鐵路后張法預(yù)制T梁智慧環(huán)形生產(chǎn)線施工技術(shù)研究

文章結(jié)合新建柳梧鐵路項(xiàng)目站前5標(biāo)平南北智慧梁場(chǎng)工程實(shí)踐，介紹智慧管理平臺(tái)、BIM、AI攝像頭、移動(dòng)臺(tái)座、液壓脫合模板、太陽(yáng)能養(yǎng)生和臺(tái)座自動(dòng)馱移回程小車(chē)等技術(shù)在鐵路后張法預(yù)制T梁施工中的應(yīng)用，通過(guò)其實(shí)現(xiàn)智能化、工廠化流水作業(yè)，安全性強(qiáng)、效率高、質(zhì)量好，大幅提高了臺(tái)座和模板周轉(zhuǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，有效解決了依托工程工期緊、用地受限、施工受雨季影響時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。

后張法；預(yù)制T梁；二次張"""""" 拉；智慧梁場(chǎng)；環(huán)形生產(chǎn)線

U448.13A551794

作者簡(jiǎn)介：

陸亦云（1980— ），高級(jí)工程師，研究方向：路橋工程。

0" 引言

相較于傳統(tǒng)的梁場(chǎng)，智慧梁場(chǎng)通過(guò)智能化、數(shù)字化和信息化技術(shù)，對(duì)工裝、設(shè)備和管理手段進(jìn)行智慧化賦能，將鋼筋加工及綁扎、模板安拆、混凝土澆筑及振搗、養(yǎng)生、預(yù)應(yīng)力張拉壓漿等工序由傳統(tǒng)的人工操作升級(jí)為機(jī)械化、自動(dòng)化施工，并實(shí)現(xiàn)梁場(chǎng)安全質(zhì)量智能監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，有效保障施工安全和實(shí)體質(zhì)量，同時(shí)大幅提高施工和管理效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度和人工投入，降低施工成本。

目前智慧梁場(chǎng)在公路建設(shè)中的應(yīng)用較為廣泛，已從智慧梁場(chǎng)1.0版發(fā)展到2.0版、3.0版，但其在鐵路建設(shè)中起步較晚，多應(yīng)用于大型箱梁和小箱梁預(yù)制施工中［1］。鐵路后張法預(yù)制T梁主要應(yīng)用在時(shí)速＜200 km/h的普速鐵路中，體積和重量小，預(yù)制靈活，但梁型多，尺寸變化大，需要投入的工裝、臺(tái)座和模板類(lèi)型和數(shù)量多，梁場(chǎng)規(guī)模較小時(shí)難以攤薄成本，因此鐵路后張法預(yù)制T梁智慧梁場(chǎng)的研發(fā)和應(yīng)用較少。依托工程平南智慧梁場(chǎng)是柳梧鐵路全線最大的梁場(chǎng)，承擔(dān)了3 128片T梁預(yù)制任務(wù)，通過(guò)采用“環(huán)形生產(chǎn)線+標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)線”雙線運(yùn)行模式，使兩種生產(chǎn)模式形成鮮明對(duì)比，一方面可以探索鐵路后張法預(yù)制T梁智慧環(huán)形生產(chǎn)線施工技術(shù)，同時(shí)也能有效對(duì)比環(huán)形生產(chǎn)線與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)線在進(jìn)度、安全、質(zhì)量、成本和節(jié)能環(huán)保方面的優(yōu)劣，為T(mén)梁智慧環(huán)形生產(chǎn)線施工技術(shù)后續(xù)在鐵路建設(shè)中大規(guī)模推廣打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1" 工程概況

1.1" 平南制梁場(chǎng)概況

柳梧鐵路為國(guó)鐵Ⅰ級(jí)客貨共線鐵路，正線采用雙線設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為160 km/h。新建柳梧鐵路項(xiàng)目站前5標(biāo)平南智慧梁場(chǎng)承擔(dān)了5座特大橋共3 128片T梁預(yù)制工作，其中32 m有聲屏障梁292片，32 m無(wú)聲屏障梁2 548片，24 m無(wú)聲屏障梁156片，16 m無(wú)聲屏障梁132片。梁場(chǎng)設(shè)置于平南北站貨場(chǎng)紅線范圍內(nèi)，按功能分區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)區(qū)、環(huán)形生產(chǎn)區(qū)、存梁區(qū)、拌和站、試驗(yàn)室和辦公生活區(qū)，總占地面積約13萬(wàn)m2。標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)區(qū)配置32個(gè)固定臺(tái)座、24套普通模板和10臺(tái)龍門(mén)吊，用于預(yù)制32 m有聲屏障梁、24 m和16 m無(wú)聲屏障梁，同時(shí)兼顧部分32 m無(wú)聲屏障梁；環(huán)形生產(chǎn)區(qū)配置4條環(huán)形生產(chǎn)線、4套液壓模板和5臺(tái)龍門(mén)吊，僅預(yù)制32 m無(wú)聲屏障梁。T梁最大日產(chǎn)能達(dá)16片，每月可產(chǎn)梁400片，存梁區(qū)按雙層存梁設(shè)計(jì)，最大存梁能力為800片，配置3臺(tái)160 t輪胎式提梁機(jī)。

1.2" T梁設(shè)計(jì)概況

無(wú)聲屏障梁采用時(shí)速160 km客貨共線鐵路預(yù)制后張法簡(jiǎn)支T梁（鋼橫梁人行道方案）［2］，圖號(hào)“通橋（2017）2101-Ⅰ”，橋面布置如下頁(yè)圖1所示。

如下頁(yè)圖2所示，32 m邊梁梁高2.5 m，頂板寬度為2.1 m，底板寬度為0.8 m，腹板厚度為21 cm，設(shè)2道端隔板、1道跨中隔板和6道中間隔板，隔板間距為4 m，單片梁體積為53.71 m3，重量為134.3 t，梁體采用C55混凝土。

如下頁(yè)圖3所示，32 m中梁梁高2.5 m，頂板寬度為1.7 m，底板寬度為0.8 m，腹板厚度為21 cm，設(shè)2道端隔板、1道跨中隔板和6道中間隔板，隔板間距為4 m，單片梁體積為53.71 m3，重量為125.1 t，梁體采用C55混凝土。

2" 環(huán)形生產(chǎn)區(qū)布置

如下頁(yè)圖4所示，環(huán)形生產(chǎn)區(qū)長(zhǎng)400 m，寬38.5 m，面積為1.5×104 m2，按功能分區(qū)為鋼筋存放加工區(qū)、鋼筋綁扎區(qū)、混凝土澆筑區(qū)、養(yǎng)護(hù)區(qū)、初張區(qū)和臺(tái)座前后橫移區(qū)，區(qū)內(nèi)共設(shè)置4條環(huán)形生產(chǎn)線和1條臺(tái)座回程軌道，用于單孔4片T梁匹配生產(chǎn)，生產(chǎn)線間距為5 m，模板和胎架之間相互交錯(cuò)布置，以減少交叉施工干擾。鋼筋加工綁扎區(qū)和混凝土澆筑區(qū)采用鋼結(jié)構(gòu)大棚全部覆蓋，總長(zhǎng)度為270 m，跨徑為38.5 m。

鐵路后張法預(yù)制T梁智慧環(huán)形生產(chǎn)線施工技術(shù)研究/陸亦云，祝安寶

如圖5所示，單條生產(chǎn)線配置3套鋼底模、1套液壓鋼筋綁扎胎架和1套液壓開(kāi)合模板。臺(tái)座基礎(chǔ)采用下沉式設(shè)計(jì)，減少模板和作業(yè)平臺(tái)高度，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，鋼臺(tái)座使用設(shè)置于基礎(chǔ)槽內(nèi)的滑觸線供電。鋼筋加工區(qū)和初張區(qū)共設(shè)置3臺(tái)10 t龍門(mén)吊，用于鋼筋原材裝卸和骨架整體吊裝?；炷翝仓^(qū)設(shè)置2臺(tái)20 t龍門(mén)吊，用于混凝土澆筑，5臺(tái)龍門(mén)吊共軌，跨徑35.2 m，吊裝凈高9 m。

3" T梁預(yù)制施工工藝

3.1" 施工工藝流程（圖6）［3］

3.2" 鋼筋下料及加工

T梁梁體鋼筋主要為HPB3008、10圓鋼和HRB400C12和C16螺紋鋼。鋼筋下料及加工采用全自動(dòng)數(shù)控鋼筋調(diào)直切斷一體機(jī)、智能鋼筋彎曲中心等自動(dòng)化數(shù)控鋼筋加工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)盤(pán)條鋼筋一次性完成調(diào)直、定尺切斷、彎曲成型作業(yè)，提高鋼筋利用率、降低廢料率。鋼筋半成品分類(lèi)集中在存放架上整齊堆放，每種類(lèi)型鋼筋前方懸掛鋼筋尺寸大樣圖和標(biāo)準(zhǔn)鋼筋樣品。

3.3" 鋼筋骨架綁扎

T梁腹板和頂板鋼筋骨架分開(kāi)綁扎成型，雙龍門(mén)抬吊入模。每條生產(chǎn)線配置1個(gè)腹板和1個(gè)頂板鋼筋綁扎胎架，胎架上配備專(zhuān)用卡具和軸線滑塊定位裝置，保證鋼筋定位準(zhǔn)確、間距均勻。墊塊采用高強(qiáng)錐形混凝土墊塊，梅花形布置，墊塊上平面有放置鋼筋的凹槽，安裝后牢固不易松動(dòng)，而且拆模后混凝土表面無(wú)明顯色差和痕跡。

3.4" 預(yù)應(yīng)力管道定位及安裝

縱向預(yù)應(yīng)力管道采用橡膠抽拔管成孔，橫向預(yù)應(yīng)力管道采用鋼管抽拔成孔。預(yù)應(yīng)力孔道定位網(wǎng)片使用自動(dòng)焊接臂和專(zhuān)用定位工裝加工成型，定位網(wǎng)片按照腹板鋼筋綁扎胎架上的定位標(biāo)記準(zhǔn)確安放，并與骨架鋼筋焊接固定牢固。抽拔管內(nèi)穿入一根鋼絞線，防止膠管局部下垂和旁彎，抽拔管按照先下后上的順序逐根沿定位網(wǎng)片孔位穿入并綁扎牢固。

3.5" 合模

移動(dòng)式鋼臺(tái)座兼做T梁底模，按二次拋物線設(shè)46 mm反拱，移動(dòng)臺(tái)座使用8套重載浮動(dòng)車(chē)輪在鋼軌上縱移。側(cè)模采用全液壓開(kāi)合不銹鋼模板，底部滑軌固定在外傾的基礎(chǔ)墊梁上，單側(cè)配置4套液壓油缸，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)同步伸縮驅(qū)動(dòng)模板在水平和垂直方向上同時(shí)移動(dòng)。模板上下步梯和施工平臺(tái)與模板一體化設(shè)計(jì)、加工，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。

3.6" 混凝土拌和及澆筑

T梁混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)雙摻粉煤灰和礦粉，細(xì)集料采用河砂，提高混凝土和易性、強(qiáng)度。拌和站配置2套180型拌和機(jī)以滿足混凝土供應(yīng)需求，采用數(shù)字化集中模式，引入物料ERP系統(tǒng)和混凝土質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)，混凝土原材可溯源，保障混凝土質(zhì)量?；炷翝仓捎谬堥T(mén)吊提吊料斗布料方式進(jìn)行，布料方式為：底板至腹板倒角位置分3次水平分層布料、振搗，腹板倒角以上位置按30 cm水平分層布料、振搗。振搗方式為附著式振搗器配合插入式振搗器，單套側(cè)模配置68個(gè)附著式振搗器，通過(guò)PLC智控系統(tǒng)根據(jù)布料順序，智能調(diào)整振搗部位、振搗時(shí)間、間隔時(shí)間、振動(dòng)次數(shù)，有效地控制振搗效果。澆筑完成后，人工收面并覆蓋土工布灑水保濕養(yǎng)護(hù)。

3.7" 脫模

為避免脫模過(guò)程中混凝土棱角破壞，混凝土拆模強(qiáng)度控制在20 MPa。按同養(yǎng)試塊強(qiáng)度情況，夏季脫模時(shí)間約為16 h，冬季脫模時(shí)間約為24 h。脫模時(shí)，模板上的8套液壓油缸同步回油，側(cè)模同時(shí)向外側(cè)和下方移動(dòng)，脫離混凝土面，15 min即可完成脫模。脫模輕緩迅速，效果好。

3.8" 混凝土養(yǎng)生

梁面混凝土初凝后即開(kāi)始覆蓋土工布灑水養(yǎng)生。脫模后，T梁隨移動(dòng)臺(tái)座縱移至太陽(yáng)能養(yǎng)生棚內(nèi)，噴淋溫水進(jìn)行全方位養(yǎng)護(hù)，使用太陽(yáng)能和空氣能熱水器對(duì)養(yǎng)生水進(jìn)行加熱，加熱最高溫度可達(dá)50°。系統(tǒng)根據(jù)梁體表面溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)水溫，溫差控制在＜15 ℃。養(yǎng)生時(shí)間為6～8 h，梁體混凝土強(qiáng)度達(dá)到＞30 MPa后即可離開(kāi)養(yǎng)生棚，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力初張。

3.9" 預(yù)應(yīng)力初張

同養(yǎng)試塊強(qiáng)度達(dá)到＞30 MPa時(shí)，進(jìn)行梁體預(yù)應(yīng)力初張拉，共張拉2束腹板束和3束底板束。鋼絞線采用梳編束整體穿索，每隔1.5 m綁扎固定，防止扭轉(zhuǎn)。穿索完畢后智能張拉設(shè)備和2臺(tái)200 t千斤頂兩端對(duì)稱(chēng)張拉至54%設(shè)計(jì)控制應(yīng)力。張拉完成后，對(duì)所有外露的鋼絞線使用硬塑保護(hù)套進(jìn)行保護(hù)，防止受潮生銹。

3.10" 移梁

梁體預(yù)應(yīng)力初張后，即可移梁至終張區(qū)臨時(shí)存放待強(qiáng)。移梁采用160 t輪胎式提梁機(jī)。提梁機(jī)通過(guò)鋼棧橋跨越基礎(chǔ)槽移動(dòng)至待移梁上方，安裝提梁鋼絲繩，鋼絲繩與梁體接觸位置采用厚橡膠墊進(jìn)行保護(hù)。提梁后先橫移至運(yùn)梁通道，輪胎90°轉(zhuǎn)向后再縱移至相應(yīng)的存梁臺(tái)區(qū)，進(jìn)行存梁。T梁在終張區(qū)持續(xù)養(yǎng)生至齡期達(dá)到14 d，養(yǎng)護(hù)區(qū)配置自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，對(duì)梁體進(jìn)行全方位養(yǎng)護(hù)。

3.11" 預(yù)應(yīng)力終張及壓漿

混凝土強(qiáng)度和彈模達(dá)到100%設(shè)計(jì)值后，進(jìn)行預(yù)應(yīng)力終張拉。預(yù)應(yīng)力張拉采用TYZ/60-VII/LT型鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力自動(dòng)張拉設(shè)備，配置2臺(tái)400 t千斤頂和相應(yīng)的測(cè)力傳感器、位移傳感器，兩端對(duì)稱(chēng)張拉。張拉時(shí)按照張拉力、伸長(zhǎng)量和時(shí)長(zhǎng)三控，伸長(zhǎng)量誤差在±6%以?xún)?nèi)，控制應(yīng)力下穩(wěn)壓時(shí)間3 min，張拉數(shù)據(jù)實(shí)施上傳鐵路工程管理平臺(tái)和梁場(chǎng)智慧管理中心。張拉完成后，安裝壓漿密封罩并在24～48 h完成管道壓漿。管道壓漿采用預(yù)應(yīng)力管道自動(dòng)壓漿車(chē)，真空輔助壓漿工藝，上料制漿、真空壓漿兩大關(guān)鍵工序自動(dòng)化協(xié)同控制，配料和壓漿量計(jì)量精準(zhǔn)。

4" 智能化技術(shù)及設(shè)備應(yīng)用

平南制梁場(chǎng)智慧化建設(shè)主要引入了以下智能化技術(shù)和設(shè)備：

（1）運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)搭建智慧梁場(chǎng)管理平臺(tái)，構(gòu)建數(shù)字孿生梁場(chǎng)［4］，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息，對(duì)橋梁的進(jìn)度、安全和質(zhì)量等過(guò)程進(jìn)行智能化管理，通過(guò)數(shù)據(jù)分析優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高效率。

（2）通過(guò)BIM和GIS技術(shù)，構(gòu)建梁場(chǎng)和全線橋梁電子沙盤(pán)，模擬制造出外形逼真的實(shí)景模型，實(shí)現(xiàn)全橋樁基、承臺(tái)、墩柱和制架梁施工進(jìn)度可視化。

（3）梁體二維碼信息化管理，一梁一碼，通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)梁體全周期生產(chǎn)數(shù)據(jù)可溯源。

（4）拌和站采用數(shù)字化集中模式，引入物料ERP系統(tǒng)和混凝土質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)，混凝土原材可溯源，保障混凝土質(zhì)量。

（5）鋼筋采用智能鋼筋加工中心自動(dòng)加工，加工速度快、精度高。

（6）預(yù)應(yīng)力鋼筋定位網(wǎng)采用智能焊接機(jī)械臂及專(zhuān)用定位盒自動(dòng)加工，焊接穩(wěn)定高效。

（7）混凝土平板振搗器通過(guò)智控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化振搗，杜絕漏振、過(guò)振等質(zhì)量問(wèn)題，提高梁體外觀質(zhì)量。

（8）太陽(yáng)能養(yǎng)生棚設(shè)置溫度和濕度感應(yīng)顯示裝置，自動(dòng)控制水溫，保證養(yǎng)護(hù)梁片表面溫度和梁體內(nèi)外溫差。

（9）利用智能充電回程小車(chē)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)座頂升、橫移、下落，移動(dòng)臺(tái)座可沿軌道自動(dòng)回程就位。

5" 智慧梁場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)與不足

由于傳統(tǒng)梁無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，鋼筋加工、綁扎、模板安拆、混凝土澆筑、養(yǎng)生只能通過(guò)人工完成，人均工效低，而且施工安全質(zhì)量與人員素質(zhì)息息相關(guān)，過(guò)程難以控制。而智慧梁場(chǎng)已形成工廠化流水線作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化控制作業(yè)，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)節(jié)奏受天氣影響小。管理者通過(guò)信息化平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)座、模板占用情況，方便排產(chǎn)；自動(dòng)生成梁體工序和工藝參數(shù)信息，方便溯源和快速找梁；生產(chǎn)進(jìn)度、生產(chǎn)指標(biāo)和資源消耗信息匯總方便，及時(shí)掌握進(jìn)度完成情況，也可以通過(guò)大數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，降本增效。

智慧梁場(chǎng)也存在不足之處：（1）技術(shù)門(mén)檻高，智能設(shè)備和信息化平臺(tái)投入使用前需要對(duì)管理和施工人員進(jìn)行大量培訓(xùn)；（2）成本投入大，單條智慧環(huán)形生產(chǎn)線臺(tái)座和模板成本在200萬(wàn)元左右，加上鋼結(jié)構(gòu)棚架、智能鋼筋加工設(shè)備、養(yǎng)生設(shè)備等，當(dāng)單個(gè)智慧梁場(chǎng)建廠成本＞2 000萬(wàn)元，梁場(chǎng)規(guī)模＞2 000片時(shí)，才能發(fā)揮出生產(chǎn)效率優(yōu)勢(shì)。

6" 結(jié)語(yǔ)

智慧環(huán)形生產(chǎn)線施工技術(shù)在平南制梁場(chǎng)的應(yīng)用，與鐵路T梁預(yù)制工藝較為契合，采用的預(yù)應(yīng)力二次張拉工藝在較低的混凝土強(qiáng)度下即可張拉移梁，減少臺(tái)座占用時(shí)間，顯著縮短了單片預(yù)制梁的施工周期，單條生產(chǎn)線已實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定日產(chǎn)1片梁的工效，目前正朝著日產(chǎn)1.5片梁努力，T梁外觀質(zhì)量較常規(guī)生產(chǎn)線也有明顯優(yōu)勢(shì)。但由于環(huán)形生產(chǎn)線高昂的成本投入，對(duì)于類(lèi)型多、數(shù)量少的32 m聲屏障梁、24 m、16 mT梁等非標(biāo)準(zhǔn)T梁，使梁場(chǎng)全部采用環(huán)形生產(chǎn)線難以大面積推廣，后續(xù)還要與設(shè)計(jì)單位共同研究如何精簡(jiǎn)梁型，進(jìn)一步提高智慧梁場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化程度。

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20240409