同向流水組織長線法預制軌道交通節段梁的關鍵技術研究

陳兆榮

上海建工材料工程有限公司 上海 200086

1 研究背景

隨著建筑工業化的不斷推進和發展，市政基礎設施建筑工業化也得到很好的推廣和應用，并帶動軌道交通箱梁預制技術走向成熟，逐漸趨向標準化發展。所謂節段梁是指為保證施工方便和施工整體質量，將工程中整跨梁劃分成若干節段制作，通過預留孔道以及剪力鍵的設計，將鋼絞線橫穿整跨梁后采用后張法將節段梁連成一個整體并施加預應力。

目前節段梁的生產工藝主要為短線法，生產線可分成2大部分：可滑動臺座和節段梁鋼模。采用短線法施工工藝對模具、臺座、定位等工序的精度要求很高，作業連貫性差，且模具和構件周轉不方便，工期長、效率低，容易出現窩工。針對現有技術中存在的問題，研究提出一種新型節段梁預制工藝——同向流水組織長線法。

2 同向流水組織長線法節段梁預制裝備與工藝介紹

2.1 同向流水組織長線法節段梁預制裝備

上海地區城市建筑密集，軌道交通發達，通常包括地面和地下部分，地下部分多采用盾構隧道管片拼裝，地上則為高架軌道，一般為30～45 m跨不等。同向流水組織長線法生產線布局主要包括2大部分：長線臺底座和節段梁鋼模。以35 m跨軌道梁來說，一條生產線一般有3個端模，2個內芯模，2套側模。模板的各個組件連接關系如下：側模通過滑動系統固定在臺座兩側的軌道上，側模和底模臺座之間通過拉桿連接，側模通過螺旋支撐固定在移模小車上；內模固定在可滑移門架上，端模包括固定端模和活動端模，在固定端模上設有端模護欄和工作平臺，側模的頂端部依次設有擋模板和步行板，在步行板上設有側模護欄；內芯模包括內模支架、撐桿、頂模、上動模和下動模，上動模、下動模分別通過撐桿與內模支架相連（圖1）。

2.2 同向流水組織長線法制作節段梁工藝

同向流水組織長線法制作節段梁工藝的主要操作流程與制作其他類型的梁體在內容上基本相似（圖2），最主要的特征在于生產跨梁的順序上。

圖1 節段梁模具構造

圖2 節段梁施工主要操作流程

所謂同向流水組織長線法生產工藝，是指在一條長線臺上同一方向逐一制作節段梁，施工中最先澆筑的梁體滿足強度要求時，吊離生產線，并從生產線起始位置處開始第2跨梁的制作，利用另一套模具繼續完成第1跨梁剩余節段梁的制作，如此可實現一條生產線同時、同向進行兩跨梁的生產制作，形成流水組織[1-4]。詳細生產過程和步驟如下：

1）將3個端模、2個內模、2套側模和1個底模組成一條生產線，底模兩側布設有軌道，將3個端模分別放置在生產線的右端，中部和左端，右端的端模和中部的端模之間放置一套側模和一個內模，完成第1套生產模具的合模（圖3），開始生產第1跨第1片梁。

2）采用混凝土自底模開始第1跨梁中第1片梁的澆筑，待底模混凝土澆筑完畢后，再進行一側腹板混凝土澆筑，然后再進行另一側腹板混凝土澆筑，最后進行梁體頂板和翼緣板混凝土澆筑，完成第1跨梁中第1片梁的澆筑（圖4）。

圖3 第1跨第1片梁合模完成

圖4 第1跨第1片梁澆筑完成

3）將中部的端模和與之相配合的內模沿著軌道向左水平移動，直至內模的右端面與第1跨梁中第1片梁的左側相平齊，然后按照步驟2依次進行第1跨梁中第2片梁、第3片梁的澆筑（圖5～圖7）。

圖5 第1跨第2片梁合模完成

圖6 第1跨第2片梁澆筑完成

圖7 第1跨第3、4…片梁澆筑完成

4）當完成第1跨梁中第4片梁的澆筑時，開始組裝第2套生產模具，將中部的端模、另一套側模和左端的端模按照步驟1將第2套生產模具合模，在第2套生產模具中繼續進行第1跨梁中第4片梁至第n片梁的澆筑，同時，將第1跨梁中強度滿足起吊要求的梁體吊離生產線，將第1套生產模具合模完，在第1套生產模具中按照步驟2開始第2跨梁中第1片梁的澆筑（圖8、圖9）。

圖8 移走第1跨第1、2片梁

圖9 第2跨第1片梁合模就位

5）依次將第1跨梁中強度滿足起吊要求的梁體吊離生產線，右套模具端模和與之相配合的內模沿著軌道向左水平移動，完成第2跨梁中第2片梁、第3片梁的澆筑，當至少完成第2跨梁中第3片梁的澆筑時，將第2跨梁中強度滿足起吊要求的梁體吊離生產線，此時第1跨梁中梁體也在生產中，直至完成該跨梁榀制作。然后開始第3跨梁的澆筑并同時繼續第2跨梁的澆筑，并依此循環完成第3跨梁至生產結束（圖10）。

圖10 移走第3片梁，準備澆筑第2片梁

按照上述順序反復循環進行密貼澆搗生產，長線法生產的優點除可密貼澆搗、使剪力鍵位置準確而便于現場拼裝外，從工藝上也便于生產大跨度梁，一條生產線可同時制作多榀節段梁，生產效率較高。

3 同向流水組織長線法節段梁預制關鍵技術

3.1 主要工序施工技術措施

生產節段梁主要有3項工序，即鋼筋工程、模板工程、混凝土工程，可分別由相應的技術措施保證整體的施工質量[5-8]。

3.1.1 鋼筋工程

鋼筋籠制作應在可遮蔽空間開展，一般鋼筋籠制作工藝流程如下：鋼筋籠主筋放置→環箍放置→胎模上卡安裝→主筋綁扎→主筋和環箍綁扎→波紋管安裝→鋼筋籠成型。

鋼筋半成品加工利用鋼筋設備進行切斷、對焊、成型，由鋼筋車間運輸到節段梁預制場地后綁扎焊接成型。鋼筋制作按鋼筋配料單成型，加工中應嚴格控制尺寸，個別超差不應大于允許偏差的1.5倍，彎曲成型鋼筋加工應嚴格控制彎曲直徑，鋼筋彎曲工藝由意大利進口數控彎曲機進行操作。對彎曲成型后的鋼筋，要求施工人員堆放整齊，安放標識標牌，成型鋼筋嚴格按照相同類型統一堆放。加工鋼筋的偏差不得超過表1的規定。

表1 加工鋼筋的允許偏差

此外，鋼筋骨架的成型必須嚴格按鋼筋配料單注明尺寸進行，綁扎或焊接的鋼筋網和鋼筋骨架不得有變形、松脫和漏焊，焊接時注意保護用于穿預應力筋的波紋管，當鋼筋變動有可能影響構件質量問題時必須取得技術部門或工程設計人員的意見，嚴格控制最外層鋼筋凈保護層，應在鋼筋和模板之間設置保護層墊塊，做好隱蔽工程驗收工作。鋼筋骨架安裝質量不得超過相關標準。

鋼筋籠起吊時在鋼筋籠內穿入長1.5 m的粗鋼筋作分配梁，吊點間距縱向不大于1.5 m，不得將吊鉤直接掛在鋼筋上，以免鋼筋變形造成脫鉤，入模時吊車應緩慢移動，保證鋼筋籠移動穩定，對位精確。

3.1.2 模板工程

模板工程為該工藝控制生產質量的另一關鍵技術點。首先從模具的設計上來說，由于節段梁體型龐大導致節段梁模具自重較大，安裝模具時只靠起重機起吊進行移動定位操作很不便利，因此模具設計了可方便移動的滾輪和軌道，為了使模具各個板塊緊密貼實，除依靠螺栓的錨固力量外，還在模具上設有支撐螺桿。實際施工操作中應十分注意安裝模具和拆除模具時的順序問題：

1）安裝模具：底模兩側布設有軌道，側模借助滾輪可在軌道上移動至拼模位置，借助螺旋撐桿向底模靠近，側模采用螺旋支撐進行側向支撐，通過拉桿加固側模與底模，使側模與底模緊密貼合不發生側向移動；內模放置在內模支架上，在內模門架下方設有滾輪，使內模架立在底模兩側的軌道上，移動進入內模模具體系中心，最后合上端模，端模通過螺栓與側模緊密貼合。

2）拆除模具：首先拆除側模，在松動支撐螺桿后，翻開鋼側模，退出內芯模應在松動上下、橫向支撐螺桿后，拉松翻轉封閉塊、再松開兩側模塊。四周模塊全部松動后，牽動小車將內模徐徐退出梁體。拆除端模，將端模清理干凈后移到下一節端模的位置。拆除后的模具應清理保養，應特別注意對模具的拼縫、接口、凹槽等部位進行仔細刷清，各種鉸鏈必要時加涂潤滑油。清理好的模具即均勻涂刷材質為親水性的脫模劑。

3.1.3 混凝土工程

拌制混凝土時，必須嚴格按試驗室簽發的混凝土配合比單及其指定的材料進行，不得隨意更改，如遇特殊情況，必須及時通知試驗室調整。混凝土的各組成材料按質量計，計量偏差不得超過下列規定：水、水泥、外加劑允許偏差2%，粗、細骨料允許偏差3%。

從各種材料全部裝入攪拌機至出料的攪拌時間不少于120 s，使用攪拌機時，應注意檢測前2～3次混凝土拌和物的可使用性。如有不符合要求時，應立即通知試驗室分析處理，直至拌和物符合使用要求后，方可繼續生產。混凝土應根據季節、天氣情況并參照相關標準調整拌和方法和要求。

節段梁的混凝土采用了一次連續澆搗成型工藝，混凝土振動采用附著式和插入式振動工藝，底板主要采用附著式振動，肋和面板采用高頻插入式振動器振動工藝。混凝土的施工順序：澆搗箱梁節段底板及腹板底部→澆搗箱梁節段腹板→澆搗箱梁節段頂板（圖11）。澆搗過程中，嚴禁在混凝土中隨意加水。

圖11 混凝土澆筑順序

混凝土澆搗時不得漏振，避免振動棒碰撞模板，振搗插入點間隔半徑不大于25 cm。每層混凝土都必須振動密實，如因故需間斷時，間斷時間應小于前層混凝土的初凝時間或能重塑的時間，應經常注意觀察模板、支架、鋼筋骨架、預埋件等情況，試驗室按要求制作同條件混凝土試塊。節段梁早期采用蒸汽養護。蒸養可在原生產模位上進行，采用表面遮蓋油布作蒸養罩，內通蒸汽的簡易方法進行。

3.2 施工技術管理措施

針對上述節段梁施工特點，在實際工程中可采用如下對策進行施工質量、管理的控制。

3.2.1 建立專人專項負責制度

對于產品質量，應派專職人員實施全過程質量監督，從生產的原材料入手，所有原材料必須有質量保證書，并且經本工程的相關檢測機構試驗合格、監理工程師審查通過后方能投入實際施工中。專職人員應協助和監督中心試驗室的試驗人員進行混凝土試塊的制作并進行測試，對于出廠構件進行檢查驗收，所有構件必須經檢驗工檢驗合格并蓋上合格章后方可出廠。

3.2.2 采用先進的生產工藝

節段梁預制施工前應結合工程選擇合適的施工方案，節段梁有長線和短線2種生產方式，結合本工程箱梁預應力鋼筋位置分布復雜等特點，宜選用長線法進行生產。節段梁預制施工關鍵工序包括鋼筋加工成型、模板、混凝土這3大板塊。鋼筋采用先進的數控彎曲機進行加工，鋼筋籠的成型采用胎架制作，確保了鋼筋籠整體質量和細部精度，采用鋼筋籠整體吊裝入位工藝，合理設置吊點；節段梁外模、內模均采用高精度定型鋼模板，模板在拼裝前應進行精度復核和變形檢測，然后充分打磨除銹、涂抹脫模劑；采用高強混凝土，優化配合比，采用泵車泵送混凝土進行節段梁澆筑，節段梁早期采用蒸汽養護。

4 結語

該工藝在上海軌道交通5號線南延伸段節段梁的生產中應用并且獲得了非常好的效果。梁與梁結合部位剪力鍵可準確緊密貼合，梁拼接縫較小，外觀質量比較統一（圖12），得到建設單位的一致好評。

圖12 工程應用效果

目前大部分交通工程箱梁跨度大、結構復雜，對節段梁的精度等提出了較高要求，采用同向流水組織長線法預制工藝可有效解決上述問題，2個跨梁在同一條生產線上同時進行梁體的澆筑，一個跨梁可在一條生產線上進行，可有效保證梁的連續性，確保預留的張拉孔道的位置不發生錯開，解決了剪力鍵對不上等問題。該工藝方法還可實現多點施工，提高了生產效率和資源設備的利用率。此外，對施工工序進行分解，通過有效的技術措施嚴格控制鋼筋、模板、混凝土主要分項工序的質量，較好地保證了節段梁整體的施工質量。