2020年8月11日，中國混凝土與水泥制品協會組織召開了由青島環球集團重工科技有限公司完成的“盾構管片柔性自動化生產線”科技成果鑒定會。鑒定委員會專家們認為，該成果對推動盾構管片行業技術進步具有重要意義，提高了生產線適應市場多種需求的能力，應用前景廣闊。

　　一、立項背景

　　隨著經濟的迅速發展，各大中城市的交通狀況逐漸擁擠，建設地鐵已經成為解決城市交通問題的有效途徑。未來的軌道交通將在城市交通中占據愈發重要的地位，成為人們出行的一種重要方式。盾構管片是地下隧道盾構施工最關鍵的一個部件，盾構管片的生產工藝就是隨著盾構施工工藝的發展而來的。隨著我國地下軌道建設的快速發展，傳統的管片生產方式已不能適應當前的市場形勢，國內各管片生產企業面臨著轉型升級。

　　隨著地下軌道建設在我國發展的速度加快，需求提升，對高效率，高質量的生產設備及生產線的制造成為業內關注的焦點。傳統的固定生產方式生產效率較低，而隧道窯盾構管片生產線運行過程中需要頻繁的開關門，從而管片養護的三個溫區不能很好地區分，無法滿足管片養護工藝曲線，質量不穩定，同時隧道窯式生產線需要最低四到五套模具才能進行循環生產，前期投入成本較大，為了進一步推動盾構管片的發展應用，解決在生產過程中存在的實際問題，形成具有特色的盾構管片生產技術，能夠完美貼合養護工藝曲線，本項目針對兩種管片底盤寬度尺寸2150mm與1560mm，經過自主創新，設計并開發出“柔性管片自動生產線”。該生產線在管片生產過程中最大限度地保持物流順暢，將生產線的構件脫模、混凝土輸送和管片運出等幾種物流分布于車間的不同位置和不同高度，減少了不同作業工序之間的相互干擾；采用環形流水式生產線，部分解決了固定式地模生產線整體效率低，勞動強度大，人工成本高，并且產品質量難以保證，現場管理困難的問題；實現了從拆模、脫模、清模、涂脫模劑、安裝鋼筋籠、放置預埋件、檢查、布料澆筑和振搗、抹面、靜停養護、蒸汽養護等的全流程控制，自動化程度大大提高。該柔性管片自動生產線兼容性較強，可任意套數模具進行自動化生產，沒有對模具數量的要求，而且一條生產線生產完成一種制品后，可進行托輪間距調整，同時模具底盤采用無走輪設計，最大限度的節省模具制作成本；同時采用連體式獨立養護窯進行養護，可單窯分別控制，避免資源的浪費同時也能提高產品強度，保證管片的養護質量；同時，采用雙澆筑工位的前提下，以極大提高生產效率；地下隧道施工都是階段性的，施工完成后會造成原有生產線的浪費，現社會市政等小型構件需求量逐步上升，本項目設計的柔性管片自動化生產線能夠在原有的基礎上進行小部分的升級改造，變成可生產市政等混凝土構件的生產線，且生產線自動化程度高、生產效率高、產品質量穩定，代表了未來盾構管片生產線的重要發展方向。

　　二、研究內容

　　研發團隊進行了廣泛細致的產業調研，細分市場需求，了解我國盾構管片的工藝需求以及生產現狀，并調研了國外比較先進的管片自動化流水線，通過工藝和技術對比對既有技術路線進行優化，為流水線的研發提供有效的信息及數據。與盾構管片廠家合作，深入生產現場進行詳細的交流，了解管片生產的全流程以及過程中的使用要求和注意事項，力求設計出從客戶的使用角度出發的、具有穩定性、可靠性、人性化的流水線。研發團隊結合用戶實際需要，確定總體設計方案，從生產工藝、控制系統、工作線、蒸養線、牽引系統、轉運系統、混凝土澆注振搗系統、養護系統和混凝土周轉系統幾大部分進行了研發和設計。

　　2.1生產流程

　　柔性管片自動生產線生產工藝是一種新的生產模式，主要由1條工作線和若干條連體式獨立養護窯組成，其中養護窯的具體數目可隨客戶要求調整，本項目為13條。管片的生產工序流程包括模具涂脫模劑、合模、安鋼筋籠、裝預埋件、合蓋板、混凝土澆筑、粗光面、靜停、精光面、蓋塑料布、合蓋板、靜停、獨立窯內蒸養、開模、脫模、清理模具、管片存儲等。

　　通過與客戶進行溝通，了解用戶對生產線的需求，確定產能、尺寸、強度等關鍵指標，最終確定設計方案。根據所掌握的流水線生產的熟練程度、生產環境及產能要求，可以對生產節拍進行調節。

　盾構管片柔性自動化生產線流程圖

　　2.2方案設計

　　經過市場調研，結合我國的現狀，根據生產場地以及客戶對產能的要求，做出初步設計方案，通過與客戶的不斷溝通，了解客戶的需求以及意愿，確定最終管片生產線設計方案，并自主創新完成設計定型。生產線設計方案主要包括幾個方面：

　　（1）采用PLC控制系統實現生產線各個工序的控制；

　　（2）用二維移動子母平移車控制模具的精確運轉；

　　（3）采用獨立窯溫度控制系統；

　　（4）設置空模離線位置；

　　（5）生產效率高、生產線柔性可調。

　　2.3核心系統的研發

　　（1）生產線控制系統（其中包括：獨立養護窯的溫度控制、全方位的生產線監控、無線數據通訊、子母平移車的定位控制、急停系統）；

　　（2）組合式推進系統；

組合式推進系統

　　（3）進出模子母平移車（其中包括：出模母車、出模子車、模具運轉）；

　　（4）模具橫向輸送裝置；

橫向輸送裝置

　　（5）混凝土送料系統；

混凝土送料系統（下部）

　　（6）混凝土澆注系統；

　　（7）混凝土養護系統；

　　（8）遠程維護系統；

　　（9）可兼顧生產異形構件改造升級裝置。

　　三、關鍵技術和創新點

　　本項目開發了全自動PLC控制系統、組合式拖輪液壓推進系統、進出模自動識別子母車平移擺渡車、混凝土精確計量和自動送料系統等技術，顯著提高了盾構管片的自動化生產水平。提出了獨立養護窯的工藝方案，開發了獨立養護的PID溫度自動控制系統，實現了管片獨立養護的柔性化生產。開發了混凝土雙工位振搗技術，提高了生產效率。研制了生產線模具的兼容技術，拓展了生產線的產品適用范圍。

　　四、經濟與社會效益

　　本項目生產線自動化程度高，生產效率高，相對國外同類產品，產品性價比較高，是當前國內管片生產企業實現自動化、網絡化管理，實現轉型升級不可缺少的設備；本項目獲得國家實用新型專利9項，提高了生產線的整機性能，解決了國內企業產品質量不穩定等問題，為我國地下隧道經濟安全地施工奠定了基礎，促進了社會交通事業的發展。

　　青島環球集團重工科技有限公司于2020年售出二條生產線，新增產值316萬元，新增利潤30萬元，新增稅收41萬元；該生產線自動化程度高，生產效率高，是當前國內盾構管片生產企業實現自動化、網絡化管理，實現轉型升級不可缺少的設備，具有顯著的經濟效益。

　　五、總結

　　本項目成果已獲授權實用新型專利9項、軟件著作權2項，制訂企業產品標準1項，形成了具有自主知識產權的盾構管片柔性自動化生產線的成套關鍵設備和技術。

　　青島環球集團重工科技有限公司創新設計的柔性管片自動生產線是國內首條可以較低成本來更換模具規格生產的生產線。該柔性管片自動生產線實現了盾構管片的半自動化生產，生產管理智能化，生產管理信息網絡化，滿足了國內企業對管片質量日益高的需求，為企業實現自動生產、實現無人化工廠奠定了基礎，從而縮短了國內企業與國際水平的差距，提高了國際競爭力。