王玉策

中鐵二十三局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 上海 201399

高速鐵路CRTS Ⅲ型先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板制造技術(shù)是我國(guó)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的板式無(wú)砟軌道技術(shù)的重要組成部分[1]，它具有改善軌道板整體剛度，增強(qiáng)抗裂性和抗撓曲變形能力等優(yōu)點(diǎn)[2]，目前已成為我國(guó)高速鐵路建設(shè)的首選結(jié)構(gòu)形式。我國(guó)普遍采用矩陣法（臺(tái)座法）以推進(jìn)前期CRTS Ⅲ型軌道板的規(guī)?；こ虘?yīng)用，但是矩陣法生產(chǎn)過(guò)程中鋼筋安裝及預(yù)應(yīng)力筋張拉以人工作業(yè)為主，機(jī)械化程度低，且作業(yè)工序與產(chǎn)品質(zhì)量的自動(dòng)化和信息化控制水平低，因此需進(jìn)一步改進(jìn)其生產(chǎn)工藝，提高工業(yè)化生產(chǎn)水平[3-5]。

借鑒工業(yè)產(chǎn)品流水線生產(chǎn)工藝，通過(guò)關(guān)鍵工序和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的中央控制及產(chǎn)品信息化管理，濟(jì)青高鐵建設(shè)中成功研發(fā)和采用了CRTS Ⅲ型軌道板流水機(jī)組法生產(chǎn)工藝。該技術(shù)可按照生產(chǎn)工藝需要，通過(guò)PLC嵌入式控制系統(tǒng)自動(dòng)控制機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)軌道式鋼模運(yùn)輸車及生產(chǎn)線兩端橫移擺渡車自動(dòng)配合，可依次在生產(chǎn)線上完成模具檢測(cè)、鋼筋安裝與定位、同步張拉與錨固、混凝土澆筑與振搗、快速蒸汽養(yǎng)護(hù)、放張、自動(dòng)脫模及產(chǎn)品檢驗(yàn)等關(guān)鍵工序，實(shí)現(xiàn)了軌道板制造工序的等節(jié)拍流水循環(huán)作業(yè)。

1 工藝原理

濟(jì)青高鐵CRTS Ⅲ型先張軌道板的流水機(jī)組法生產(chǎn)線以軌道板混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量為核心，混凝土澆筑時(shí)間為生產(chǎn)線的控制節(jié)拍，不同型號(hào)軌道板也可在同一條流水線上同時(shí)生產(chǎn)。

其流水生產(chǎn)工藝的工藝原理為：模具在作業(yè)線上一字排開(kāi)，牽引設(shè)備帶動(dòng)模具按照時(shí)間節(jié)拍流動(dòng)，通過(guò)連接器同預(yù)應(yīng)力鋼筋連接，模板承受張拉應(yīng)力，將每塊軌道板的制造過(guò)程轉(zhuǎn)換成單體重復(fù)工作。再通過(guò)牽引裝置在軌道上流動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)不同作業(yè)工位的同時(shí)作業(yè)，并與蒸養(yǎng)線形成閉路循環(huán)完成其他工序作業(yè)。

2 先張軌道板制造關(guān)鍵技術(shù)

2.1 工藝流程

具體工藝流程如圖1所示。

圖1中的關(guān)鍵工序及質(zhì)量控制點(diǎn)為：預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，控制張拉值、張拉速度、預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值及位置；混凝土攪拌時(shí)，控制投料計(jì)量偏差、攪拌時(shí)間、混凝土稠度；混凝土灌注時(shí)，控制混凝土下料、振動(dòng)時(shí)間；養(yǎng)護(hù)工序，控制養(yǎng)護(hù)溫度、時(shí)間，混凝土強(qiáng)度及彈性模量；放張工序，控制放張值、放張速度。

圖1 工藝流程

2.2 流水機(jī)組法先張板制造的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 模具

先張軌道板模具采用高精度、高強(qiáng)度、高結(jié)構(gòu)剛度以及高穩(wěn)定性的箱體式結(jié)構(gòu)，可保證預(yù)應(yīng)力張拉鎖緊后不變形，從而確保軌道板的各部位形狀、幾何尺寸和預(yù)埋件位置，曲線地段的軌道板可以通過(guò)調(diào)整模具承軌槽空間尺寸擬合線路?？v橫鋼筋張拉力全部由端側(cè)模和底模共同承擔(dān)，通過(guò)40 h的疲勞試驗(yàn)（相當(dāng)于使用480次），模型變形量符合技術(shù)條件要求。如圖2所示，軌道板模具依靠自重和運(yùn)輸小車上的限位銷固定，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模具的工位移動(dòng)。

圖2 模型示意

2.2.2 鋼筋骨架安裝及絕緣檢測(cè)

運(yùn)輸小車將模具運(yùn)送至鋼筋骨架入模工位，通過(guò)桁車吊運(yùn)實(shí)現(xiàn)骨架入模操作，在完成張拉桿的連接、預(yù)緊工作后，將模具傳送至絕緣檢測(cè)工位。再通過(guò)自動(dòng)絕緣監(jiān)測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)快速絕緣檢測(cè)。一旦鋼筋骨架絕緣超標(biāo)，經(jīng)快速調(diào)整后，可再次啟動(dòng)絕緣檢測(cè)儀檢測(cè)，確保骨架絕緣性能合格。

2.2.3 預(yù)應(yīng)力張拉及鎖緊

完成絕緣電阻檢測(cè)后，模具自動(dòng)傳送至張拉工位，啟動(dòng)張拉操作按鈕，此時(shí)縱橫向單束液壓張拉機(jī)械手實(shí)現(xiàn)與張拉桿的連接。

通過(guò)傳感器信號(hào)采集反饋后，張拉系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)縱橫向單束預(yù)應(yīng)力筋的自動(dòng)張拉，張拉速度≤4 kN/s，達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力值后持荷1 min，張拉系統(tǒng)的自動(dòng)氣動(dòng)液壓馬達(dá)將預(yù)應(yīng)力筋鎖定。張拉設(shè)備不但實(shí)現(xiàn)了雙向預(yù)應(yīng)力筋的單根同步張拉，還通過(guò)鎖定裝置將預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行有效鎖定，減小其回縮損失。

2.2.4 模具檢測(cè)

軌道板的精度是依靠模板精度實(shí)現(xiàn)的，流水機(jī)組法生產(chǎn)工藝使得模具承受預(yù)應(yīng)力筋的全部張拉力，極容易造成模板底模變形，導(dǎo)致軌道板板面平整度超標(biāo)。模具到達(dá)檢測(cè)工位后，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)將采集模具關(guān)鍵部位數(shù)據(jù)，快速生成檢測(cè)報(bào)告。若模具底模平整度超限，檢測(cè)系統(tǒng)則自動(dòng)報(bào)警。此時(shí)需將模具轉(zhuǎn)運(yùn)至預(yù)留工位，調(diào)整完畢再次檢測(cè)合格后方可進(jìn)入下一工位。

2.2.5 混凝土振搗

軌道板采用強(qiáng)度等級(jí)為C60的低水灰比、低坍落度高性能混凝土，通過(guò)分離式底部振動(dòng)臺(tái)振搗成形。如圖3所示，當(dāng)模具到達(dá)振搗工位，振動(dòng)臺(tái)通過(guò)液壓頂升將鋼模與運(yùn)輸小車分離，并依靠液壓鎖緊裝置將模具與振動(dòng)臺(tái)緊固為一體。

圖3 軌道板脫模

啟動(dòng)布料機(jī)進(jìn)行分層布料，當(dāng)混凝土布料厚度達(dá)到模板厚度的1/2時(shí)，啟動(dòng)振動(dòng)器，同時(shí)一邊布料一邊振搗，振搗頻率依次為中頻、高頻、中頻三擋，全程振搗時(shí)間控制在（120＋30） s，同時(shí)以混凝土表面泛漿和不再明顯下沉為度。

2.2.6 軌道板養(yǎng)護(hù)

軌道板振搗成形后需要經(jīng)過(guò)靜置、升溫、恒溫、降溫養(yǎng)護(hù)4個(gè)階段的養(yǎng)護(hù)，保證軌道板混凝土強(qiáng)度發(fā)展，實(shí)現(xiàn)軌道板的循環(huán)生產(chǎn)工效。流水機(jī)組法先張軌道板在養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)依靠通道式養(yǎng)護(hù)方式完成混凝土養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)各養(yǎng)護(hù)區(qū)域的模具運(yùn)輸小車配置數(shù)量與節(jié)拍時(shí)間需滿足各階段養(yǎng)護(hù)時(shí)間的要求，各區(qū)域恒溫保濕，從而保證軌道板的脫模強(qiáng)度要求。

3 流水機(jī)組法創(chuàng)新技術(shù)

3.1 一體化不開(kāi)模技術(shù)

為提高軌道板模具使用壽命，并提高生產(chǎn)工效，濟(jì)青高鐵先張板采用一體化不開(kāi)模技術(shù)（圖4）。模具底模沿頂部設(shè)置1°脫模傾角，減小脫模阻力，實(shí)現(xiàn)軌道板快速脫模操作。為抵消軌道板放張過(guò)程承軌槽因約束造成軌道板的翹曲變形，將模具承軌槽沿長(zhǎng)度方向自兩端朝中部，按照線性比例設(shè)置預(yù)拱，最大預(yù)拱量為0.5 mm。

圖4 振動(dòng)臺(tái)示意

3.2 軌道板模具在線檢測(cè)預(yù)警技術(shù)

流水機(jī)組法先張板的張拉預(yù)應(yīng)力全部鎖定在模具上，模具在預(yù)應(yīng)力張拉鎖緊后的尺寸精度直接影響軌道板的成形精度，因此，張拉檢測(cè)后模具各部形位的尺寸精度尤為重要。濟(jì)青高鐵流水機(jī)組法生產(chǎn)線采用在線模具檢測(cè)預(yù)警技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)模具的快速檢測(cè)，保證模具平整度合格可控，從源頭上控制軌道板的翹曲變形。

3.3 分體式氣動(dòng)振動(dòng)臺(tái)技術(shù)

軌道板采用分體式氣動(dòng)振搗器技術(shù)與空氣彈簧技術(shù)，由支座、振動(dòng)電機(jī)、沉降軌道、變頻控制器、壓緊螺栓組成。使振動(dòng)臺(tái)與底座裝置軟連接，消除振動(dòng)臺(tái)面剪切應(yīng)力和減少激振力向下傳輸。通過(guò)增加時(shí)間繼電器和電磁閥控制，實(shí)現(xiàn)變頻柔性振動(dòng)?；炷琳駬v成形后板底浮漿少，且不過(guò)振，保證了軌道板板底、板面材質(zhì)的均勻性，減少了軌道板后期的收縮變形。

3.4 風(fēng)幕阻隔循節(jié)能保濕養(yǎng)護(hù)技術(shù)

軌道板采用通道式養(yǎng)護(hù)工藝，設(shè)置5條養(yǎng)護(hù)線，采用風(fēng)幕分隔成靜置、升溫、恒溫、降溫等獨(dú)立功能區(qū)域。通過(guò)無(wú)線測(cè)溫探頭，當(dāng)養(yǎng)護(hù)區(qū)域溫度低時(shí)，風(fēng)機(jī)可將高溫區(qū)的蒸汽抽送至低溫區(qū)，實(shí)現(xiàn)熱氣循環(huán)和各養(yǎng)護(hù)區(qū)的梯度溫差。當(dāng)養(yǎng)護(hù)區(qū)域溫度高時(shí)，自動(dòng)抽送新鮮空氣調(diào)節(jié)溫度，滿足養(yǎng)護(hù)區(qū)域的溫度要求，大大節(jié)約了養(yǎng)護(hù)熱源需求量，減少了養(yǎng)護(hù)蒸汽消耗。各區(qū)域設(shè)置濕度測(cè)量?jī)x，保證養(yǎng)護(hù)區(qū)濕度自動(dòng)控制在95%以上。

3.5 霧化補(bǔ)水工藝

軌道板混凝土澆筑結(jié)束后，混凝土水化熱及蒸養(yǎng)過(guò)程中其毛細(xì)管內(nèi)水分散失較快，在軌道板蒸養(yǎng)過(guò)程中進(jìn)行自動(dòng)霧化補(bǔ)水，保證混凝土在靜置、恒溫養(yǎng)護(hù)階段自動(dòng)補(bǔ)水，從而保證軌道板混凝土強(qiáng)度的穩(wěn)定發(fā)展和減小混凝土收縮變形，有效控制軌道板的翹曲變形。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)與流水機(jī)組法制造工藝相匹配，進(jìn)行制造工藝的技術(shù)創(chuàng)新，濟(jì)青高鐵鄰朐軌道板場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了牽引設(shè)備帶動(dòng)模型在軌道上流動(dòng)，不同作業(yè)工序可在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)同時(shí)完成的流水機(jī)組法生產(chǎn)方式。生產(chǎn)的CRTS Ⅲ型先張軌道板不但具有預(yù)應(yīng)力施加精度高、均勻性好的優(yōu)點(diǎn)，還通過(guò)保溫保濕養(yǎng)護(hù)減少了混凝土收縮，有效控制了軌道板翹曲變形，使軌道板混凝土成形品質(zhì)更均勻。實(shí)踐證明，該制造工藝融合了更多的自動(dòng)化、信息化技術(shù)，既改變了傳統(tǒng)的矩陣法生產(chǎn)模式，減少了勞動(dòng)力數(shù)量，又提升了高速鐵路制品的流水線工業(yè)化生產(chǎn)水平，具有更高的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，是一種值得推廣的高速鐵路制造技術(shù)。