铁路桥梁预制智能浇筑施工方法与技术措施探究

铁路桥梁预制智能浇筑施工方法与技术措施探究

魏海兵 董兴亮 刘学 王斌

中建八局第一建设有限公司 山东省济南市 250000

摘要：这一阶段，铁路桥梁不断发展，建设技术水平不断提高，质量管理体系也在不断提高。铁路桥梁预制智能浇筑被还需要明确标准化建设的要求。铁路桥梁预制智能浇筑施工需要设置项目的规模、材料运输、建设时间、实施建设的质量目标，极大的提高了铁路桥梁建设的质量。

关键词：铁路桥梁；预制智能浇筑；施工方法

现阶段铁路桥梁生产标准不统一，标准化程度，较依赖于人的主观，技术标准难以把控，使得制成的混凝土梁存在一定的外观质量缺陷。课题年初已立项，目前处于智慧浇筑设备研发阶段，与北京好运达科技公司等外部公司进行了业内广泛交流，探寻合作伙伴致力于共同研发，前期与长沙理工大学、哈尔滨工业大学、同济大学都有不同程度的接触和探讨，制定了初步架构，已申请2项发明型专利，分别是一种大型梁场智能布料与振捣系统及施工，一种是自带检测激光的预制梁顶面整平机及施工控制方法。在这一阶段，高速铁路桥梁不断发展，建设技术水平不断提高，质量管理体系不断提高。预应力混凝土被广泛用于道路和桥梁的建设。此外，还需要明确标准化和基准的要求。预制装配场的计划和设计需要设置项目的规模、材料运输、建设时间、实施建设的质量目标，让铁路桥梁预制智能浇筑施工质量可以得到更可靠的保障。

一、铁路桥梁预制智能浇筑施工的重要性分析

现场浇筑1孔箱梁目前需要25个人工，梁场高峰期每天浇筑3孔梁消耗时间约24个小时，需要连续长时间的施工作业，特别是夜间施工造成施工作业人员视力受限，体能下降、工人的操作能力也不同、导致混凝土布料过厚、漏布、漏振、过振、振捣间距过大等问题，造成梁场混凝土外观质量缺陷等。建筑工人存在老龄化现象，建筑作业人员日益减少，用工成本逐渐增加，浇筑时间加上准备和收尾时间需要工作8小时，人工依赖性较大。

现场浇筑1孔箱梁（C50高性能混凝土316m3）目前需要25个人工，梁场高峰期每天浇筑3孔梁消耗时间约24个小时，需要连续长时间的施工作业，特别是夜间施工造成施工作业人员视力受限，体能下降、工人的操作能力也不同、导致混凝土布料过厚、漏布、漏振、过振、振捣间距过大等问题，造成梁场混凝土外观质量缺陷等。所以迫切需要一种智慧浇筑设备代替人工解决现阶段存在的问题。

随着建筑工人老龄化，建筑作业人员日益减少，用工成本逐渐增加，目前浇筑1孔梁需要约25人。浇筑时间加上准备和收尾时间需要工作8小时，人工依赖性较大。通过智能设备的投入，可以减少人工，提高梁体质量，经过技术方案初期策划，浇筑1孔梁可以减少人工投入15人，减少60%人工投入。开展高铁梁场智能化布料及振捣施工技术研究，实现混凝土浇筑的智能化布料及振捣，克服生产标准不统一，消除和减少混凝土外观质量缺陷等难题，推动预制梁场智能化、智慧化建造水平。

二、铁路桥梁预制智能浇筑施工方法与技术措施分析

（一）铁路桥梁预制智能浇筑施工方法

浇筑原则：梁体混凝土连续灌筑，一次成型，采用斜向（30-45°）分段（4m/段）、水平分层（30cm/层）。顺桥方向：从一端向另一端连续推移的方式进行。当混凝土灌筑至距另一端4m~6m时，则从另一端开始反向灌筑，然后合拢。梁体混凝土灌筑的间断时限为2h。每孔梁的浇筑时间不宜超过6h。

智慧浇筑方式：通过对现有设备进行加装控制器系统改造，实现电脑编程程序控制混凝土泵送量和控制两台布料机布料顺序至指定浇筑位置，由智慧振捣器紧跟振捣。优点：按编程布料，布料顺序、厚度一致。缺点：对设备要求较高以进行改造。通过既有混凝土布料机改装，施工现场具备条件。

（二）混凝土施工振捣工艺要求

振捣原则：采用以插入式振捣棒为主、附着式振动器为辅振捣。振捣方式：采用Φ50和Φ30型振捣棒在振捣过程中严格控制布振间距和振捣时间，注意快插慢拔，移动间距不大于作用半径的1.5倍，并与侧模保持5-10cm的距离。每次插入下层砼的深度为5-10cm。以砼不再沉落，不出现气泡，表面呈现浮浆为度。振捣时间可视具体情况而调整。研发新型振捣方式：使用排插式振捣设备，集成阻力传感器，采用PLC系统，系统通过私服电机控制振捣器。优点：振捣位置准确，减少漏振过振，插入深度标准统一。缺点：投入成本大、私服电机振捣器的识别纠错功能研发难度大。

三、混凝土布料路径规划研究

（一）核心思路

将已有建筑物路径规划中的影响因素作为变量，引入TSP理论进行桥梁方面的动态规划分析。混凝土布料过程中使用的TSP规划。在混凝土浇筑过程中，存在必须经过的遍历点，每个点到其余的各点的方向和路径都有各自的权重，权重的大小取决于诸多因素。混凝土布料路径规划研究布料路径规划参数化设计。

（二）浇筑的位置

混凝土浇筑的位置主要可根据实际工程分为顶板或非天窗式浇筑的底板的浇筑，腹板的浇筑，以及天窗式浇筑的底板的浇筑，浇筑的位置直接影响了TSP-动态规划过程中的遍历点位置和个数。

（三）浇筑荷载的对称性

反对称和对称的两种浇筑方式下支撑体系内力分析的结论是：在非对称路径浇筑方式下，支撑体系某一部位将产生最大支撑轴力，最大轴力出现在混凝土浇筑完全结束之前；而对称路径浇筑方式下，最大轴力出现在混凝土浇筑完全结束之后。在反对称浇筑方式下，各杆件轴力差别大，有的杆件很快达到最大值,有的杆件却出现上拔趋势。对称浇筑方式下，各立杆轴力增长都较缓慢、较均匀，轴力差别较小。除了以上两个比较大的差异外，反对称的浇筑方式对于一些抗扭刚度较差的桥梁来说是较为有害的，会导致一定程度的水平向侧移和扭转。

（四）模板与支撑的强度、刚度、稳定性及薄弱点

在混凝土的浇筑过程和混凝土浇筑完成后这两个时间历程内，模板和支撑上各点的内力大小是不一致的，模板和支撑的强度、刚度、稳定性及薄弱点直接关系到不同的遍历点之间路径的安全度，若是路径的安全度较低，则路径的权值会相对增大，即认为这条路径在同样情况下需考虑一定的长度增加修正。而相反的，若是路径的安全度较高，则路径的权值会相对减小，即认为这条路径在同样的情况下需考虑一定的长度减少修正。

（五）混凝土出料口流量和移动速度

混凝土出料口的流量和移动速度是路径算法中的参量，根据桥型的不同，以及混凝土泵机的功率进行确定，于算法最开始输入。

（六）梁体各区块的长宽以及深度大小

梁体各区块的长宽以及深度大小也作为路径算法中的参量输入，便于后续运算过程中根据深度大小，确定同样布料过程的重复次数。

结论：在我国铁路建设中，桥梁比例的增加、运行速度的增加以及高速铁路建设快速增长的背景下，铁路桥梁预制智能浇筑的建设尤为重要，熟悉桥梁预制智能浇筑的建设技术和建设过程，高速铁路桥梁预制智能浇筑在设计方面，需要充分掌握结构、基础处理内容、地基和道路内容，所以必须正确调整施工工期，必须正确匹配存在的各种资源，充分发挥其作用，以此更好的帮助我国铁路建设走向高水平、国际、高质量的建设道路。

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