進行鋼筋加工、鋼筋籠綁扎和焊接等工作，鋼筋加工區(qū)面積與鋼筋籠綁扎區(qū)面積相當，根據(jù)工效測定，以兩名鋼筋籠綁扎工共同綁扎完成一個鋼筋籠約需要2.1小時計算，每天按兩班有效生產(chǎn)時間16小時計算，則每個鋼筋籠綁扎臺上每天可以完成16/2.1＝7.6個鋼筋籠，則滿足管片月均生產(chǎn)量的鋼筋籠綁扎臺個數(shù)Q_綁扎臺用TBM月平均掘進進尺x表示為：

根據(jù)鋼筋籠制作區(qū)平面布置要求，得到鋼筋籠綁扎區(qū)的長度和寬度分別為：

L_{綁扎區(qū)}＝1.8Q_綁扎臺+(Q_綁扎臺+1)×2.0＝0.0650x+2

B_{綁扎區(qū)}＝2L_綁扎臺+3×2.0＝2L_管片+3×2.0＝2×0.4785d+6＝0.957d+6

則鋼筋籠制作區(qū)的面積為：

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)})＝0.1244dx+0.78x+3.828d+24。

進一步的是，所述管片生產(chǎn)區(qū)主要進行管片砼在模具中的澆筑成型以及鋼筋籠存放等工作，根據(jù)管片生產(chǎn)區(qū)平面布置要求，可得到管片生產(chǎn)區(qū)的長度和寬度分別為：

L_{生產(chǎn)}＝8×(L_模具+2)＝8×(L_管片+0.3×2+2)＝3.8280d+20.8

B_{生產(chǎn)}＝2.0+B_模具+2.0+4.5+(1.8+0.3)×N_存儲＝0.0069x+10.9

則管片生產(chǎn)區(qū)的面積為：

S_{生產(chǎn)}＝L_{生產(chǎn)}×B_{生產(chǎn)}＝0.0264dx+0.1435x+41.7252d+226.72。

進一步的是，所述管片蒸養(yǎng)區(qū)用于管片砼蒸汽養(yǎng)護，根據(jù)生產(chǎn)工效測定分析成果，管片蒸養(yǎng)區(qū)平均每天正常生產(chǎn)的時間約為18h，則管片的出模速度為：

蒸養(yǎng)時間取為6.5h，則管片蒸養(yǎng)區(qū)模位個數(shù)為：

根據(jù)管片蒸養(yǎng)區(qū)平面布置要求，可得單個模位占地面積為：

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)＝1.6269d+3.74

則管片蒸養(yǎng)區(qū)的面積為：

S_{蒸養(yǎng)}＝N_模位×S_模位＝0.0468x×(1.6269d+3.74)＝0.0761dx+0.1750x。

進一步的是，所述管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)至少要滿足管片預制廠1天正常生產(chǎn)量的堆存需求，以一環(huán)襯砌管片分為3片和4片重疊堆放，可得每環(huán)7塊管片的堆存占地面積為：

S_{每環(huán)堆存}＝2×L_堆存×B_堆存＝2×(L_管片+0.5)×(B_管片+0.5)＝2.2011d+2.3

根據(jù)管片月均生產(chǎn)量Q_月可以得到管片日均生產(chǎn)環(huán)數(shù)N_{日均環(huán)}為：

根據(jù)管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)平面布置要求，管片堆存區(qū)和轉(zhuǎn)運通道的面積可以分別表示為：

S_管片堆存＝N_{日均環(huán)}×S_{每環(huán)堆存}＝0.0185x×(2.2011d+2.3)＝0.0407dx+0.0426x

S_{轉(zhuǎn)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＝0.1915x

則管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)的面積為：

S_{廠內(nèi)靜養(yǎng)}＝S_管片堆存+S_{轉(zhuǎn)運通道}＝0.0407dx+0.2341x。

進一步的是，管片廠外堆存區(qū)以滿足2個月產(chǎn)量堆放要求進行設計，2個月的管片堆存環(huán)數(shù)為：

以每堆存10排管片設置一條寬8m的運輸?shù)缆罚謹偟矫凯h(huán)管片上的道路面積S_{每環(huán)分攤}可以表示為：

根據(jù)管片廠外堆存區(qū)布置要求，管片廠外堆存區(qū)的占地面積根據(jù)管片堆存環(huán)數(shù)N_{廠外環(huán)}、每環(huán)管片堆存面積S_{每環(huán)管片}、以及管片廠外堆存區(qū)道路分攤面積S_{每環(huán)分攤}，得到管片廠外堆存區(qū)的占地面積為：

S_廠外堆存＝N_{廠外環(huán)}×(S_{每環(huán)堆存}+S_{每環(huán)分攤})＝2.8710dx+2.9999x。

進一步的是，管片預制廠總平面布置圖上還包括輔助設施區(qū)域，附屬設施區(qū)占地面積以鋼筋籠制作區(qū)、管片生產(chǎn)區(qū)、管片蒸養(yǎng)區(qū)和管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)四個廠內(nèi)區(qū)域占地面積的25％規(guī)劃。

本發(fā)明的有益效果是：利用本方法來計算確定TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模，不僅能為其廠址選取和廠區(qū)規(guī)劃設計提供參考依據(jù)，同時又能避免管片預制廠占地規(guī)模選擇過小影響管片生產(chǎn)效率，以及避免管片預制廠占地規(guī)模選擇過大造成建廠工程投資浪費，本方法特別適用于工程在規(guī)劃設計階段，只能提出隧洞TBM掘進施工工期和開挖斷面直徑等基本工程資料時，快速確定TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模需求，為后續(xù)施工提供了有效保障。

附圖說明

圖1是隧洞開挖結構示意圖。

圖2是管片襯砌分割示意圖。

圖3是管片預制廠總平面布置圖。

圖4是鋼筋籠制作區(qū)平面布置圖。

圖5是管片生產(chǎn)區(qū)平面布置圖。

圖6是管片蒸養(yǎng)區(qū)平面布置圖。

圖7是管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)平面布置圖。

圖8是管片廠外堆存區(qū)平面布置圖。

圖9是管片堆存示意圖。

具體實施方式

以下通過附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步描述。

一種快速確定TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模的方法，包括以下步驟：

a、根據(jù)開挖隧洞總長度和TBM掘進施工工期，計算出TBM月平均掘進進尺x(m/月)；

b、將隧洞每一環(huán)襯砌管片分成7塊寬1.8m的管片來生產(chǎn)，如圖1所示，按隧洞掘進速度管片月均生產(chǎn)量為：

c、根據(jù)隧洞開挖斷面周長和其內(nèi)接七邊形的周長關系，得出C_七邊形＝0.9601C_圓，如圖2所示，7塊管片包括6塊標準管片和一塊閉環(huán)嵌入塊，閉環(huán)嵌入塊為標準管片的0.3倍，將管片在地面上的投影長度L_管片用隧洞開挖斷面直徑d表示為：

d、根據(jù)管片生產(chǎn)的工序和要求繪制管片預制廠總平面布置圖，如圖3所示，將總平面布置圖按功能分區(qū)，分別為：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(nèi)靜養(yǎng)區(qū)和管片廠外堆存區(qū)，如圖3所示；

e、根據(jù)管片預制廠各工序生產(chǎn)工效，結合管片月均生產(chǎn)量和管片預制廠各功能區(qū)平面布置要求，推導出管片預制廠各功能區(qū)占地面積計算公式，從而確定TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模。

所述鋼筋籠制作區(qū)主要進行鋼筋加工、鋼筋籠綁扎和焊接等工作，鋼筋加工區(qū)面積與鋼筋籠綁扎區(qū)面積相當，根據(jù)多個管片預制廠生產(chǎn)工效測定分析成果，以兩名鋼筋籠綁扎工共同綁扎完成一個鋼筋籠約需要2.1小時計算，每天按兩班有效生產(chǎn)時間16小時計算，則每個鋼筋籠綁扎臺上每天可以完成16/2.1＝7.6個鋼筋籠，則滿足管片月均生產(chǎn)量的鋼筋籠綁扎臺個數(shù)Q_綁扎臺用TBM月平均掘進進尺x表示為：

根據(jù)鋼筋籠制作區(qū)平面布置要求，如圖4所示，得到鋼筋籠綁扎區(qū)的長度和寬度分別為：

L_{綁扎區(qū)}＝1.8Q_綁扎臺+(Q_綁扎臺+1)×2.0＝0.0650x+2

B_{綁扎區(qū)}＝2L_綁扎臺+3×2.0＝2L_管片+3×2.0＝2×0.4785d+6＝0.957d+6

則鋼筋籠制作區(qū)的面積為：

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)})＝0.1244dx+0.78x+3.828d+24。

所述管片生產(chǎn)區(qū)主要進行管片砼在模具中的澆筑成型以及鋼筋籠存放等工作，在管片生產(chǎn)流水線上主要包括以下八道工序：管片模具開模、管片脫模吊運、模具清理、鋼筋籠吊裝、管片砼澆筑、料口平整清理、管片預養(yǎng)、管片蒸養(yǎng)準備，根據(jù)管片生產(chǎn)區(qū)平面布置要求，如圖5所示，可得到管片生產(chǎn)區(qū)的長度和寬度分別為：

L_{生產(chǎn)}＝8×(L_模具+2)＝8×(L_管片+0.3×2+2)＝3.8280d+20.8

B_{生產(chǎn)}＝2.0+B_模具+2.0+4.5+(1.8+0.3)×N_存儲＝0.0069x+10.9

則管片生產(chǎn)區(qū)的面積為：

S_{生產(chǎn)}＝L_{生產(chǎn)}×B_{生產(chǎn)}＝0.0264dx+0.1435x+41.7252d+226.72。

所述管片蒸養(yǎng)區(qū)主要是對新澆筑的管片砼進行蒸汽養(yǎng)護，加快管片砼硬化達到拆模吊運的設計強度值。根據(jù)多個管片預制廠生產(chǎn)工效測定分析成果，管片蒸養(yǎng)區(qū)每天按24h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，管片蒸養(yǎng)區(qū)平均每天正常生產(chǎn)的時間約為18h，則管片的出模速度為：

根據(jù)(GB/T 22082-2008《預制混凝土襯砌管片標準》)，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)6～7h，待管片強度達到設計值后，才可脫模吊運至廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)靜養(yǎng)，蒸養(yǎng)時間取為6.5h，則管片蒸養(yǎng)區(qū)模位個數(shù)為：

根據(jù)管片蒸養(yǎng)區(qū)平面布置要求，如圖6所示，可得單個模位占地面積為：

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)＝1.6269d+3.74

則管片蒸養(yǎng)區(qū)的面積為：

S_{蒸養(yǎng)}＝N_模位×S_模位＝0.0468x×(1.6269d+3.74)＝0.0761dx+0.1750x。

所述管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)主要是滿足管片從蒸養(yǎng)區(qū)拆模吊運出來之后在室內(nèi)靜養(yǎng)，管片靜養(yǎng)1天之后，第2天再將靜養(yǎng)完成的管片運往管片廠外堆存區(qū)養(yǎng)護28天，因此管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)至少要滿足管片預制廠1天正常生產(chǎn)量的堆存需求，以一環(huán)襯砌分為3片和4片重疊堆放，如圖9所示，可得每環(huán)7塊管片的堆存占地面積為：

S_{每環(huán)堆存}＝2×L_堆存×B_堆存＝2×(L_管片+0.5)×(B_管片+0.5)＝2.2011d+2.3

根據(jù)管片月均生產(chǎn)量Q_月可以得到管片日均生產(chǎn)環(huán)數(shù)N_{日均環(huán)}為：

根據(jù)管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)平面布置要求，如圖7所示，管片堆存區(qū)和轉(zhuǎn)運通道的面積可以分別表示為：

S_管片堆存＝N_{日均環(huán)}×S_{每環(huán)堆存}＝0.0185x×(2.2011d+2.3)＝0.0407dx+0.0426x

S_{轉(zhuǎn)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＝0.1915x

則管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)的面積為：

S_{廠內(nèi)靜養(yǎng)}＝S_管片堆存+S_{轉(zhuǎn)運通道}＝0.0407dx+0.2341x。

管片廠外堆存區(qū)主要是滿足管片混凝土達到28天養(yǎng)護齡期，以及預防管片預制廠出現(xiàn)較大生產(chǎn)故障或TBM掘進過程中出現(xiàn)較為嚴重的卡機等狀況，額外備用堆存1個月管片所需要的占地需求，以滿足2個月產(chǎn)量堆放要求進行設計，2個月的管片堆存環(huán)數(shù)為：

以每堆存10排管片設置一條寬8m的運輸?shù)缆?，分攤到每環(huán)管片上的道路面積S_{每環(huán)分攤}可以表示為：

根據(jù)管片廠外堆存區(qū)平面布置要求，如圖8所示，管片廠外堆存區(qū)的占地面積根據(jù)管片堆存環(huán)數(shù)N_{廠外環(huán)}、每環(huán)管片堆存面積S_{每環(huán)管片}、以及管片廠外堆存區(qū)道路分攤面積S_{每環(huán)分攤}，得到管片廠外堆存區(qū)的占地面積為：

S_廠外堆存＝N_{廠外環(huán)}×(S_{每環(huán)堆存}+S_{每環(huán)分攤})＝2.8710dx+2.9999x。

進一步的，為了保證管片能夠順利生產(chǎn)，需要設置輔助設施區(qū)域，主要包括空壓機房、鍋爐房、配電室、雜物儲放間及現(xiàn)場辦公室等，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。根據(jù)多個TBM預制混凝土管片廠生產(chǎn)運行情況來看，當生產(chǎn)附屬設施區(qū)占地面積為鋼筋籠制作區(qū)、管片生產(chǎn)區(qū)、管片蒸養(yǎng)區(qū)、管片廠內(nèi)靜養(yǎng)區(qū)四個廠內(nèi)區(qū)域占地面積的25％時，是能夠經(jīng)濟合理地滿足管片預制廠的正常生產(chǎn)需求的，因此管片生產(chǎn)附屬設施區(qū)占地面積可表示為：

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(nèi)靜養(yǎng)區(qū)})×25％＝0.0669dx+0.3332x+11.3883d+62.68。

將上述推導公式進行總結歸納，可得出下表：

表1 TBM預制混凝土管片廠各功能區(qū)及總占地規(guī)模計算公式

式中：d—隧洞開挖斷面直徑；x—TBM月平均掘進進尺。

實施例一：

西藏林芝地區(qū)某隧洞工程總長4.8km，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，隧洞開挖斷面直徑d＝8.8m，工程計劃于近期實施，計劃施工工期10個月。

采用本方法來計算本工程TBM預制混凝土管片廠的占地規(guī)模主要包括以下步驟：

1、根據(jù)隧洞總長度4.8km和TBM掘進施工工期10個月，得到本發(fā)明中涉及到的第一個未知量TBM月平均掘進進尺x＝480m/月；

2、根據(jù)工程基本概況，得到本發(fā)明中涉及到的第二個未知量隧洞開挖斷面直徑d＝8.8m；

3、將TBM月平均掘進進尺x和隧洞開挖斷面直徑d兩個參數(shù)代入到本發(fā)明提出的TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模計算公式中，得到管片預制廠各大功能區(qū)和總占地規(guī)模見下表。

表2某隧洞工程TBM預制混凝土管片廠各功能區(qū)及總占地規(guī)模

該隧洞工程實施前，其TBM預制混凝土管片廠占地規(guī)模采用的是傳統(tǒng)方法，即參考其他類似TBM掘進施工的隧洞工程來確定，管片預制廠各生產(chǎn)區(qū)域?qū)嶋H占地規(guī)模見下表：

表3某隧洞工程TBM預制混凝土管片廠各功能區(qū)實際占地規(guī)模

將管片預制廠各大功能區(qū)實際占地規(guī)模與利用本發(fā)明方法提出的計算占地規(guī)模對比可以得知，鋼筋籠制作區(qū)(A區(qū))和管片廠外堆存區(qū)(F區(qū))兩大生產(chǎn)區(qū)域?qū)嶋H占地規(guī)模要小于計算占地規(guī)模，可以初步判斷這兩大生產(chǎn)區(qū)域?qū)艿綀龅匾?guī)模的限制而影響其功能設計的實現(xiàn)，這與該工程TBM預制混凝土管片廠生產(chǎn)現(xiàn)場的實際情況基本一致。說明了本發(fā)明提出的計算公式在實現(xiàn)快速確定TBM混凝土預制管片廠占地規(guī)模的同時，具備足夠的可靠性和實用性，具有很好的應用前景。