高鐵40 m預制箱梁整體內(nèi)模自驅(qū)系統(tǒng)技術研究

曹萬會

（中鐵二十二局集團第二工程有限公司 北京 100041）

1 引言

目前我國高速鐵路推廣的預制40 m無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁，大大提高簡支梁橋的跨越能力，減少墩臺數(shù)量，提高生產(chǎn)效率［1］。在節(jié)省材料、減少土地占用、方便架設安裝、提升跨越能力等方面具有較大優(yōu)勢。40 m時速350 km預制箱梁梁體混凝土強度等級為C50［2］，混凝土方量為370.86 m3，梁高3.235 m，與32 m 時速350 km 箱梁相比，混凝土方量增加55 m3，梁高增加0.2 m，梁長增加8 m，相應內(nèi)模長度增加8 m，重量增加24%以上，對內(nèi)模承載力、強度、穩(wěn)定性及周轉(zhuǎn)使用效率提出了更高的要求，內(nèi)模的拆裝工藝又是控制生產(chǎn)效率的關鍵因素［3］。通過對高鐵40 m箱梁整體液壓內(nèi)模增設自驅(qū)系統(tǒng)，大大提高了工作效率，保障了箱梁施工質(zhì)量，且能夠滿足安全性和經(jīng)濟性。

2 工程概況

新建江蘇南沿江城際鐵路是我國第一條正式使用40 m無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁的高速鐵路建設項目。本項目是我國“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)中沿江通道的重要組成部分［4］。中鐵二十二局集團江陰東制梁場承擔南沿江城際鐵路站前工程NYJZQ-7標751榀箱梁預制，其中40 m雙線箱梁367榀，32 m雙線箱梁341榀，其他型號箱梁43榀。本制梁場40 m、32 m箱梁配備整體液壓內(nèi)模各4套，均加裝了自驅(qū)系統(tǒng)。

3 自驅(qū)系統(tǒng)在高速鐵路40 m箱梁預制中的技術研究

3.1 常規(guī)整體液壓內(nèi)模的使用現(xiàn)狀及問題解析

整體式箱梁模板由外模和內(nèi)模兩大部分組成［5］，其中，內(nèi)模在箱梁模板設計中技術含量最高，也是決定現(xiàn)場施工效率的主要因素之一［6］。內(nèi)模的設計方案對施工周轉(zhuǎn)速度、箱內(nèi)尺寸控制、使用安全性具有重要影響，40 m大跨度的箱梁施工尤為明顯。常規(guī)箱梁內(nèi)模進出模采用模外卷揚機前端牽引，龍門吊配合整體移動［7］。施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)模脫軌、中心偏位、超拉、脫焊及卷揚機鋼絲繩斷裂發(fā)生意外事故等問題。下面通過對出現(xiàn)問題的分析，提出內(nèi)模采用自驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)越性。

常規(guī)卷揚機拖拉內(nèi)模過程中因鋼絲繩卷軸存在自由卷盤寬度，造成鋼絲繩在受力狀態(tài)下產(chǎn)生偏移，不能保持高度及軸向拖拉力。由于40 m箱梁的跨度大更易導致內(nèi)模在拖拉過程中脫軌及長時間的偏向磨損導向輪，同時因內(nèi)模導梁與安放在底模上的導向輪不同軸造成內(nèi)模整體偏移一側(cè)，影響梁體腹板寬度；若卷揚機操作稍有失誤，容易將內(nèi)模拉入過度，定位不準確，需要二次糾正，費時費工；內(nèi)模導梁通過卷揚機頻繁拉入拉出，長時間受力容易造成導梁與內(nèi)模間的脫焊和導梁的變形，最終導致內(nèi)模不同程度的變形，影響箱內(nèi)整體外觀質(zhì)量；施工過程中卷揚機的吊移是通過制梁區(qū)的龍門吊操作完成，容易造成工序交叉，降低工作效率；最嚴重的問題是容易因卷揚機鋼絲繩局部受損未被發(fā)現(xiàn)或經(jīng)常性的超負荷的拖拉施工導致鋼絲繩的瞬間斷裂，出現(xiàn)人身傷害安全事故。

經(jīng)過對常規(guī)卷揚機拖拉內(nèi)模的總結(jié)認識，對比加裝自驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)模的工作性能，能夠充分體現(xiàn)自驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)越性，以下對箱梁整體液壓內(nèi)模自驅(qū)系統(tǒng)的設計、安裝及操作使用做簡要介紹。

3.2 箱梁整體液壓內(nèi)模自驅(qū)系統(tǒng)的設計要點

為了提高箱梁整體液壓內(nèi)模的作業(yè)效率，主要從改變其移動方式著手，增加了縱向自驅(qū)系統(tǒng)。自驅(qū)系統(tǒng)采用機電動力模式，每套內(nèi)模配置一套固定驅(qū)動托架，一套移動驅(qū)動托架和一套移動托架。并在原設計內(nèi)模分節(jié)塊液壓收縮模塊、液壓油路、導梁的基礎上增加齒條系統(tǒng)，如圖1～圖3所示。

圖1 箱梁整體液壓內(nèi)模與自驅(qū)系統(tǒng)組成

圖2 驅(qū)動電機及鏈條

圖3 齒條

自驅(qū)系統(tǒng)采用電機－齒輪式傳動裝置，內(nèi)模底部中間采用12 mm的鋼板，間距60 mm，每隔70 mm做一個直徑36 mm的孔，在孔道內(nèi)嵌入直徑34 mm的鋼柱，并焊接牢固，做成鏈條型，作為力的傳送裝置，在內(nèi)模中間位置和制梁臺座靠近內(nèi)模一端共設置驅(qū)動托架2套，采用3 kW的電機通過減速裝置帶動連接齒輪運行，齒輪與鏈條相咬合，驅(qū)動內(nèi)模整體縱向移動，內(nèi)模存放處中心到箱梁預制臺座中心距離50 m，保證內(nèi)模安裝到位。在設計中，主要有以下設計原則及要點：

（1）結(jié)構設計要簡單，便于操作，有利于提高工作效率，保證質(zhì)量。

（2）每套內(nèi)模配置固定驅(qū)動托架、移動驅(qū)動托架和移動托架各一套，每套托架都包含底部調(diào)節(jié)絲、上部滾輪、機電系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)。

（3）電機功率滿足動力需要，電機額定功率在所需最大驅(qū)動力的1.5～2.0倍間。內(nèi)模重70 t，鋼導梁與鋼滾輪之間的滑動摩擦系數(shù)取0.001，選用3 kW的電機。保證電機為內(nèi)模的直線行走提供足夠動力。

（4）箱梁內(nèi)模自驅(qū)系統(tǒng)操作采用手持式遙控操作，安全方便。

3.3 箱梁整體液壓內(nèi)模自驅(qū)系統(tǒng)組裝要點

（1）內(nèi)模托架及內(nèi)模鋼臺座基礎設計滿足地基承載力要求，且要兼顧經(jīng)濟性原則。最大沉降量控制在5 mm內(nèi)，并嚴控不均勻沉降。

（2）內(nèi)模托架及內(nèi)模鋼臺座基礎嚴格控制高度和軸線，保證內(nèi)模鋼臺座、活動及固定托架基礎軸線一致，高度平順，使它們基本處于同一水平面內(nèi)，防止內(nèi)模變形［8］。

（3）內(nèi)模嚴格按照設計要求加工生產(chǎn)，下料及拼接過程嚴禁發(fā)生熱反應導致材質(zhì)受損、變形，嚴格控制加工誤差及精度，保證內(nèi)模移動時順暢。

（4）內(nèi)模在制造和安裝拼接時，保證拼接質(zhì)量，錯臺高差控制在1 mm內(nèi)。對照安裝要求進行全面檢查和驗收，及時進行調(diào)整［9］。錯臺超差會影響內(nèi)模移動。

（5）內(nèi)模整體吊裝前，校準鋼臺座、活動及固定托架間的軸線及高度關系，底模板、內(nèi)模板、內(nèi)模托架軸向中心線在同一直線上。側(cè)模、端模試拼后調(diào)節(jié)內(nèi)模托架的高度，使其達到等高。

（6）測試內(nèi)模行走系統(tǒng)的行走線性：安裝活動內(nèi)模支架，調(diào)整支架下部螺栓使其和固定內(nèi)模高度一致，使活動、固定托架齒輪裝置與齒條導梁在同一直線、同一平面、同一時間工作。

（7）內(nèi)模由專人負責操作，并由廠家專人指導、培訓完成。

3.4 箱梁整體液壓自驅(qū)內(nèi)模的施工操作流程及操作要點

3.4.1 操作流程

（1）入模前準備。端模板安裝到位，安裝箱內(nèi)泄水孔成孔器（內(nèi)模支腿），該成孔器也作為內(nèi)模行走的支架，在內(nèi)模支腿上放置導向輪，用槽鋼將內(nèi)模支腿連接，形成滑道，高度一致，在內(nèi)模進入或者拉出時作為支撐，防止內(nèi)模驅(qū)動時受力過大或前后重量不同，造成內(nèi)模掉道等不安全事故的發(fā)生。

（2）入模。首先將移動驅(qū)動托架推至梁端位置，使用連接螺栓與地面固定，調(diào)整移動驅(qū)動托架下的螺栓，使其處于同一平面，調(diào)整線性使其處于同一直線。分兩步使內(nèi)模進入模板內(nèi)，第一步：啟動固定驅(qū)動托架處動力系統(tǒng)，電動機驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動使齒輪咬合導梁，齒條拖動內(nèi)模行走；第二步：內(nèi)模行進至端模處活動驅(qū)動托架時，開動活動驅(qū)動托架處動力系統(tǒng)，開始工作，通過活動驅(qū)動托架齒輪轉(zhuǎn)動，使齒輪咬合導梁拖動內(nèi)模繼續(xù)行走完成入模作業(yè)，精確定位后，啟動模板液壓系統(tǒng)，撐起模板，并進行各部位固定。檢查合格后可進入下一步施工。

（3）出模。根據(jù)先安后拆的施工原則，混凝土達到強度進行預張后，按安裝時的步驟反向操作，內(nèi)模行至存放區(qū)，工人進行打磨、涂油，清理表面及導梁上的混凝土［10］，準備下次使用。

3.4.2 操作要點

（1）內(nèi)模進出前檢查移動、固定驅(qū)動托架上齒輪驅(qū)動裝置及液壓無線控制系統(tǒng)電路是否正常，配件是否齊全，避免因系統(tǒng)發(fā)生損壞或配件不齊造成無法完成協(xié)同作業(yè)。

（2）內(nèi)模行走過程中隨時盯控驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動及速率是否發(fā)生異常，齒輪與齒條導梁的銜接是否順暢、緊密、無錯咬，避免發(fā)生行走抖動、掉齒現(xiàn)象。

（3）定期對齒輪、齒條導梁系統(tǒng)進行保養(yǎng)維護，保證機械正常使用狀態(tài)。

（4）操作過程中注意自驅(qū)系統(tǒng)是否出現(xiàn)異響、模塊間發(fā)生脫焊、扭曲變形等異常情況，發(fā)生后立即停止作業(yè)，排查問題恢復正常后方可正常施工。

（5）定期檢查變截面位置的內(nèi)模是否有變形或者咬合，模板變形后及時維修［11］。

3.5 箱梁整體液壓內(nèi)模自驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）箱梁整體液壓內(nèi)模采用自驅(qū)系統(tǒng)與常規(guī)內(nèi)模拖拉在設計方面比較主要有以下優(yōu)點：內(nèi)模驅(qū)動系統(tǒng)設計結(jié)構簡單，功能強大、噪聲小、維護方便等優(yōu)點；液壓縮放內(nèi)模及驅(qū)動為手持式遙控操作界面，看得到做得到，完成內(nèi)模的收合及定位無須多人多設備配合，此方案既節(jié)省了時間，減少了勞動強度，提高了勞動效率同時也提高了安全性，滿足通過簡單培訓即能上崗的施工條件［12］。

（2）箱梁整體液壓內(nèi)模自驅(qū)系統(tǒng)與常規(guī)內(nèi)模拖拉在應用方面比較主要有以下優(yōu)點：采用自驅(qū)系統(tǒng)避免了由卷揚機施工造成的上述說明中容易造成的內(nèi)模偏移影響箱內(nèi)變截面尺寸、內(nèi)模安裝二次返工、損傷內(nèi)模、安全事故等問題的發(fā)生；減少了制梁區(qū)域設備的占用面積，操作空間更加透明；采用無線遙控液壓系統(tǒng)可以更加快捷地進行操作施工，減少配合人員的數(shù)量，能夠在模板施工范圍近距離地對模板伸縮、升降，減少因障礙物對模板的阻礙產(chǎn)生的變形、脫焊等設備損壞現(xiàn)象的發(fā)生；減少了制梁區(qū)多工種、多工序的交叉施工造成的效率低下的問題。

（3）箱梁整體液壓內(nèi)模自驅(qū)系統(tǒng)與常規(guī)內(nèi)模拖拉方式經(jīng)濟效益比較主要有以下優(yōu)點：自驅(qū)系統(tǒng)用電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的卷揚機，采用軌道－齒輪配合模式，避免了卷揚機偏心牽引對內(nèi)模系統(tǒng)造成損傷，內(nèi)模自驅(qū)行走提高了內(nèi)模安裝精度，減少了尺寸調(diào)整時間，傳統(tǒng)方式需要30 min內(nèi)模方可進入箱內(nèi)，而安裝自驅(qū)系統(tǒng)內(nèi)模最快12 min可完成。降低了勞動力的使用，提高勞動力的單位價值，傳統(tǒng)方式需要8人配合完成內(nèi)模入模工作，現(xiàn)在只需要2人。縮減人員配置，提高勞動效率，應用機械化代替?zhèn)鹘y(tǒng)的勞動密集型施工，也是當前的形勢。傳統(tǒng)方式采用龍門吊吊移卷揚機進行調(diào)整內(nèi)模，卷揚機倒運一次最少30 min。龍門吊作為梁場生產(chǎn)的主要設備，如果在內(nèi)模安裝方面占用大量時間，在其他方面就降低了使用率，現(xiàn)場反映出的就是機械設備不足，不能滿足現(xiàn)場施工。采用自驅(qū)系統(tǒng)安裝內(nèi)模時需要1臺叉車配合6 min，2人配合15 min左右，即可完成入模工作，安全高效。

通過內(nèi)模行走方式的改進有效提高施工效率、降低成本，保證了內(nèi)模腹板尺寸的準確度，有效解決兩側(cè)腹板偏重對梁體及下部結(jié)構造成的偏載問題，提高了施工質(zhì)量，降低了內(nèi)模板整修、焊接的概率，同時大大減少了施工過程中的安全事故隱患。最終滿足大跨度40 m箱梁模板的施工要求，同時使模板施工更加機械化、效率化，滿足機械智能化的施工生產(chǎn)需要。

4 結(jié)束語

高鐵40 m預制箱梁整體液壓內(nèi)模采用自驅(qū)系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)箱梁內(nèi)模的弊病，從設計到應用均滿足要求。設計機構簡單，便于操作，使用安全，作業(yè)效率高，有效提高了模板的經(jīng)濟性，并為箱梁質(zhì)量提供了有力保障。該系統(tǒng)也適用于40 m以下跨度箱梁內(nèi)模，尤其值得在大跨度高鐵及其他行業(yè)箱梁預制中推廣。