高铁预制梁场智能化制梁技术实践研究

高铁预制梁场智能化制梁技术实践研究

张军发

中铁上海工程局集团有限公司第七分公司 山东 烟台 265500

摘要：采用传统的预制梁方法，不仅精度低，误差大，存在安全隐患，同时也会降低工程建设的效率，从而影响到梁制梁的质量。为了满足高速铁路高速发展和规范化建设的需要，将智能技术应用于铁路预制梁场。利用信息化、智能化、工厂化、自动化等技术，对预制梁场的施工进度、安全、质量起到了很好的保障作用。

关键词：高速铁路；预制梁场；智能化制梁技术

1高铁预制梁场智能化制梁技术存在的问题及原因分析

1.1制梁场规划建设不科学

在制梁场的设计施工中，由于台座基础的承载力不够，且没有及时进行有效的加固，导致张拉后的台座端面沉降，从而影响到后期的预制质量；底模的宽度和侧边（与边模接合部）不合理，底模具的边线不正或预留的拉杆孔间距太大，导致预制梁的底板渗漏；制梁区排水不良，线路错综复杂，施工不便，存在较大的安全隐患。

1.2钢筋加工和安装标准化程度低

钢筋原材、半成品露天堆放，导致钢筋腐蚀；小型人工剪断机的下料，不易控制精度，且具有很大的随意性；采用手工操作的小型弯头机械，导致了加工精度低、标准化程度低；在支架上进行钢筋绑扎时，使用的是一种简易的标尺，其施工质量不高。这些不精确、不规范的施工，会导致钢筋间距过大，保护层的合格率较低，从而导致钢筋腐蚀、梁断裂，严重时出现混凝土脱落。

1.3模板设计不科学，加工精度不足

在模板设计时，考虑不周、加工精度不高、模板安装不严格、施工过程中的安全措施不严格；其质量问题有：模板错位、拼接部位漏水、顶板环状钢筋与侧向模板立柱发生碰撞、在拆模时产生混凝土裂缝、预制梁长度不准确、箱梁内模漂浮等。

1.4混凝土配比设计不合理，施工管理不到位

混凝土配比设计不合理，原料进场质量不严格，拌和、运输、浇筑等施工过程中不严格的施工工艺、施工人员的责任心差、养护管理不到位等，会导致混凝土强度不稳定，耐久性差，混凝土开裂，外观质量差；若不能正确地进行凿毛，就会导致湿接线不牢等问题。

1.5张拉设备性能差、施工工艺不规范

在计算时，没有按照规范的规定进行相关系数的现场测试，导致了张拉数据的计算不够精确；预应力钢筋进场时的质量控制不严格、张拉设备的性能差、技术交底不完善、操作者的技术水平低下，导致张拉控制中的张力不够准确，张拉作业不规范，两端张拉时不协调；同一跨、甚至同一座桥梁的预制梁，由于计划安排的工期较长，且在存在的过程中没有及时采取相应的预压措施，导致了预制梁的起拱不均；锚杆不符合要求，锚杆的绑扎不规范，或混凝土发生了病害，导致张拉时的锚杆混凝土失效。

1.6压浆设备能差，现场管理不到位

在混凝土浇筑时，由于没有在预应力管线上设置衬管，导致了孔道的塌陷和堵塞；选择的压浆设备不够好，导致压浆不够紧密；采购的灌浆材料进入现场的质量控制不严格；配制浆料时，计量不准，搅拌机转速不够，料斗没有再搅；技术交底不完善，施工现场控制不到位导致注浆材料的强度达不到规定的要求。这些原因会使钢索的压浆质量达不到要求，最终导致钢绞线的腐蚀，严重时会使钢绞线在高应力状态下断裂，从而使梁体处的预应力丧失或破坏；梁体开裂，梁体下挠度大；

2智能化创新应用

随着科学技术的进步，以现有的工程机械为基础，开发了智能化加工设备系统，箱梁液压内模系统，张拉系统；一批智能化、自动化的喷淋系统、静载系统；新的、高度一体化的设备正在不断出现。这种智能设备效率高，可以节省大量的劳动力。

2.1智能化钢筋加工机械设备系统

利用BIM技术，智能化钢筋加工机械可以在作业平台上对钢筋进行智能化、自动化和工厂化的加工。本系统与传统的普通加工设备相比，不但大大加快了生产速度、提高了加工精度、节省了大量的钢材；减少了钢筋加工厂的浪费，减少了工人的数量。

2.1.1智能钢筋弯箍机

智能钢筋弯箍机采用PLCPLC控制，数控系统，伺服电机驱动器，实现了钢筋的自动调直、定尺、弯曲；剪裁结合，不仅速度快，效率高，还能保证品质和准确度。

2.1.2双向移动智能棒材弯曲机

双向移动智能棒材弯曲机的工作过程：按照设计图进行剪裁，并设置各个侧面的长度和弯角，然后发送给PLC，由PLC公司进行操作，实现对钢筋的加工。

2.2智能液压内模自动行走系统

液压内模自动行走系统在驱动（电机）的作用下，由内模底部的滑块将内模从箱梁中拉出。该系统由箱体、滚轮、齿轮等转动传动机构及内部模具运动机构构成。辊子和箱体是有机地相连的，轴杆由齿轮紧固，轮轴与箱体旋转，传动机构的输出轴与轮轴相连。将传动机构牢牢地固定在箱体上，并利用齿轮与内模具的运动机构相互协作，将内部模具的运动机构固定在内模具的底部。智能液压内模自动行走系统的优点在于可以实现箱梁内部模具的智能化自动行走，完全改变了以往用传统的抬高、后推的繁琐方法，便于装配、拆卸。本系统大大缩短了装配和拆卸的时间，减少了工人的配备。另外，龙门起重机的快速装配和拆卸，大大减少了其工作时间，提高了工作效率。

2.3智能张拉设备系统

2.3.1智能张拉系统组成

智能张拉系统一般装备有千斤顶，智能预应力张拉仪，油泵，系统主机等。在千斤顶的回油端和压力端安装了无接触位移传感器和液压传感器，利用压力传感器实时监控自动平衡同步张紧力，并利用位移传感器实时检测钢绞线的伸长率，并在显示屏上实时显示；该方法既能有效地控制拉伸强度，又能有效地控制钢丝绳的伸长，又能有效地防止油压引起的低频干扰。

利用压力传感器实时获取张拉拉力，利用位移传感器实时监测钢绞线的拉伸、收缩等相关数据，并将有关的数据发送给张拉系统进行智能的分析和判断，在收到反馈后，保证了对预应力和载荷的实时、准确的控制。根据设定的程序，对各设备的各项操作进行同步控制，使钢绞线整体的张拉过程达到智能化。与传统的手工拉索方法相比，本系统能够有效地对张拉进行信息的管理与控制，使预应力控制的准确性得到极大的改善，并能自动产生报表，跟踪质量；既能提高梁板的制作质量，又能节约工程造价。

2.4智能压浆系统

本系统主要包括：高速制浆机、低速储浆桶、螺杆泵等循环注浆机及微机控制系统。浆液流经高速制浆机、低速储浆桶、螺杆泵；通过在封闭的管路中不断地进行循环，能够及时地将气体排出，快速查找堵塞的原因等，从而减少可能造成不密实的客观因素。在管线的入口处安装精确的传感器，实时监控压力，将有关的数据和紧急状况及时反馈给系统的主机，进行实时的分析和判断。根据主机的指令，控制系统能根据施工工艺规范的要求，及时调整压力，确保注浆质量和压力满足施工技术规范的要求。

2.5预制箱梁自动喷淋养护工艺

自动喷水养护控制器有两种控制模式：一种是定时喷洒，在系统中设定喷洒间隔，当喷水达到一定程度后，就会自动喷洒。二是根据梁周边温度和湿度，设置上下限，并根据温度和湿度的设定值自动喷洒，保证梁体在整个养护期间都处于潮湿状态；同时，由于梁末端是养护盲区，如果养护不当，极易发生开裂等质量问题，为解决此质量通病；为做好梁端和锚固混凝土的养护，设计了三层保护和养护设备。其施工方法为：按箱梁的端部形状，用铝合金方管焊接成固定托架，并在托架与混凝土表面间放置两层土工织物和一层塑料片，以保证两层土工织物和一层塑料板紧密地粘结在一起；中间层为不渗透塑料薄板，以防止水分迅速蒸发，内层采用双层防水布，在灌溉后长期保持湿润，从而达到养护的效果。同时，为提高箱体的养护质量，在箱体的末端设置了防风装置，以确保全孔预制梁的养护质量。

结论

采用梁场智能化制梁技术，梁场设备物联网信息系统，BIM+航空摄影技术，箱梁预应力张拉系统；信息化技术、智能化技术在高速铁路预制梁上的应用，取得了良好的社会效益和经济效益，但在今后的实践中还需继续改进和优化，尤其是BIM技术在预制梁场中的应用；需要在此基础上进行深入的探索与创新。

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