1前言
隧道管片作为地铁隧道永久支护结构，它犹如“地铁肋骨”一样，对隧道结构的安全起决定性的作用，对盾构管片抗压强度和抗渗（检漏）要求很高.其中管片初期养护对管片提高质量起到至关重要的作用.地铁盾构管片生产初期养护在国内大多采用蒸汽养护方式，蒸汽作为热传导介质的热量利用率相对较低，湿度过大容易在管片表面凝结成水膜影响收水效果：初期养护区蒸汽养护粗放的温控容易引发温度裂纹：管片初期养护的供热来自燃（煤）气的蒸汽锅炉，近年来，随着北方地区环境污染压力巨大，环境污染治理任务严峻，寻找环保能源进行管片初期养护，是实现管片生产节能减排和产业升级的客观要求.随着环保的要求越来越高，研制一种通用性强，能够适用多种尺寸管片初期养护的绿色初期养护设备意义重大.
“空气源热泵用于钢筋混凝土管片初期养护的施工工法”紧密联系实际，结合天津地铁6号线（梅林路站-咸水沽西站）盾构管片制作和天津地铁10号线一期盾构管片制作B包的管片初期养护进行研究，通过精准温控、智能远程控制且节能、环保，符合国内钢筋混凝土管片初期养护绿色施工发展趋势，该施工工法的推广和应用将改变传统供热方式（锅炉产生蒸汽）成为初期养护的方式.使用传统燃气锅炉蒸养时，每立方混凝土消耗甲醇、电费产生费用75.33元，碳排放300千克：引进空气源热泵蒸养后，每立方混凝土仅消耗电费37.07元，用电的碳排放下降至41.6千克，有效避免了环境污染，在降耗节支、节能减排、环境保护等方面起到了行业示范引领作用，具有很强的可操作性及推广
价值.
2工法特点
2.1智能化控制的管片生产初期养护实现绿色施工.
管片生产初期养护采用空气源热泵给17个独立固定窑分别供热养护，自动控制系统通过窑内智能温度感应器远程控制空气源热泵送风量来调节窑内温度实现窑内温控，保证了初期养护温控准确、周期缩短；通过智能控制热风循环系统还能实现热能回收再利用，实现热源空气利用最大化.空气源热泵采用全电力运行，无需燃煤或天然气，不会对环境造成污染，具有节能环保绿色施工特点.
2.2空气源热泵养护施工参数设置科学合理.
空气源热泵用于钢筋混凝土管片初期养护的施工工法，遵循混凝土养护规律，据此对现场实时监控，通过对各项试验收集整理数据，确定管片初期养护各阶段温度基本参数.
2.3缩短生产工期，降本增效.
采用空气源热系供热独立固定窑分别养护，混凝土初期强度增长快，缩短达到管片起吊强度的养护时间，加快模具周转速度，模具日周转由原来的2-2.5个循环增加为3-3.5个循环，人工、初期养护费用大幅降低.
3适用范围
本工法适用于不同尺寸形状的混凝土预制构件初期养护，尤其适用于大批量混凝土预制构件流水线生产、初期养护施工中有较高的应用性.由于空气源热泵体积小、重量轻、安装方便，机动灵活性好，也可用于野外零星工程.
4工艺原理
对各种初期养护的热源对比后选择空气源作为加热源进行混凝土管片初期养护的热风养护的深入研究，热源空气节能环保高效.从空气源热泵配套设计、养护窑建设，智能控制热风循环系统实现热能回收再利用等系统多方面开展研
究充分发挥空气源热泵在管片初期养护中优势.
空气源热泵是由电动机驱动，利用空气源热泵的压缩机压缩热泵工质（空气），以空气为热源，压缩空气成为高温高压的气体进入冷凝器放热，由循环风机送入风道再进入养护窑，将养护窑内空气加热，智能实现固定窑内升温、恒温，达到混凝土初期养护的目的.采用的空气源热泵供热是热泵循环（逆卡诺循环）在生产施工有效运用，以消耗一定的电能作为补偿过程而实现制热的.
空气源热泵工作过程：①进入蒸发器吸热前状态：低温低压液体通过空气交换机的汽化器气化蒸发吸收从空气中吸收大量的热量Q2：②蒸发吸热后的制冷剂R134a变为低温低压气体（R134a制冷剂标准沸点为-26.1C）：③通过输入少量电能驱动压缩机做功，低温低压气体状态的制冷剂进入压缩机，压缩机做功压缩制冷剂变为高温高压气体（此时制冷剂热量=从空气中吸收的热量Q2压缩机中的电能在压缩制冷剂时转化成的热量Q1）：④高温高压液态制冷剂通过换热器与风道空气换热变为低温高压液体（将其所含热量（Q1Q2），被压缩后的高温高压制冷剂进入冷凝器，凝结成高压低温的液体，释放进入热风循环系统，新风被加热到80C进入风道再进入养护窑）：③低温高压液态制冷剂通过膨胀阀机构节流装置节流降压，变为低温低压液体：进入蒸发器重复以上过程.
图4-1空气源热泵（供热工况）工作流程
空气源热泵主要由制冷剂（冷媒）从压缩机→四通阀→冷凝器（加热热风
从上图可看出，制热工况下，空气源热泵机组工质在蒸发器中吸收周围环境介质中的能量为Q2，通过压缩机做功消耗的能量为Q1，工质在冷凝器中放出热量为Q3，新风获得的热量Q3=制冷剂从空气中吸收的热量Q2驱动压缩机的电能转化成的热量Q1，在标准工况下：Q2=3.6Q1，即消耗1份电能，得到4.6份的热量（理想状态），比电加热节能.具有较高的供热效率，符合绿色施工.
图4-2空气源热泵内部结构图
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
图5.1.1-1车间规划平面图
本技术通过物流关系规划在2车间东侧蒸汽窑改建为热源空气使用的固定
养护窑.对应于133片模具设计的为匹配工序安排，计算需要养护窑分为17个，每间放7片，共119片，进模线和出模线可放33片，共计152片：模具长4100mm，宽1900mm，高1200mm，模具小车长4100mm，宽17mm，高250mm，设计每个养护窑放7片管片，整体窑长108m，宽18.4m，生产线17个蒸养窑，单窑长18.4m，宽5.6m，高2.44m（窑内梁底高2.18m），门宽5.5m.每个窑内摆放7片模具约39吨和混凝土11m”，一个窑里混凝土量加模具约重60~65t：每进窑口和出窑口端均设自动升降窑门，全封闭保温，窑内两端平台上放模具小车，窑内中间铺设两根钢轨道用于模具小车平移.模具层顶与窑顶之间留有充分间隙，便于气流组织、热风对流.窑内摆满浇筑好混凝土的模具后预热、升温、恒温，开门出窑.17个独立养护窑轮流进行.养护窑风道设置在养护窑下面，分为送风和回风风道.根据流体力学分析，受热的空气膨胀上升，将送风和回风风道建在地面以下，地上的养护窑，其上面放置空气源热泵和的三层立体空间作业.
图5.1.1-2养护窑及空气源热泵位置立面图、平面图及风向示意图
图5.1.1-3养护窑独立分隔图和空气源热泵机组
