矩陣式臺座法CRTSⅢ軌道板張拉工藝應用及優(yōu)化

袁江斌 （中鐵四局集團第一工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

CRTSⅢ軌道板（以下簡稱“軌道板”）預制工序較為復雜，其中軌道板的預應力張拉對其質(zhì)量有著決定性的影響，在當今高速鐵路時代，軌道板作為鐵路基建行業(yè)高精尖產(chǎn)品，必將采用自動化模式生產(chǎn)。

筆者曾參與軌道板的預制作業(yè)，通過對軌道板張拉工藝的研究學習及使用，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段軌道板張拉仍存在一定的問題，比如：初張拉力值不均勻、張拉橫梁行走路線偏差、下部環(huán)境溫度高濕度大、軌道板翹曲變形大等問題。通過分析研究提出相應的解決方案，對張拉工藝進行優(yōu)化，進一步保證軌道板的張拉質(zhì)量。

2 軌道板張拉要求

自動化張拉系統(tǒng)的設計滿足《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板》（QCR567-2017）[1]的要求，具體規(guī)范要求如下：

①預應力張拉應采用自動張拉設備，張拉記錄應由系統(tǒng)自動生成。

②預應力筋張拉分兩個階段：

初張拉：單根張拉預應力筋至張拉控制值的30%，偏差不應大于3.0kN，并鎖緊螺母。

終張拉：采用張拉梁整體張拉預應力筋至張拉控制值，并保持張拉力穩(wěn)定，不應超張拉。

③初張拉完成后，應檢測預應力筋在模板中的位置。

④終張拉過程中，預應力筋張拉應均勻，單根預應力筋名義張拉速率不應大于4.0kN/s，并保持同一張拉梁兩千斤頂活塞伸長值之間偏差不應大于2.0mm，至張拉控制值時應持荷1min。

3 軌道板張拉工藝

軌道板目前普遍采用工廠化進行預制，生產(chǎn)母體為“2×4”矩陣式先張法預制臺座。軌道板預制主要工藝流程為：脫?！謇怼克⒚撃摻罨\入?！夏！鷱埨^緣檢測→混凝土澆筑→蒸汽養(yǎng)護→放張脫?！忮^→水養(yǎng)，施工工藝較為復雜。

其中，軌道板的張拉分為初張拉和終張拉，在實際施工生產(chǎn)時，采用初張拉設備對預應力鋼筋進行初張拉，再通過中央控制室自動化張拉系統(tǒng)完成終張拉，具體見圖1、圖2。

圖1 初張拉

圖2 終張拉

4 技術(shù)特點

依據(jù)文獻[2]，軌道板預應力具有以下特點：

①軌道板為預應力鋼筋與結(jié)構(gòu)鋼筋共同互補受力的混凝土結(jié)構(gòu)，提高了軌道板整體強度、抗沖擊、抗疲勞等性能；

②軌道板的預應力鋼絲分散，混凝土預應力比較均勻，軌道板受力性能好；

③軌道板鋼筋端部采用內(nèi)藏式，防止外來水和空氣中有害介質(zhì)的長期侵害，提高了軌道板的耐久性能；

④軌道板縱、橫向預應力鋼絲不接觸，因而極大地改善了軌道板的電氣性能。

5 工藝優(yōu)化

通過對試生產(chǎn)期間張拉工藝及所預制的軌道板進行觀察、檢測及分析，發(fā)現(xiàn)張拉工藝存在一定的缺點，從而影響所預制的軌道板質(zhì)量。

5.1 初張拉力值不均勻

問題發(fā)現(xiàn)：依據(jù)《高速鐵路CRTSIII型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板》（QCR567-2017），初張拉力值偏差不得大于3.0kN，在實際作業(yè)過程中，發(fā)現(xiàn)初張拉完畢后，力值不合格率較大，返工現(xiàn)象嚴重。

原因分析：初張拉順序不當。

工藝優(yōu)化：通過對現(xiàn)有的初張拉作業(yè)順序進行調(diào)整，由原來的自一端向另一端（圖3）張拉修改為自中間向兩側(cè)交替張拉（圖4）的方式。通過對初張拉順序的優(yōu)化，初張拉一次性合格率可達99%。

圖3 自一端向另一端張拉

圖4 自中間向兩側(cè)交替張拉

5.2 橫梁行走路線偏差

問題發(fā)現(xiàn)：在張拉作業(yè)完成后，通過對預制臺座內(nèi)張拉橫梁的位置進行復核，發(fā)現(xiàn)少量橫梁位置存在偏差，即張拉過程中橫梁行走路線與預應力筋方向不平行。

原因分析：預制臺座施工階段，部分固定端端架與張拉端端架存在錯位，導致整個反力體系中力值傳遞方向出現(xiàn)偏差。

工藝優(yōu)化：原有的張拉橫梁下部滑動裝置采用聚四氟乙烯“耐磨板”，對張拉橫梁左右方向的偏移沒有起到限制作用，通過工藝的優(yōu)化，對行走存在偏差的張拉橫梁下部結(jié)構(gòu)進行輕微改進，將滑動裝置“耐磨板”的形式更改為有限位槽的導軌形式，限制了張拉橫梁在張拉過程中的左右偏移，保證了張拉橫梁的行走路線，提高張拉質(zhì)量。

5.3 下部環(huán)境溫度高、濕度大

問題發(fā)現(xiàn)：少部分力值傳感器及位移傳感器不定期損壞，影響張拉質(zhì)量。

原因分析：承德軌道板場預制臺座采用下埋入式混凝土結(jié)構(gòu)，千斤頂、力傳感器、位移傳感器等均位于地面以下。同時預制臺座下部四周設置有蒸汽主管道、排水溝等，導致預制臺座地面以下環(huán)境溫度高、濕度大，對力值傳感器和位移傳感器造成一定的影響。

工藝優(yōu)化：對硬件設備進行維護及優(yōu)化，主要包括地面以下張拉通道內(nèi)，每兩個預制臺座配置一臺軸流風機，同時對各類傳感器進行涂抹黃油處理。

5.4 軌道板翹曲變形大

問題發(fā)現(xiàn)：通過對試生產(chǎn)期間所預制的軌道板進行檢測，發(fā)現(xiàn)軌道板翹曲變形不理想?，F(xiàn)場作業(yè)時發(fā)現(xiàn)，在放張過程中，部分千斤頂解除機械鎖較為困難，此時需要采用“單頂頂進”的方式為千斤頂供油使活塞頂進一段微小距離，但此方法易造成超張現(xiàn)象的出現(xiàn)。

現(xiàn)研究放張時超張力值對軌道板翹曲變形影響。

試驗分析：由于軌道板均采用自動化張拉系統(tǒng)，在保證張拉設備液壓閥、機械鎖等設施穩(wěn)定可控的前提下，張拉力值較為精確穩(wěn)定，故僅針對軌道板在預應力放張過程中出現(xiàn)超張拉情況時，研究放張過程中可能出現(xiàn)的超張情況對軌道板翹曲量的影響。以下是同一臺座5個生產(chǎn)批次放張過程中超張力值與軌道板成品板單側(cè)最大翹曲量之間的統(tǒng)計表，如表1。

軌道板單側(cè)最大翹曲量與放張時超張力值統(tǒng)計表 表1

第2批次、第3批次出現(xiàn)了略微小程度的超張拉，第5批次軌道板生產(chǎn)過程中，由于張拉設備液壓閥保壓不穩(wěn)，使得人工無法解除機械鎖，只得采用系統(tǒng)增大張拉力值的方法解除機械鎖，因此導致放張時出現(xiàn)了明顯的超張拉。根據(jù)統(tǒng)計表，繪制出超張力值與軌道板單側(cè)翹曲最大值所占比例的關(guān)系圖，如圖5。

由此，可以得出結(jié)論：

①由第1批次、第5批次生產(chǎn)的軌道板整體情況來看，放張時出現(xiàn)超張導致該批次軌道板單側(cè)翹曲量最大值整體偏大。

圖5 五個批次軌道板單側(cè)翹曲量≧0.8mm所占百分比

②第2批次、第3批次也出現(xiàn)了較小程度的超張拉，但是由于超張拉力值較小，使得這兩批次生產(chǎn)中未出現(xiàn)單側(cè)承軌臺單側(cè)翹曲量最大值≧0.8mm。

③對比第2批次和第5批次，或者第3批次和第5批次，可以得出：同樣都出現(xiàn)超張拉的情況下，超張拉的力值不同，生產(chǎn)的軌道板單側(cè)翹曲量最大值分布亦不同，超張力值越大，軌道板單側(cè)翹曲量最大值越大，所占比例越大。

④對比第2、3、5三個批次的超張力值，同樣出現(xiàn)超張拉的情況下，較小的超張拉力值對軌道板單側(cè)最大翹曲量沒有明顯影響。

由上述結(jié)論可以發(fā)現(xiàn)，放張時超張會對軌道板的翹曲變形產(chǎn)生一定的影響，現(xiàn)場應采取相關(guān)措施控制張拉力值。

工藝優(yōu)化：

①改進機械鎖的結(jié)構(gòu)形式。

傳統(tǒng)的機械鎖與千斤頂主油缸的接觸面為光滑面，在解除機械鎖時，由于接觸面積較大導致摩擦力較大，人工難以解除，見圖6?，F(xiàn)場對部分千斤頂機械鎖結(jié)構(gòu)形式進行適當改進，在機械鎖與油缸接觸面上均布粘結(jié)三個半球體鋼珠，減小了接觸面積，使得解除機械鎖更省力，見圖7。

②操作軟件的改進

與自動張拉系統(tǒng)設備廠家進行溝通，通過改變系統(tǒng)程序，減小“單頂頂進”時的進油量，以某張拉系統(tǒng)為例，進油量由原來的0.25L/min減小為0.15L/min，這樣就大大降低了“單頂頂進”時出現(xiàn)超張的風險。

③放張方式的改變

圖6 改進前機械鎖結(jié)構(gòu)

圖7 改進后機械鎖結(jié)構(gòu)

原有的放張方式為：單根張拉力由80kN按照4kN/s的速率進行放張，中間不停頓。通過工藝的優(yōu)化，將放張方式更改為：放張至力值的80%，持荷10s；再次放張至60%，持荷10s，依次進行直至放張完畢。通過放張方式的優(yōu)化，進一步降低了放張對軌道板翹曲變形的影響。

6 總結(jié)

張拉自動控制系統(tǒng)根據(jù)車間實際工況和運行模式設計研發(fā)而成，具有功能先進，運行可靠，操作簡單，界面直觀的特性，既能實現(xiàn)無人值守情況下的自動控制，又能滿足人工手動控制。目前來看，軌道板的張拉工序仍存在一定的問題，我們的團隊在張拉系統(tǒng)使用過程中及時發(fā)現(xiàn)問題并提出優(yōu)化方案，對軌道板的預制質(zhì)量起到了一定的作用，具有一定的參考和指導意義。