铁路客运专线快速预制箱梁关键技术总结.docx
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铁路客运专线快速预制箱梁关键技术总结
客运专线快速制梁关键技术交流
汇报材料
中国中铁四局集团有限公司
二O一0年七月
1概述
1.1国内外现状
目前，国内外高速铁路箱梁预制周期最短的是韩国。
其跨径25m箱梁设计为先张和后张混合形式，所有功能台座均放置在大型钢构厂房内，单个制梁台座初期规划生产能力为24h/孔，实际箱梁预制周期为2天/孔，个别梁体最快达1.5天/孔。
我国（大陆地区）通过已建和在建的京津、合武、合宁、武广、郑西、哈大等客运专线铁路和跨海大桥的建设，采用改进箱梁生产线布置形式、优化工艺措施、加强工装设备及机械设备的投入等手段，对缩短箱梁预制周期做了大量有益的探索。
根据统计，侧模活动布置的台座平均制梁周期为5～7天/孔，侧模固定布置的台座平均制梁周期为4～5天/孔，由此发现，我国在大吨位整孔箱梁预制方面，无论是在工艺还是在速度上，与业内先行者还存在一定差距。
缩短箱梁预制周期，提高制梁速度，受到世界同行的广泛关注，国内外桥梁人士都在积极探索箱梁预制工艺，力求改进生产流程，加快制造速度，特别是缩短制梁台座的使用循环周期。
铁道部于2007年立了科技研究开发计划（合同编号：
2007G009），由中铁四局集团有限公司总体负责，中铁第五勘察设计院集团有限公司和中铁工程设计咨询集团有限公司承担部分子课题，三家单位协同完成。
科研项目研究具体要求，是在保证箱梁施工质量的前提下，加快箱梁预制速度，并针对目前能源和土地资源日益紧张，如何提高土地利用效率，进一步节省梁场占地面积，如何进行节能减排等方面进行深入研究，体现科学发展观在企业又好又快发展的具体应用，积极响应国家“低碳经济”发展战略，履行国有企业一定的社会责任。
1.2项目研究的基本情况
1.2.1研究内容
新技术、新工艺、新材料、新设备的广泛应用，使得研究开发符合我国国情、技术先进、节约高效的整孔简支箱梁预制技术，显得尤为迫切和必要。
本课题立足于“快速制梁”的角度，针对客运专线箱梁预制工程特点及施工实际，着重从以下几个方面开展了专题技术研究:
⑴快速制梁用耐久性混凝土配合比试验研究；⑵箱梁混凝土自动温控养护技术研究；⑶快速制梁集约化生产组织研究。
1.2.2研究方法
客运专线整孔箱梁的快速预制涉及生产线规划、工装配置、制作工艺、组织管理各个环节。
因此积极借鉴吸收行业内成功经验，按照产学研相结合的原则，立足自主创新，是技术研究取得成功的必由之路。
本项目开展以来，课题组成员遵循调查研究→对比分析→确立目标→实体试验（试验检测）→推广应用的基本技术路线，按照课题计划，密切配合、通力协作，认真进行各项研究工作，获得了各个专题的科研成果。
1.2.3研究过程
2007年7月11日，“客运专线整孔箱梁快速预制技术研究”课题组召开项目实施讨论会。
确定在武广客运专线长沙制梁场开展试制实施，制订了本科研项目的开展计划，明确了参与研制人员的分工。
2007年7月～9月，课题组分成混凝土实验研究和技术方案研究两个小组开展了研究工作。
10月11日，通过了铁道部科技司组织的《客运专线整孔箱梁快速预制技术试验研究》大纲审查，课题研究正式启动。
2007年10月中铁四局集团与铁道部科技司签订了“铁路客运专线整孔箱梁快速预制技术”科研开发合同（合同编号2007G009）。
课题组根据“整孔箱梁快速预制技术”的研究结果，于2007年11月9日～12月3日在武广客运专线长沙制梁场开展了快速制梁钢筋绑扎、混凝土浇筑、蒸汽养护等单工序工艺试验，共试制了三孔32m箱梁，均取得成功。
2008和2009年将箱梁快速预制技术在石武客运专线（河北段）永年制梁场、成绵乐客运专线广汉制梁场等进行了各工序组合试验性验证。
2010年在合蚌客运专线水湖制梁场和下塘制梁场进行了批量生产，累计生产了630孔箱梁，基本实现了既定目标，同时也表明快速预制技术可适用于各种类型的客运专线箱梁。
该工艺在今年4月份铁道部卢春房副部长检查时获得了肯定，铁道部工管中心建议快速制梁技术在一定范围内推广应用。
2快速制梁技术
快速制梁技术包括快速制梁关键技术研究（快速制梁用耐久性混凝土配合比试验研究和自动温控养护技术研究）和快速制梁集约化生产组织研究。
共取得五项国家专利，其中多项关键技术论文发表于国家核心刊物，并于2009年11月份通过铁道部科技成果审查。
2.1快速制梁关键技术研究
2.1.1快速制梁用耐久性混凝土配合比试验研究
为实现快速制梁的目的，需研究开发出适用于快速制梁用耐久性混凝土，各项物理力学及耐久性指标满足规范标准要求，同时具有养护时间短、施工工作性能好、混凝土初张等强时间短等性能。
按照上述目标，课题组以武广客运专线长沙制梁场作为主要试验基地，本着就地选材的原则对混凝土配比进行了优化。
箱梁耐久性混凝土优化设计主要开展了以下三个方面的试验研究:
（1）快速制梁用复合高活性矿物掺合料配伍技术,降低水化热，改善混凝土和易性、耐久性；
（2）快速制梁用复合超塑化剂配伍技术，通过高效减水剂与少量辅助剂复合，提高与胶凝材料的适应性，适度降低水胶比，适度缩短初凝时间，适当减少混凝土初张等强时间；（3）快速制梁蒸汽养护制度的优化设计,寻找主要影响因素，选择最佳蒸汽养护制度，从而缩短混凝土养护时间。
采用上述技术措施,通过大量试验研究,所配制的混凝土40h抗压强度达到预应力混凝土箱梁初张拉设计要求,弹性模量、渗透性能、抗冻性能、徐变等各项性能指标满足规范要求。
经委托铁道部产品质量监督检验中心桥基站测试,蒸汽养护混凝土的疲劳性能满足高性能混凝土相关技术要求。
蒸汽养护矿物外加剂＋硅酸盐水泥28d水化样SEM照片
徐变试验疲劳试验
2.1.2自动温控养护技术研究
传统的箱梁混凝土蒸汽养护技术，无法准确模拟箱梁蒸养温度变化曲线，需开发更加完备的箱梁自动温控养护成套系统，以较好的控制箱梁养护空间的温度环境，满足快速制梁蒸汽养护制度的要求。
课题组通过深入研究，一是引入了“大范围多点温度测量、分区段控制供汽”全新理念，联合专业厂商创新研制出成套蒸汽养护自动控制系统，通过自动调节蒸汽供应，可全过程实时量测、控制蒸养环境温度，有效解决了大体积箱梁蒸养空间纵横向“温度差”的问题；二是形成和建立了一套比较完善的蒸养工艺制度，一方面按照蒸养工艺曲线的要求实现静停、升温、恒温、降温等阶段，能自动记录梁体整个蒸养过程的温度实际情况，形成记录曲线，便于管理。
另一方面可使梁体混凝土蒸养环境温度充分拟合蒸养工艺曲线，大幅度提高了梁体养护质量，缩短了箱梁养护时间；三是研制出自行式滑动蒸汽养护棚罩，可方便快捷移动，密封性能好，为自动温控养护系统的顺利实施提供了强有力的工装保障。
蒸汽养护自动控制系统的应用，提高了梁体混凝土养护质量，与传统的蒸汽养护相比，实现了节能降耗的目的。
长沙梁场自动温控养护系统图长沙梁场温控界面图
长沙梁场管道布置图长沙梁场滑动式蒸养棚罩
2.2快速制梁集约化生产组织研究
快速制梁集约化生产，其关键是通过优化工序组合和资源配置，充分压缩制梁关键线路各工序时间，达到快速制梁的目的。
一是加强工序和人员管理，实现工序的无缝对接。
建立管理体系和管理标准，量化各工序作业目标，全员全方面培训；实行工序交接制度，强化考核、监督，实现工序转换的无缝衔接。
二是以优化工艺流程为核心，实现集约化生产，构建快速的制梁生产线。
按照底模、侧模固定，钢筋整体吊装入模，液压内模整体出入，轮胎搬运机移运梁体的总体思路，进行快速制梁的工艺流程和生产线优化设计，使得箱梁快速预制工艺中的工序环环相扣，紧密配合，关键线路明晰。
根据快速制梁研究，工艺流程和生产线（6个制梁台座设计）优化如下：
快速制梁工艺流程图
快速制梁生产线设计示意图
三是优化要素配置，提高工序作业效率。
⑴模板工序。
台座、侧模、内模按1:
1:
1配置，底模侧模固定能够实现移梁后1~1.5小时完成模板清理调整工作；采用整体移动式液压内模，整体拖拉，快捷方便。
（2）钢筋工序。
配置合理的钢筋绑扎胎具，实现箱梁底腹板及顶板钢筋整体入模方式，钢筋加工、绑扎为非关键工序。
（3）混凝土工序。
合理配置混凝土拌合、运输及灌注设备，实现在5~6小时内完成混凝土的浇筑，随后进行蒸汽养护。
（4）梁体移运工序。
利用900t轮胎式搬运机移运梁体，机动灵活，可在1~2小时内即可完成作业。
钢筋整体绑扎900t提梁机提梁作业
四是强化信息化应用，为集约化管理工作提供支撑。
在箱梁快速预制中，我们运用了蒸汽养护自动控制系统、搅拌站自动计量系统、搬运机自动平衡系统、制梁区域视频监控系统和工序作业时间统计系统等信息化技术，为快速制梁集约化管理提供了强有力的技术支撑。
3初步应用成果
本科研成果已在石武客运专线（河北段）永年制梁场、成绵乐客运专线广汉制梁场等进行了试验性验证，并在合蚌客运专线水湖制梁场和下塘制梁场进行了批量生产。
下面以合蚌客运专线水湖制梁场为例进行说明：
合蚌客专水湖制梁场预制箱梁564片，预制工期1年。
根据快速制梁工艺，梁场采用横列式布置，共设置6个制梁台座（梁场平面布置图如下图所示），台座、侧模、内模按1:
1:
1的方式配置。
钢筋整体绑扎整体吊装，设置4个钢筋整体绑扎胎具、2个钢筋吊架，生产能力2孔/天。
水湖梁场平面布置图
根据目前已制300孔箱梁统计，单孔箱梁预制循环周期为72小时，达到3天/孔。
具体工序作业时间、人员配置及主要工装设备配置如下表所示。
水湖制梁场制梁各工序作业时间和劳动力配置表
序号
工序
用时
人数
备注
1
底、侧模清理、调整
2h
8～10
尺寸合格、清洁
2
钢筋笼吊装入模
4h
5～6
安装桥面预埋钢筋，尺寸合格
3
内模穿入钢筋笼及安装端模
6h
8～10
穿内模，内模安装固定完成，尺寸合格
4
预埋件安装
6h
8
剪力齿槽、侧向挡块模板安装
5
混凝土浇筑
6h
36
完成
6
混凝土蒸养
34h
4
安装蒸养棚，完成静停、升温、恒温、降温阶段
7
拆端模，内模
6h
4～5
8
预、初张拉
6h
10
穿钢绞线、预、初张拉
9
梁体起移
2h
8
周期
72h
注：
以上为每个工序的平均用时
主要工装及设备表
序号
项目
规格
数量
备注
1
轮胎式提梁机
900t
1
2
龙门吊
50t
4
可整体吊装钢筋笼
3
布料机
18m
4
二维
4
地泵
80m3
2
6
搅拌站
2m3
2
HZS120
7
张拉架
8
快速支立
8
张拉油顶
300t
4
底模
32m
6
9
侧模
32m
6
固定式
10
内模
32m
6
整体移动式，整体缩张
11
端模
32m
6
整体式
12
制梁台座
32m
6
采用扩大基础
13
钢筋绑扎胎具
32m
4
满足钢筋整体绑扎
14
钢筋内模胎架
32m
4
用于支撑固定顶板钢筋绑扎
15
内模拼装台座
32m
4
满足内模整体滑动
16
钢筋吊装架
32m
2
满足钢筋整体吊装
17
蒸养棚
32m
3
18
锅炉
2t/4t
2
通过水湖制梁场的实践，说明快速制梁技术具有占地面积小，制梁周期短，节约工期的优点。
与传统制梁场比较，在同等生产效率下，可少配置6个制梁台座，节约用地约1万平方米。
目前，我局也在逐步推广快速制梁施工工艺，刚中标的合福铁路客运专线长临河梁场也采用了快速制梁工艺。
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