王玉策

中鐵二十三局集團軌道交通工程有限公司 上海 201399

高速鐵路CRTS Ⅲ型先張法預應力混凝土軌道板制造技術(shù)是我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的板式無砟軌道技術(shù)的重要組成部分[1]，它具有改善軌道板整體剛度，增強抗裂性和抗撓曲變形能力等優(yōu)點[2]，目前已成為我國高速鐵路建設(shè)的首選結(jié)構(gòu)形式。我國普遍采用矩陣法（臺座法）以推進前期CRTS Ⅲ型軌道板的規(guī)?；こ虘?，但是矩陣法生產(chǎn)過程中鋼筋安裝及預應力筋張拉以人工作業(yè)為主，機械化程度低，且作業(yè)工序與產(chǎn)品質(zhì)量的自動化和信息化控制水平低，因此需進一步改進其生產(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型軌道板流水機組法生產(chǎn)工藝。該技術(shù)可按照生產(chǎn)工藝需要，通過PLC嵌入式控制系統(tǒng)自動控制機組傳動系統(tǒng)，驅(qū)動軌道式鋼模運輸車及生產(chǎn)線兩端橫移擺渡車自動配合，可依次在生產(chǎn)線上完成模具檢測、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、放張、自動脫模及產(chǎn)品檢驗等關(guān)鍵工序，實現(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

濟青高鐵CRTS Ⅲ型先張軌道板的流水機組法生產(chǎn)線以軌道板混凝土養(yǎng)護質(zhì)量為核心，混凝土澆筑時間為生產(chǎn)線的控制節(jié)拍，不同型號軌道板也可在同一條流水線上同時生產(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，牽引設(shè)備帶動模具按照時間節(jié)拍流動，通過連接器同預應力鋼筋連接，模板承受張拉應力，將每塊軌道板的制造過程轉(zhuǎn)換成單體重復工作。再通過牽引裝置在軌道上流動，可實現(xiàn)不同作業(yè)工位的同時作業(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)量控制點為：預應力張拉時，控制張拉值、張拉速度、預應力筋伸長值及位置；混凝土攪拌時，控制投料計量偏差、攪拌時間、混凝土稠度；混凝土灌注時，控制混凝土下料、振動時間；養(yǎng)護工序，控制養(yǎng)護溫度、時間，混凝土強度及彈性模量；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)，可保證預應力張拉鎖緊后不變形，從而確保軌道板的各部位形狀、幾何尺寸和預埋件位置，曲線地段的軌道板可以通過調(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，通過40 h的疲勞試驗（相當于使用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輸小車上的限位銷固定，通過驅(qū)動電機傳動，實現(xiàn)模具的工位移動。

圖2 模型示意

2.2.2 鋼筋骨架安裝及絕緣檢測

運輸小車將模具運送至鋼筋骨架入模工位，通過桁車吊運實現(xiàn)骨架入模操作，在完成張拉桿的連接、預緊工作后，將模具傳送至絕緣檢測工位。再通過自動絕緣監(jiān)測儀，實現(xiàn)快速絕緣檢測。一旦鋼筋骨架絕緣超標，經(jīng)快速調(diào)整后，可再次啟動絕緣檢測儀檢測，確保骨架絕緣性能合格。

2.2.3 預應力張拉及鎖緊

完成絕緣電阻檢測后，模具自動傳送至張拉工位，啟動張拉操作按鈕，此時縱橫向單束液壓張拉機械手實現(xiàn)與張拉桿的連接。

通過傳感器信號采集反饋后，張拉系統(tǒng)可實現(xiàn)縱橫向單束預應力筋的自動張拉，張拉速度≤4 kN/s，達到設(shè)計張拉力值后持荷1 min，張拉系統(tǒng)的自動氣動液壓馬達將預應力筋鎖定。張拉設(shè)備不但實現(xiàn)了雙向預應力筋的單根同步張拉，還通過鎖定裝置將預應力筋進行有效鎖定，減小其回縮損失。

2.2.4 模具檢測

軌道板的精度是依靠模板精度實現(xiàn)的，流水機組法生產(chǎn)工藝使得模具承受預應力筋的全部張拉力，極容易造成模板底模變形，導致軌道板板面平整度超標。模具到達檢測工位后，自動檢測系統(tǒng)將采集模具關(guān)鍵部位數(shù)據(jù)，快速生成檢測報告。若模具底模平整度超限，檢測系統(tǒng)則自動報警。此時需將模具轉(zhuǎn)運至預留工位，調(diào)整完畢再次檢測合格后方可進入下一工位。

2.2.5 混凝土振搗

軌道板采用強度等級為C60的低水灰比、低坍落度高性能混凝土，通過分離式底部振動臺振搗成形。如圖3所示，當模具到達振搗工位，振動臺通過液壓頂升將鋼模與運輸小車分離，并依靠液壓鎖緊裝置將模具與振動臺緊固為一體。

圖3 軌道板脫模

啟動布料機進行分層布料，當混凝土布料厚度達到模板厚度的1/2時，啟動振動器，同時一邊布料一邊振搗，振搗頻率依次為中頻、高頻、中頻三擋，全程振搗時間控制在（120＋30） s，同時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

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

3 流水機組法創(chuàng)新技術(shù)

3.1 一體化不開模技術(shù)

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

圖4 振動臺示意

3.2 軌道板模具在線檢測預警技術(shù)

流水機組法先張板的張拉預應力全部鎖定在模具上，模具在預應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，張拉檢測后模具各部形位的尺寸精度尤為重要。濟青高鐵流水機組法生產(chǎn)線采用在線模具檢測預警技術(shù)，能實現(xiàn)模具的快速檢測，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 分體式氣動振動臺技術(shù)

軌道板采用分體式氣動振搗器技術(shù)與空氣彈簧技術(shù)，由支座、振動電機、沉降軌道、變頻控制器、壓緊螺栓組成。使振動臺與底座裝置軟連接，消除振動臺面剪切應力和減少激振力向下傳輸。通過增加時間繼電器和電磁閥控制，實現(xiàn)變頻柔性振動?；炷琳駬v成形后板底浮漿少，且不過振，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 風幕阻隔循節(jié)能保濕養(yǎng)護技術(shù)

軌道板采用通道式養(yǎng)護工藝，設(shè)置5條養(yǎng)護線，采用風幕分隔成靜置、升溫、恒溫、降溫等獨立功能區(qū)域。通過無線測溫探頭，當養(yǎng)護區(qū)域溫度低時，風機可將高溫區(qū)的蒸汽抽送至低溫區(qū)，實現(xiàn)熱氣循環(huán)和各養(yǎng)護區(qū)的梯度溫差。當養(yǎng)護區(qū)域溫度高時，自動抽送新鮮空氣調(diào)節(jié)溫度，滿足養(yǎng)護區(qū)域的溫度要求，大大節(jié)約了養(yǎng)護熱源需求量，減少了養(yǎng)護蒸汽消耗。各區(qū)域設(shè)置濕度測量儀，保證養(yǎng)護區(qū)濕度自動控制在95%以上。

3.5 霧化補水工藝

軌道板混凝土澆筑結(jié)束后，混凝土水化熱及蒸養(yǎng)過程中其毛細管內(nèi)水分散失較快，在軌道板蒸養(yǎng)過程中進行自動霧化補水，保證混凝土在靜置、恒溫養(yǎng)護階段自動補水，從而保證軌道板混凝土強度的穩(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

通過與流水機組法制造工藝相匹配，進行制造工藝的技術(shù)創(chuàng)新，濟青高鐵鄰朐軌道板場實現(xiàn)了牽引設(shè)備帶動模型在軌道上流動，不同作業(yè)工序可在規(guī)定的時間內(nèi)同時完成的流水機組法生產(chǎn)方式。生產(chǎn)的CRTS Ⅲ型先張軌道板不但具有預應力施加精度高、均勻性好的優(yōu)點，還通過保溫保濕養(yǎng)護減少了混凝土收縮，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。實踐證明，該制造工藝融合了更多的自動化、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)。