跨座式單軌混凝土軌道梁預制生產工藝研究

■ 潘力 謝通

1 概述

跨座式單軌是通過單根軌道進行支承、穩定和導向，車體騎跨在軌道梁上運行的軌道交通，以其環保低噪、爬坡能力強、轉彎半徑小等優點成為城市軌道交通的重要發展方向之一。“云軌”又稱云中軌道交通系統，是比亞迪汽車工業有限公司（簡稱比亞迪）對其自主研發的跨座式單軌列車交通系統的別稱。2016年10月23日，我國首條“云軌”試驗線在深圳坪山比亞迪工業園完成試運行。

跨座式單軌交通有三大關鍵技術：道岔、車輛、預應力混凝土軌道梁（簡稱PC軌道梁）。PC軌道梁作為一種橋梁結構，既起到承受質量和承載供電及信號等系統的作用，也是車輛行駛的軌道。作為集多種功能于一體的建筑結構，不僅要保證較高強度，還必須具有足夠的精度[1]。制作每榀PC軌道梁時，都會根據線路布置需要，在梁的跨度、平面曲線、豎曲線及預埋件種類等方面進行相應調整。不能通過調節道砟、軌道配件等措施調節軌道線形，只能在制作時控制制造工藝，使PC軌道梁嚴格滿足規劃及設計尺寸要求，其精度對線路工程質量影響極大[1-4]。

2 預制工藝

2.1 工藝原理

PC軌道梁采用后張法實現混凝土結構的預應力，預制生產過程中需要使用特殊的高精度可調式模板[1]。“云軌”PC軌道梁采用矩形截面，梁寬700 mm、高1 500 mm（見圖1）。其工藝原理為：用鋼結構拼焊成可移動的臺車作為梁體底模，把待生產的PC軌道梁的線形控制點及各類預埋件位置標注于底模，先在臺車面進行尺寸放線及鋼筋骨架制作，設置預應力預留管道，安裝各類預埋件、一次性內膜、端模及支座等，隨后移入模板并調整線形，復核無誤后灌注混凝土，隨即進行蒸汽養護，待強度達到設計要求時進行預應力張拉，通過錨具和鋼絞線傳力使梁體達到預壓[1，5]。PC軌道梁預制工藝流程見圖2。

2.2 工藝特點

跨座式單軌軌道梁結構的特殊性決定了PC軌道梁預制工藝的特殊性，該工藝主要特點如下[5]：

圖1 PC軌道梁矩形截面

圖2 PC軌道梁預制工藝流程

（1）采用一套可調整彎曲曲線及超高值（翻轉）的PC軌道梁專用高精度可調式模板系統（簡稱PC軌道梁模板系統），具有較高的強度和穩定性，以保證PC軌道梁的線形尺寸及預埋件位置嚴格符合設計要求[2]；既能制作直線PC軌道梁，也可制作曲線PC軌道梁。

（2）梁體混凝土為C60級以上的高強混凝土，采用抗拉、壓鑄鋼支座。

（3）軌道梁制作底模為可移動臺車。

（4）軌道梁制作模具能夠固定相應部位的預埋件，如底模固定鑄鋼支座、電纜橋架，端模固定指形板座（PC軌道梁間連接結構），側模固定絕緣子固定預埋管、車體接地固定預埋管等。

3 PC軌道梁模板系統

3.1 模板結構

PC軌道梁模板系統主要由頂部平臺、立柱、側模板、端模、側模懸吊機構、線形板、側模板調節機構、底模臺車等部件組成[4]（見圖3）。

圖3 PC軌道梁模板系統截面示意圖

3.1.1 立柱

立柱底部與地面固定，用于支承側模懸吊機構、頂部平臺及側模板調節機構，承受側模板調節時的反作用力。

3.1.2 側模板

側模板由厚鋼板、背部縱筋及橫筋、鉸接裝置、密封裝置等組成，用于形成PC軌道梁的平面曲線及豎曲線。側模板上安裝了線形板，既能控制梁兩側頂部線形及高度，又能固定軌道梁梁體兩側的各類預埋件[3-4]。

3.1.3 端模

端模由端模板、指形板、固定工裝、錨具工裝、密封膠圈等組成，根據不同平面曲線和豎曲線需要，可在制梁時調整梁體端部高度、傾角及轉角。

3.1.4 側模懸吊機構

側模懸吊機構由吊臂、滑動軌道、吊頂等部件組成，能支承側模板質量，并調整側模板高度。

3.1.5 側模板調節機構

一套模板的單側由上、下調節機構組成（部分工況會增加中間的快速調節機構），通過絲桿進行傳動和加力，其上有標尺桿，可精確控制調節量。

3.1.6 底模臺車

底模臺車由面板、面板支架、端模可調支座、端模固定支架、含輪對的行走底座及長度可調墩架等部件組成。作為PC軌道梁預制的底模，其長度、高度可調，并能調節和固定端模。

3.2 模板線形控制原理

3.2.1 平面曲線形成原理

根據沿梁長方向不同位置的平面曲線設計值，通過拉、壓相應位移調節機構絲桿，使梁體模板發生位移，并利用大、小位移調節機構絲桿的位移標尺測定位移量，達到平面曲線的線形精度。

3.2.2 豎曲線及預設拱度形成原理

根據沿梁長方向不同位置的梁頂標高設計值，調整側模高度調節器和線形板，并利用水準儀進行測量，達到豎曲線及預設拱度的線形精度。

3.3 系統優勢

與傳統預制梁模板（拼裝）相比，PC軌道梁模板系統具有以下優勢：（1）側模板采用屈服強度高、焊接性能好的厚鋼板焊接成一體，使用壽命長，有效消除梁體表面連接縫痕跡；（2）懸吊機構采用滑塊及高精度導軌導向，提高模板系統運行穩定性；（3）模板采用PLC控制，通過電機驅動各連桿機構，實現側模同步運動，操作方便，大大降低勞動強度，在保證工法精度的同時提高生產效率；（4）側模工位移動方式降低生產用地面積，簡化生產工藝；（5）采用透明有機玻璃封閉，保證軌道梁養護工藝要求，實現目視化管理與生產。

4 生產施工操作要點

4.1 鋼筋工程

PC軌道梁梁體內鋼筋密集、箍筋外型復雜，且鋼筋保護層要求較高，因此要求鋼筋制作尺寸準確，需要注意以下幾點[3]：（1）PC軌道梁線形多變，不同線形梁在同一部位的鋼筋下料長度不等，每榀梁鋼筋下料前需技術人員根據設計線形進行交底，從而保證鋼筋的成型精度；（2）根據對應梁體不同部位的超高對鋼筋進行逐一彎制，并按組立順序進行疊放；（3）根據臺車放線所示平面曲線進行鋼筋組立，并按臺車放線所示的預埋件種類及數量進行定位安裝。

4.2 模板工程

4.2.1 內模制作

根據PC軌道梁不同梁型，按設計要求對應制作內模。內模隨梁體跨度、平面曲線半徑的變化而作相應變化；要求內模能承受混凝土擠壓變形及破壞的剛度及強度，一般以優質層板作為隔板（1個/m），以矩形木條拼裝在隔板上作為內模骨架，將0．5～1．0 mm的薄鐵皮覆蓋釘裝于內模骨架上作為外殼[1]。

4.2.2 端模配裝

（1）端模組裝操作要點：①在安裝指形板預埋件時，要保證指形板座與相應定位支座貼合緊密[6]；②通過螺栓將錨具支承板固定于端模；③設計圖紙規定了PC軌道梁梁體端部的超高，應加工相應尺寸的木墊板，并通過螺栓安裝于端模底部。

（2）端模安裝操作要點：①將端模固定支座安裝于臺車兩端固定位，吊裝端模到放線位置，通過拉桿及銷軸連接端模與臺車上固定的拉桿支柱；②通過端模拉桿將端模底部內邊線與臺車上的梁底端邊線調整至重合，并使端模傾角、轉角符合設計圖紙的各項規定角度值[6]；③安裝完成后重新測量各項參數（梁長、傾角及轉角等）[7]。

4.2.3 入模

入模操作是控制PC軌道梁線形的關鍵，操作要點如下：

（1）在臺車進入模具內部前，應依據設計圖紙調整線形板及端模，同時將絕緣子固定預埋管及車體接地用固定預埋管安裝完畢。將側模板下刀口到臺車面板的高度差調整為梁邊倒角值。通過跨中處豎曲線調節絲桿，將兩側線形板臺面至臺車面板的距離調整為梁高。調節每個線形板調節點處線形板與臺車面板的高度差，使其符合設計圖紙中對應的預留反拱值。

（2）移動臺車，使PC軌道梁的鋼筋骨架隨其進入模板的灌注工位。精確調節臺車縱、橫向位置，用固定裝置定位。

（3）依據尺寸工法調節模板各千斤頂絲桿的拉壓量，將模板調整至設計圖紙規定的線形。側模調整示意見圖4。

（4）安裝內模防浮壓栓、底部密封膠條、側模板鎖緊裝置。

（5）復核入模數據[6-7]。

4.3 混凝土工程

4.3.1 振搗

混凝土振搗是PC軌道梁梁體成型的重要工序。梁體外觀質量特別是混凝土表面的氣泡、麻面多少，與混凝土振搗工藝的優劣緊密相關。為保證梁體成型精度，摒棄傳統附著式振動器振搗方式，全部采用高頻插入式振動棒進行振搗密實。振搗時間、振點布設是影響振搗質量的關鍵因素。振搗過程中嚴格做到分層布料、分層振搗，布料厚度每層不超過30 cm，振點按梅花形布設[8]。

圖4 側模調整示意圖

4.3.2 抹面

PC軌道梁混凝土抹面應符合以下要求：

（1）振實的混凝土澆筑至線形板標定面時，隨即進行抹面工序。

（2）先將振實段的內模防浮壓栓拆除，再進行粗抹（以線形板標定面為基準）。

（3）將專用抹面水平尺放置在線形板標定面進行精確抹面。水平尺在線形板標定面前后推動，使梁體混凝土頂面與線形板臺面一致。當混凝土表面接近初凝時，使用專用潔凈毛刷沿橫向輕刷梁體頂面，使表面形成均勻的長紋路[8]。

4.3.3 養護

PC軌道梁混凝土養護包括以下階段：

（1）蒸汽養護。在模板內部完成，其要求為：①包括靜停、升溫、恒溫及降溫4個階段。無論升溫、降溫，速度均不大于15 ℃/h；②脫模時，梁體表面溫度與環境溫度最大差值為15 ℃；③提供蒸汽后，做好查溫記錄（1次/h），并注意調整溫度。

（2）自然養護。灑水次數不得過多或過少，應保證混凝土表面充分潮濕。冬季對梁體采取保溫措施，在溫度低于5 ℃時不得進行灑水養護[9]。

5 材料與設備

5.1 原材料

PC軌道梁在跨座式單軌交通系統中的設計壽命為100年，除要求較高強度外，還要保證一定的耐久度，因此對原材料質量要求較高。PC軌道梁主要原材料見表1。

5.2 機具設備

制造PC軌道梁所需的主要機具設備見表2。

6 質量控制

6.1 工程質量控制標準

PC軌道梁的質量檢驗包括但不限于以下標準：

（1）GB 50614—2010《跨座式單軌交通施工及驗收規范》。

（2）GB 50204《混凝土結構工程施工質量驗收規范》。

（3）GB 50458《跨座式單軌交通設計規范》。

6.2 質量保證措施

采取以下措施保證PC軌道梁的質量符合驗收規范：

（1）鑒于PC軌道梁工藝的特殊性，開工前由技術人員對各班組進行技術交底。

（2）嚴把材料關，必須對所有原材料抽樣試驗，檢驗合格后方可使用，在生產過程中嚴格執行“三檢制”（自檢、互檢、專檢），嚴把過程控制，對測量項目嚴格執行換手復測制度，確保梁體線形精度。

表1 PC軌道梁主要原材料

表2 制造PC軌道梁主要機具設備

（3）制定可行的專項方案，如夏季施工專項方案、梁體防裂養護專項方案等。

（4）加工PC軌道梁預制專用工裝，如鋼筋及預應力管道定位工裝、內模穿入工裝、移梁擺渡車、吊梁專用夾具等。

6.3 監控項目

PC軌道梁線形多樣、制作精度要求高。由于車輛卡在軌道梁上行走，因此梁體外形尺寸、梁與梁之間的連接以及預埋件埋設精度要求較高。PC軌道梁主要質量監控項目見表3。

7 安全及環保

7.1 安全措施

在PC軌道梁生產全過程中，建立安全施工規章制度、懸掛安全警示牌、張貼安全宣傳標語、創造安全施工環境。根據不同工況作出對應要求，完善安全管理制度，明確生產現場安全生產第一責任人，配置專職安全管理人員，切實貫徹執行安全檢查制度和事故報告制度，嚴格按《安全操作規程》執行。特種設備和特殊工種作業人員必須持證上崗，杜絕違規操作。對重大危險源（如生產用電、壓力鍋爐、高空作業、移梁龍門吊等）制定專項方案和應急預案。

表3 PC軌道梁主要質量監控項目

7.2 環保措施

PC軌道梁生產施工環保措施如下：

（1）粉塵防治措施。混凝土攪拌站水泥筒倉安裝除塵裝置，裝置采用多級布袋除塵器。除塵器需有足夠除塵面積，泵送水泥壓縮空氣有足夠過濾面積，不會對除塵布袋產生較大壓力；干燥季節施工需經常向地面灑水，控制揚塵。

（2）廢水防治措施。采用較大污水池，通過兩級沉淀溢流，達到排放清水目的；沉淀池中的廢渣清理堆放在指定地點，并使用專用砂石分離設備。

（3）廢渣防治措施。將混凝土廢渣集中存放在指定地點，倒入規定垃圾場。

8 結束語

跨座式單軌預應力混凝土軌道梁預制是否滿足設計要求，直接影響線路工程質量。對于PC軌道梁的質量控制，首先要從源頭開始，嚴抓原材料質量檢測；另外，作業中要根據指導書及工藝細則要求進行工序操作，并按相關工程質量標準進行檢驗；最重要的是要保證高精度可調式模板的精度和可靠性。PC軌道梁在“云軌”交通應用中取得豐碩成果，但也存在諸多不足：如模板精度不足，材料、熱處理工藝及焊接工藝不良，軌道基礎沉降等。應加大研發投入，解決關鍵技術問題，實現更高的精度和可靠性。