高铁箱梁预制施工技术创新研究.docx

高铁箱梁预制施工技术创新研究 【摘要】近几年我国的预制箱梁从单一工序机械化不断转向全工序机械化施工，自动化水平得到不断提高，但应用范围还是比较局限，传统的张拉压浆设备主要还是以人工操作为主，精确度难以把握，预制箱梁施工进度及质量优势并不明显。以下根据工程案例，对高铁箱梁预制施工技术创新进行分析，以期提升施工质量。【关键词】高速铁路；预制箱梁；技术创新一、工程概况某铁路全长196km，桥梁7座，其中部分桥梁为公铁两用桥梁，设计上下两层。40m箱梁344榀，32m箱梁9榀，40m预制箱梁采用单箱单室等高度设计，梁端顶板、底板及腹板局部内侧加厚，梁体钢筋采用整体绑扎，整体吊装方式入模；预施应力按预张拉、初张拉、终张拉3个阶段进行；压浆采用真空辅助压浆方式完成。二、箱梁预制设备自动化施工技术（一）数控钢筋加工设备铁路建设的钢筋加工工艺方法和西方发达国家相比，还是比较落后。传统的钢筋加工方法一定程度上制约了项目质量及进度。数控钢筋加工设备解决了传统钢筋加工生产效率低下，耗时、尺寸精确定位差，且劳动强度大，成本偏高等问题，预制箱梁的钢筋自动加工设备主要包括数控钢筋弯曲机、智能钢筋剪切弯曲机、智能钢筋剪切机、智能钢筋弯箍机等。数控钢筋加工设备对所需的钢筋按预先设定好的程序进行加工，确保了钢筋的定尺、调直、切断、弯箍精度。同时，数控钢筋加工设备还具有钢筋大样图信息可以通过二维码扫描方式或由平台传入钢筋设备，加工设备能自动识别二维码信息并转换成钢筋加工尺寸信息。（二）自动张拉设备铁路桥梁预应力施工大部分都是采用油泵驱动千斤顶进行张拉，整个过程采用人工操作，存在施工效率低下及预应力准确控制等问题，为解决此问题，制梁场开始使用自动张拉设备。自动张拉系统由动力子系统、传感子系统、控制子系统、数据子系统和辅助子系统组成（图1）。自动张拉系统具有便捷的操作功能、安全防护功能、辅助控制功能及数据远程传输功能等。首先，便捷的操作功能。参数预设，一键启动张拉，自动完成整个张拉全过程；自动平衡同步张拉；自动控制持荷时间；力值、位移值显示及存储，自动计算张拉结果并打印完整的张拉记录表；其次，安全防护功能。操作时进行实时监控，工作异常或张拉数据超差时自动停止张拉并进行报警。实时计算钢绞线伸长值与当前的理论伸长值进行比对；张拉力复核，防止因传感器异常导致张拉质量事故；再次，辅助控制功能。如断电恢复功能、自动温控系统，充分保护液压系统工作效能，千斤顶回顶保护功能，防止回油压力过高造成爆顶。另外张拉数据无线传输至梁场服务器，可远程传输至铁路工程管理平台（BIM系统），管理部门可查阅张拉结果及张拉过程。（三）自动压浆设备预应力管道压浆是后张法预应力混凝土桥梁工程预应力施工的主要环节和关键工序，压浆质量直接影响桥梁的承载能力和耐久性。高质量的管道压浆可以提高预应力筋的防腐防锈能力，加强预应力钢筋或钢绞线与混凝土的粘接性，保证预应力度，减少预应力损失。目前国内外自动压浆设备主要包含搅拌制储浆部分、浆液称量部分以及压浆泵、抽真空泵、配套电机、连接管路和阀件以及自动化控制系统组成，基本能够实现自动出浆和压浆。但也存在自动化程度低，人为因素造成压浆质量不稳定、施工效率不高；施工过程监控困难，缺少压浆密实度指标；缺少数据管理系统和数据交互条件；粉尘污染严重等问题。预应力自动压浆系统由主控制、机械动力、传感测量、数据管理和辅助等五大子系统构成，负责完成压浆施工过程中的配料制浆、抽真空、压浆以及安全辅助等功能的控制和执行。机械动力系统具有输送效率高，结构简单，坚实耐用，安装维修方便，密封性能好，可正反向运行方便结构设计和故障排除等优点；传感测量系统具备准确称量、压力监控和温度测试功能，各测试模块在PLC系统控制下协同工作，将实时数据反馈给控制系统，控制系统形成指令，控制压浆设备完成相应操作，实现压浆全过程的自动控制。（四）自动喷淋养护系统混凝土养护是箱梁预制工程重要内容之一，做好混凝土养护工序对保证混凝土强度，确保工程质量具有重要意义。传统混凝土养护方法为人工洒水养护，但效果不是很好，混凝土构件在养护期内难以始终处于湿润状态，易出现表面收缩裂纹现象，致使混凝土强度达不到设计要求，影响预制混凝土箱梁最终产品质量。为保证施工质量，采取箱梁混凝土智能养护系统，实现混凝土箱梁全天候、全湿润、自动化养护，实现预制梁场标准化、智能化目标。箱梁混凝土智能养护系统由控制系统、台座喷淋系统、供水及回收系统3部分组成，高扬程水泵从蓄水池内抽水至输水管，输水管连接喷淋管，喷淋管喷头对梁体进行喷洒养护。智能喷淋养护系统基本原理为：箱梁搬运至养护区后，光电开关感应到箱梁就位后，喷淋养护系统自动进入工作模式。通过梁体养护环境湿度、温度等情况适时监测，确定梁体喷淋养护的时间间隔和单次喷淋时间，控制系统根据预设程序控制电控阀门开闭持续时间以及时间间隔，喷水时间达到预定的时间后，时间控制器关闭水泵开关及电控阀门停止喷水。（五）自动静载系统桥梁质量是线路质量安全的基本保障，其安全性及不易更换性至关重要，故我国铁路桥梁预制生产实行国家生产许可证制度管理，而静载试验是评定桥梁使用性能的唯一技术手段。目前国内传统静载试验还停留在加载、读数、检测、判定均为人工操控的落后状态，存在因装备技术落后导致的人为因素大、加载及判定偏差大，占用人数多等问题。静载试验可采用铁路桥梁静载试验自动控制装置，实现试验全过程自动化、数据化和信息化，对推进静载试验的标准化和规范化，对高铁桥梁质量监控意义重大。箱梁荷载试验自动加载系统由自动加载系统和自平衡式静载试验架组成。待试验梁放置于静载试验架支墩上后，进行安装静载试验加载系统。静载试验加载模块根据主控模块指令为静载试验提供加载动力，通过预设程序实现自动加载，并根据实时检测数据调整千斤顶加载速度，确保加载同步准确和平衡稳定。荷载检测模块、挠度测量模块对静载试验数据进行实时采集，试验结束后主控模块根据试验数据自动生成静载试验报告。三、BIM技术的应用BIM是以三维数字技术为基础，集成了建筑工程各种相关信息的工程数据模型，BIM是对建设工程设施实体与功能特性的数字化表达。结构设计过程中对纵向、横框、吊点、锚下等进行受力分析，优化了结构设计和配筋设计，降低结构重量并使结构受力更合理。高速铁路简支梁结构设计中应用BIM技术，对普通钢筋布置、预埋件布置等进行了三维可视化检查复核，包括图面校核、三维模型整合检查、钢筋碰撞检查等。（一）BIM技术应用于梁场建设将大型临时建筑的各种构件做成标准化的BIM模型，在梁场规划设计阶段，直接将标准化模型在意向场地中进行快速布置，并进行可视化的调整，合理化布局，快速确定梁场建设方案，并在BIM模型中直接提取工程量，最大化降低梁场建设成本。（二）BIM技术用于施工模拟和技术交底通过BIM技术把各个工序、工艺立体的展现出来，模拟出直观的实体工程。以视频的形式对施工工人进行交底和培训，达到可视化的目的，使技术交底和培训更加直观，工人更容易接受。（三）BIM技术用于施工图审核和设计优化由于BIM模型是一个富含工程信息的数据库，可以真实地提供造价管理需要的工程量信息，借助这些信息，我们快速对各种构件进行统计分析，减少了繁琐的人工操作和潜在错误，实现工程量直接提取。施工前根据实际施工顺序建立模型，并通过模型进行预防碰撞检测，查看预应力、普通钢筋、预埋件、预留孔洞等之间的相互关系，检测是否存在冲突，并通过三维模型进行优化分布，以达到图纸审核和设计优化的目的。四、高速铁路综合管理平台梁场综合管理平台是以原有的梁场生产管理信息系统为基础的新型管理平台。面向梁场的生产过程、进度控制和质量安全，以BIM技术为核心，依托斜摄影、GIS、互联网技术，建立全过程控制和管理的高速铁路梁场综合智能管理平台，集成拌合站、实验室、自动张拉、自动压浆、自动静载相关数据，有效消除“信息碎片”和“信息孤岛”，原始资料一次录入，多处复用，内业资料自动生成，减少施工单位的重复录入工作，并且能为梁场生产管理辅助决策智能化提供支撑。综合管理平台内容包括综合管理（建场管理、工装设备、人员管理、文件管理）、进度管理（生产台帐、计划管理、施工日志）、质量管理（物资管理、试验管理、拌合站、工序管理、出库管理、自动静载、统计分析）、安全环保管理等4个模块。使用梁场综合管理平台，集成施工数据，建立大型的数据库，将原材料进场、试验检测、钢筋加工、自动张拉、自动压浆、自动静载、自动喷淋养护等一系列施工相关的工序整合起来，促进梁场设备升级，提升梁场管理水平，使梁场由传统的建筑行业，成长为面向市场具有科技含量的能批量生产工业产品的新型产业，转变各界人士对制梁场的观念和看法，实现先进科学技术从商业科技向工业科技的转型拓展。五、结束语综上所述，通过信息网络技术和大数据等分析方法，预制梁场可以实现预制梁场的全方位施工信息化管理，实现全过程智能化施工，提升项目质量与施工效率。参考文献：1张义文公路梁板集中预制“工厂化”施工综合技术总结J四川建筑，2014(2):171173王国琴1张拉自动控制系统在箱梁预制中的应用J铁道建筑技术，2011(1):7475 -全文完-