嚴(yán)寒地區(qū)CRTSⅠ型無砟軌道板預(yù)制技術(shù)及工藝創(chuàng)新

張先軍

(哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司，沈陽 110002)

哈大鐵路客運(yùn)專線貫穿東北三省，南起大連，終至哈爾濱，線路全長904 km。所經(jīng)地區(qū)冬季氣溫多在－10℃以下，極端最低氣溫達(dá)到－39.9℃，氣候條件惡劣。全線無砟軌道鋪設(shè)長度為847雙線km，其中除岔區(qū)鋪設(shè)軌枕埋入式無砟軌道外，其余地段均鋪設(shè)CRTSⅠ型板式無砟軌道。

為確保哈大鐵路客運(yùn)專線CRTSⅠ型軌道板生產(chǎn)質(zhì)量及精度滿足相關(guān)要求，哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司以“標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、機(jī)械化、專業(yè)化、信息化”為手段，組織相關(guān)單位對(duì)軌道板制造過程中的鋼筋加工、預(yù)應(yīng)力張拉、蒸汽養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵工序進(jìn)行研究和工藝創(chuàng)新，并進(jìn)行了全線推廣。

1 無砟軌道設(shè)計(jì)概況

哈大鐵路客運(yùn)專線CRTSⅠ型無砟軌道板設(shè)計(jì)為后張法雙向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，為確保CRTSⅠ型板式無砟軌道在嚴(yán)寒地區(qū)的使用壽命，鐵道部組織相關(guān)單位開展了科研攻關(guān)，從優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著手，采取增加軌道板厚度、板面設(shè)置承軌臺(tái)、加密底座伸縮縫等措施提高軌道結(jié)構(gòu)的低溫適應(yīng)性。與內(nèi)地滬杭高鐵及滬寧高鐵采用的CRTSⅠ型無砟軌道板結(jié)構(gòu)相比，哈大鐵路客運(yùn)專線 CRTSⅠ型無砟軌道板板厚由19 cm增至20 cm，增加了1 cm高的承軌臺(tái)［1］，軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 CRTSⅠ型軌道板結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)施工組織安排，全線共設(shè)置了16個(gè)軌道板預(yù)制廠，預(yù)制無砟軌道板354 094塊［2］。

2 無砟軌道板預(yù)制工藝及主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

哈大鐵路客運(yùn)專線軌道板制造主要進(jìn)行了5項(xiàng)工藝創(chuàng)新，軌道板制造流程［3］及主要工藝創(chuàng)新點(diǎn)詳見圖2。

圖2 哈大鐵路客運(yùn)專線軌道板制造工藝及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

3 無砟軌道板預(yù)制工藝創(chuàng)新

3.1 鋼筋加工數(shù)控化技術(shù)

為了提高鋼筋加工精度和生產(chǎn)效率，該成套設(shè)備主要由數(shù)控鋼筋切斷機(jī)和數(shù)控鋼筋彎曲機(jī)組成，效率較高，完全可以滿足板廠生產(chǎn)的需要。

鋼筋數(shù)控加工設(shè)備圖片詳見圖3。

圖3 自動(dòng)輸送架和立式彎曲機(jī)

3.1.1 數(shù)控鋼筋切斷機(jī)機(jī)械性能特點(diǎn)

數(shù)控鋼筋切斷機(jī)采用CNC及PLC系統(tǒng)，可任意設(shè)置切斷長度以及按設(shè)置的任務(wù)類別連續(xù)工作，輸送速度快，定尺切斷精度高;斜刀口設(shè)計(jì)、氣動(dòng)離合式剪切，故障率低，剪切能力強(qiáng);多擋板設(shè)計(jì)，定位速度快，避免出現(xiàn)鋼筋滑動(dòng)或切斷長度超差;凹槽式刀片設(shè)計(jì)，防止鋼筋剪切時(shí)側(cè)移;鋼筋料架輸送裝置可正反向旋轉(zhuǎn)，靈活傳送鋼筋。防跳動(dòng)自動(dòng)壓緊裝置，安全可靠性高。

3.1.2 數(shù)控鋼筋彎曲中心機(jī)械性能特點(diǎn)

數(shù)控鋼筋彎曲中心可與數(shù)控式鋼筋剪切生產(chǎn)線配套使用，也可單獨(dú)工作，將鋼筋進(jìn)行自動(dòng)化高質(zhì)量彎曲加工;鋼筋輸送臺(tái)有多個(gè)動(dòng)力輥輪組成，完成鋼筋自動(dòng)輸送和存料作用，輸送輥采用高質(zhì)量橡膠表層，降低噪聲，提高效率;舉升機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)控制，可將鋼筋自動(dòng)定位到雙彎曲機(jī)頭上，并將已經(jīng)彎曲的鋼筋傳送到儲(chǔ)料倉上，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 蒸汽養(yǎng)護(hù)溫控自動(dòng)化技術(shù)

蒸汽養(yǎng)護(hù)是用蒸汽在混凝土結(jié)構(gòu)周圍造成濕熱環(huán)境，以加速混凝土硬化的方法［4］，為了保證蒸汽養(yǎng)護(hù)效果和混凝土品質(zhì)，哈大鐵路客運(yùn)專線全線16個(gè)板廠全部采用自動(dòng)溫控系統(tǒng)進(jìn)行溫度動(dòng)態(tài)控制，為了提高工作效率，溫控系統(tǒng)采用一控一模的方式，即1套溫度控制器和1個(gè)電磁閥控制單臺(tái)模具進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。溫控系統(tǒng)的設(shè)備控制及數(shù)據(jù)采集方案［5］見圖4。

圖4 溫控系統(tǒng)的設(shè)備控制及數(shù)據(jù)采集方案示意

蒸汽養(yǎng)護(hù)采取蒸汽鍋爐加熱，模具的溫度控制器可由操作人員現(xiàn)場(chǎng)操作，也可以由遠(yuǎn)程的中央計(jì)算機(jī)管理。在蒸汽管道布置和敷設(shè)中，采用自然膨脹的方式解決熱脹冷縮的問題，末端設(shè)置疏水器輸出管道凝結(jié)水，每臺(tái)模具的蒸汽管道從兩端進(jìn)入軌道板，使蒸汽供熱分布均勻。

蒸汽養(yǎng)護(hù)嚴(yán)格按照靜養(yǎng)、升溫、恒溫、降溫四個(gè)階段進(jìn)行［6］，采用測(cè)溫元件實(shí)時(shí)監(jiān)控廠房?jī)?nèi)環(huán)境溫度、蒸養(yǎng)棚內(nèi)蒸汽溫度、軌道板的芯部溫度、軌道板表面溫度，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)程序在電腦上實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)護(hù)規(guī)則的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)護(hù)過程的全程監(jiān)控，包括實(shí)時(shí)溫度曲線的顯示、歷史數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)的打印等管理功能，確保蒸養(yǎng)過程中每塊板的升、降溫速率、恒溫時(shí)間和溫度等滿足規(guī)范要求。

圖5為自動(dòng)溫控系統(tǒng)自動(dòng)生成的溫度曲線。

圖5 溫控系統(tǒng)自動(dòng)生成的溫度曲線

3.3 預(yù)應(yīng)力張拉自動(dòng)化及痕跡自動(dòng)生成技術(shù)［7］

自動(dòng)張拉系統(tǒng)設(shè)備由液壓系統(tǒng)、測(cè)力系統(tǒng)、位移測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成［8］。其結(jié)構(gòu)方框圖見圖6。

圖6 自動(dòng)張拉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意

1個(gè)液壓站為4臺(tái)千斤頂提供動(dòng)力，4個(gè)獨(dú)立的電控?fù)Q向閥組分別控制4臺(tái)千斤頂，控制信號(hào)對(duì)閥組的控制，可實(shí)現(xiàn)千斤頂?shù)募訅骸⑿秹杭氨?在千斤頂?shù)囊簤河吐分邪惭b有壓力傳感器，將千斤頂?shù)膲毫π盘?hào)傳送到控制器，千斤頂上安裝有位移傳感器，可將千斤頂?shù)奈灰菩盘?hào)傳送到控制器?？刂破饔煽删幊炭刂破?PLC)、觸摸顯示屏(HMI)和數(shù)字采集器組成。千斤頂?shù)奈灰菩盘?hào)及壓力信號(hào)通過控制器上的數(shù)字采集器傳送到PLC，操作者通過觸摸屏設(shè)定張拉方式、張拉力、持荷時(shí)間等參數(shù)，啟動(dòng)張拉設(shè)備，系統(tǒng)將自動(dòng)完成張拉。圖7為YT-Ⅰ型軌道板自動(dòng)張拉系統(tǒng)圖片。圖8為自動(dòng)張拉設(shè)備的控制界面。

圖7 YT－Ⅰ型軌道板自動(dòng)張拉系統(tǒng)

圖8 自動(dòng)張拉控制界面

另外，為了便于張拉后對(duì)軌道板張拉完成情況的檢查，避免因?yàn)楣と似v或偷懶等原因?qū)е律倮?、漏拉現(xiàn)象，哈大鐵路客運(yùn)專線開發(fā)了多種張拉自動(dòng)形成壓痕裝置，對(duì)保證軌道板預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量起到了很好的控制作用。

哈大鐵路客運(yùn)專線CRTSⅠ型無砟軌道板采用的自動(dòng)張拉系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):①張拉精度高。通過采用高精度壓力傳感器和位移傳感器進(jìn)行壓力和位移的實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，提高了張拉精度。②在保證張拉精度的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉中張拉應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力筋伸長值的雙重控制。③在可編程軟件中能設(shè)置了補(bǔ)壓和持荷功能，能強(qiáng)制執(zhí)行持荷倒計(jì)時(shí)，有效控制人為誤差。④通過壓力傳感器和位移傳感器直接記錄數(shù)據(jù)，避免人工測(cè)量的誤差且保證了數(shù)據(jù)的真實(shí)性;⑤張拉自動(dòng)形成壓痕裝置，避免因?yàn)楣と艘蚱v或偷懶等原因?qū)е碌纳倮?、漏拉現(xiàn)象。

總之，預(yù)應(yīng)力自動(dòng)張拉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力張拉過程的智能化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、數(shù)字化，具有張拉精度高、差錯(cuò)率小、操作簡(jiǎn)便，工效高及綜合費(fèi)用較低的優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.4 錨穴口自動(dòng)成槽技術(shù)

軌道板錨穴自動(dòng)成槽工藝是采用在模板內(nèi)錨具表面加縱橫交錯(cuò)硅膠條制成的環(huán)狀體，在混凝土灌注前安裝在錨具上并調(diào)整均勻，直接在混凝土灌注過程中形成縱橫交錯(cuò)的凹槽以達(dá)到錨穴成槽的效果［9］。此工藝避免了以前人工對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)混凝土鑿毛的困難、能夠提高工效，減少板廠的粉塵污染和噪聲污染，同時(shí)縱橫交錯(cuò)成槽使封錨砂漿能與軌道板板體很好的連接，降低了運(yùn)營過程中封錨砂漿脫落的風(fēng)險(xiǎn)。圖9～圖11為錨穴口自動(dòng)成槽技術(shù)圖片。

3.5 成品板平整度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

傳統(tǒng)意義上的檢測(cè)方法大多采用游標(biāo)卡尺、塞尺、靠尺及水準(zhǔn)儀等設(shè)備，不僅工效慢，精度低，影響檢測(cè)進(jìn)度。哈大鐵路客運(yùn)專線組織相關(guān)單位開發(fā)了成品板平整度自動(dòng)檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)。

成品板平整度檢測(cè)系統(tǒng)主要由測(cè)量機(jī)器人(全站議)、數(shù)據(jù)處理終端(數(shù)據(jù)處理軟件)和測(cè)量輔助器材3部分組成［10］。詳見圖12。

為了保證測(cè)量精度，提高測(cè)量效率，相關(guān)單位聯(lián)合開發(fā)了成品軌道板自定心螺孔適配器(圖13)，能夠精準(zhǔn)的測(cè)量螺栓孔的中心和對(duì)應(yīng)的板面的高程;使用球形棱鏡做測(cè)量目標(biāo)，定心準(zhǔn)確，快速高效。采用高精度(測(cè)角精度:一測(cè)回方向標(biāo)準(zhǔn)偏差0.52，測(cè)距精度:1 mm+1 ppm)、具有自動(dòng)目標(biāo)搜索、自動(dòng)目標(biāo)瞄準(zhǔn)的全站儀(測(cè)量機(jī)器人)進(jìn)行測(cè)量。

圖9 網(wǎng)狀橡膠條

圖10 網(wǎng)狀橡膠條安裝

圖11 成型的錨穴口槽道

圖12 平整度檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖13 自定心螺孔適配器與球形棱鏡

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量完成后將檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)成品軌道板進(jìn)行螺栓孔的共面性、共線性、對(duì)稱平行性及等距性分析評(píng)估，評(píng)估完成系統(tǒng)自動(dòng)生成圖形并標(biāo)出分析結(jié)果，形象直觀。成品板平整度自動(dòng)檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)設(shè)備配備見表1。成品軌道板檢測(cè)評(píng)估流程詳見圖14。

表1 檢驗(yàn)設(shè)備配備

總之，采用成品板平整度自動(dòng)檢測(cè)評(píng)估系統(tǒng)，滿足了規(guī)范要求的測(cè)量精度，操作方便快捷，提高了檢測(cè)效率，減少人了為誤差。

4 結(jié)論及建議

圖14 成品軌道板檢測(cè)評(píng)估流程

綜上所述，哈大鐵路客運(yùn)專線在CRTSⅠ型無砟軌道板制造過程中采取的5項(xiàng)工藝創(chuàng)新大大提高了工效，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，確保了工藝質(zhì)量，對(duì)今后我國的CRTSⅠ型無砟軌道板制造具有示范和推廣作用。

但是，由于該5項(xiàng)創(chuàng)新工藝多為首次在CRTSⅠ型無砟軌道板制造過程中應(yīng)用，部分創(chuàng)新工藝相關(guān)的設(shè)備性能有待進(jìn)一步改進(jìn)，部分自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)處理的軟件還有優(yōu)化完善的必要，建議在今后的生產(chǎn)過程中研發(fā)單位能進(jìn)一步對(duì)相關(guān)設(shè)備和軟件進(jìn)行優(yōu)化完善，形成標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)制造工藝。

［1］楊靖東.哈大客運(yùn)專線無砟軌道結(jié)構(gòu)選型研究［J］.鐵道建筑，2008(10):92-95.

［2］哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司.哈大客專CRTSⅠ型無砟軌道板質(zhì)量控制手冊(cè)［S］.沈陽:哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司，2009.

［3］李雪松.嚴(yán)寒地區(qū)CRTSⅠ板式無砟軌道板制造工藝［J］.山西建筑，2009，35(32):151-152.

［4］李敏霞，李義強(qiáng).雙塊式無砟軌道生產(chǎn)線蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2010，36(4):45-47.

［5］張先軍，趙世運(yùn).嚴(yán)寒地區(qū)客運(yùn)專線CRTSⅠ型無砟軌道板制造蒸養(yǎng)階段裂紋控制技術(shù)［J］.國防交通工程與技術(shù)，2011(3):49-51.

［6］鐵道部科技司.客運(yùn)專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道混凝土軌道板暫行技術(shù)條件(科技基［2008］74號(hào))［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［7］張俊宏.CRTSⅠ型軌道板自動(dòng)化張拉系統(tǒng)研究［J］.今日科苑，2009(8):27-29.

［8］馬進(jìn)軍，余會(huì)春.無砟軌道板張拉工藝的自動(dòng)控制［J］.鐵道建筑技術(shù)，2010(S):193-194.

［9］張先軍，等.哈大客運(yùn)專線CRTSⅠ型無砟軌道板自動(dòng)張拉技術(shù)研究［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(4):24-27.

［10］哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司.哈大客專綜合施工技術(shù)研究報(bào)告－CRTSⅠ型無砟軌道板預(yù)制綜合施工技術(shù)研究階段性科研報(bào)告［R］.沈陽:哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司，2011.