地鐵預應力長軌枕鋼模的設計與應用

楊 陽

(汝州鄭鐵三佳水泥制品有限公司,河南 汝州 467500)

1 研究背景

地鐵預應力長軌枕(以下簡稱地鐵長枕),作為地鐵線路常用的基礎部件,隨著地鐵建設里程的快速延長,需求量也日益增多,但目前在流水機組法地鐵長枕的生產過程中,普遍存在套管位置精度超標、坡度不合格、外觀質量差,特別是橫孔周圍和端部因為密封不嚴漏漿造成的外觀質量差,有時甚至發生被施工單位退貨的情況,影響地鐵線路的正常施工。

我公司有幸中標了鄭州地鐵2號線的地鐵長枕、短軌枕和岔枕的供應。由于地鐵和大鐵的業主不同,所以對產品要求的理解也不盡相同,地鐵相對于大鐵對于產品的外形尺寸的要求基本相同,但外觀要求更為嚴格一點。我公司在大鐵普通預應力混凝土軌枕和高速岔枕鋼模型的基礎上,集各種鋼模型的優點,研制出了一種新型地鐵長枕鋼模型,其主要創新在于：①使用機加工的端平板和定位螺栓,保證其塑料套管的位置和承軌面坡度；②利用橡膠復合鐵擋板中橡膠的特性對軌枕端部進行密封；③利用充氣后橫孔成孔器的膨脹對鋼模側孔實現密封,放氣后成孔器收縮又可順利取出。通過以上措施的實施,生產出的地鐵長枕,外觀基本沒有氣孔,非常漂亮。得到了同行和業主、監理的高度評價。研制出的一種橡膠成孔器已經申請了國家專利(專利號ZL 2016 2 1326772.5)。

2 地鐵長枕的鋼模研制

2.1 地鐵長枕簡介

地鐵長枕分2.1米和2.2米兩種型號,由四根高強度螺旋肋鋼筋、數道箍筋、4個塑料套管和C60混凝土組成。塑料套管根據扣件系統要求設置在軌枕中心線兩側,相對尺寸公差小于±1mm,兩承軌面向內設1∶40的坡度,表面缺陷(氣孔、粘皮、麻面等)的長度≤10、深度≤5,要求十分嚴格。

2.2 國內生產工藝現狀及存在的問題

目前國內生產地鐵長枕的生產基本上全部采用流水機組法生產工藝,鋼模為2×5的結構形式,為成本考慮,采用6mm的Q235鋼板拼焊而成,塑料套管直接安裝在上面,鐵擋板與鋼模殼體之間采用大間隙配合,橫孔成孔器采用鋼管加工而成,與鋼模側孔采用小間隙配合。這種結構的鋼模生產出來的產品存在承軌部位平面度超標,套管位置不準確,外觀蜂窩麻面多等諸多問題。

2.3 鋼模及工藝配件的方案設計

經過分析,承軌部位套管位置、坡度平面度超差的根本原因,在于鋼模相應位置的剛度不足在焊接過程中變形所致,端部和橫孔周圍蜂窩麻面的主要原因在于鋼模和工藝配件之間的縫隙過大,混凝土在振動過程漏漿嚴重造成的。為此,我們分別制定了如下技術方案并進行了深入討論。

2.4 方案研究和確定

2.4.1 模殼設計

模殼提出了如下兩種方案：①沿用國內通用的結構形式,采用6mm鋼板拼焊而成,只是在承軌部位使用20mm厚的經過機械加工的鋼板。②基于成本和質量的雙重考慮,采用五段折彎模殼焊接成型,承軌部位結構同方案①。

方案①的優點在于工藝成熟、成本較低,承軌部位尺寸保證率高,但缺點在于焊接和打磨工人技術參差不齊,難免出現模殼縱向拼焊處坑凹不平,產品在放松應力過程中造成掉角掉塊,影響外觀。方案②大大減少了縱向的焊縫長度,可有效避免方案①出現的問題,但難點在于模殼折彎時的精度控制。不過經過試驗,技術熟練的工人使用數控彎折機可以輕松實現標準要求。

為產品外觀考慮,選擇方案②。

2.4.2 套管定位方式的設計

套管定位方式有三種方案：①漲套定位,即套管套在圓錐彈簧卡上,利用彈簧卡向外的漲力實現套管的定位。②橡膠螺栓定位,在灌注混凝土之前把套管旋轉固定在鋼模殼體的橡膠螺栓上面。③螺栓定位,也是在灌注混凝土之前,兩人配合,將螺栓穿過鋼模底板的定位套,一人固定螺栓,一人旋轉固定套管,將套管固定在鋼模上面。

以上三種方案安裝在20mm厚的鋼板上都能保證套管的定位精度,但由于是流水機組法生產工藝,在放松應力時,軌枕會相對于鋼模殼體沿縱向移動,所以方案①是行不通的。方案②的缺點在于脫模時需要通過產品自身重量和橡膠螺栓脫離,如果脫模困難,翻模機多次起降容易造成產品掉角掉塊。方案③的缺點是施工過程復雜,需要兩人配合。

經過試驗,單根橡膠螺栓要脫離套管,需要40kg的力量,所以使用方案②在脫模環節還有可能存在脫模困難的問題,故最終選擇方案③。

2.4.3 鐵擋板的設計

通常,軌枕長模設計時在兩節軌枕之間預留40-60mm的間隙,為避免混凝土在澆筑振動過程中漏漿,生產過程中使用鐵擋板四周與模殼端部內側進行密封。鐵擋板則為中部鉆有通過預應力鋼絲孔的4mm鋼板,地鐵長枕在脫模后要使用釬子和錘子使鐵擋板與軌枕脫離,清理完畢后,同預應力鋼絲一起放入鋼模,再次利用。經過多次反復,鐵擋板勢必發生變形,與鋼模殼體之間產生縫隙,導致混凝土漿體在振動過程中外流,端部出現蜂窩麻面。

經過反復討論,決定在軌枕與軌枕之間采用全截斷框加鐵擋板復合橡膠的方案進行這個問題的解決,原理是用鐵擋板靠近邊部的部分緊貼軌枕模殼端部形成密封,密封面積大大增大,另外在鐵擋板與模殼接觸的一面復合上4mm厚的橡膠,利用橡膠的彈性和兩鐵擋板之間橡膠擋板向外的漲力,將鐵擋板緊緊的頂在模殼端部,使鐵擋板與模殼之間沒有一點間隙。

2.4.4 成孔器的設計

地鐵長枕鋼模在產品圖紙相應位置,或鉆或割加工有分別穿過鋼模主梁、模殼等6塊鋼板的圓孔,生產地鐵長枕的廠家全部都是在混凝土澆筑前使用鋼管穿入鋼模的圓孔中,這6個圓孔為了和鋼管配合好,保證在混凝土振動過程中不漏漿或少漏漿,都要把配合間隙做的很小,這樣就導致混凝土振動完畢后,鋼管拔出困難或者拔不出來,再次穿入時也很困難的情況。隨著生產的延續,就不得不把圓孔孔徑擴大,導致漏漿,橫孔周圍出現大量的蜂窩麻面,外觀十分難看。

我們發明的充氣氣囊式橡膠棒,和自行車輪胎一樣,但也具有一定強度,在插入橫孔后,將氣充到一定壓力,橡膠棒把鋼模上的孔密封起來,等到混凝土振動完畢,將氣放掉,很容易就能把它從鋼模內抽出來。即降低了勞動強度,由提高了產品質量和生產效率。

3 地鐵長枕鋼模的主要技術特點

(1)使用經過機械加工的端平板和定位螺栓的套塑料套管定位方式,保證了承軌部位的平面度和塑料套管的定位精度;(2)鐵擋板復合了橡膠,解決了軌枕因端部漏漿產生的蜂窩麻面;(3)發明的充氣式橡膠棒,創新性的解決了地鐵長枕生產過程中成孔器安裝移出困難,周邊漏漿嚴重的問題。

4 生產工藝和注意事項

使用本鋼模及工藝配件生產地鐵長枕的生產過程和使用通用地鐵長枕鋼模的生產工藝基本相同,但應注意以下幾點：①安裝鐵擋板前,需要檢查鐵擋板是否變形嚴重,復合的橡膠是否與鐵擋板脫離,并在有橡膠的一面涂上脫模劑備用；②鐵擋板安裝時,把復合有橡膠的一面朝向模殼；③橡膠棒在班后要充氣存放,使用前要檢查其是否漏氣。如果出現漏氣,則不得使用。

5 結論

通過新型地鐵長枕鋼模的成果研制,實現了塑料套管的精確定位,鐵擋板與模殼端部及橡膠棒與橫孔的良好密封,完全避免了因為混凝土漏漿原因產生的蜂窩麻面。使用新型鋼模后,不僅產品質量得到了有效控制,生產效率明顯提高,工人勞動強度明顯降低,每套鋼模的生產節奏從8分鐘縮短到了5分鐘。生產出的產品得到了業主、監理和施工單位的一致好評,使地鐵長枕的產品質量邁上了一個新的臺階。經過相關單位的廣為宣揚,許多兄弟廠家到我公司進行參觀學習,此技術現已被廣泛使用。