鄭萬鐵路智能張拉技術的應用

■ 李成亮

0 引言

隨著現代機電液一體化技術的發展，電液比例技術的控制精度不斷提高，電液比例控制液壓系統和計算機技術在土木工程領域得到廣泛應用和發展。近幾年預應力張拉技術廣泛應用于我國多個公路工程的橋梁施工現場，通過對比受到了使用者的好評，但此前在高速鐵路預制梁領域尚未全面使用。高鐵預應力箱梁自動智能張拉技術（簡稱智能張拉）是鄭萬鐵路在信息化、自動化技術方面應用成果較為突出的一項施工技術，是“數字鄭萬”體現的一部分。將預應力自動智能張拉更好地應用到橋梁施工過程中，避免傳統張拉的缺點和不足，實現廣泛的應用，是需要考慮的問題。以鄭萬鐵路智能張拉預應力高鐵預制箱梁為例，對比分析其實際應用中與傳統張拉的技術參數，探討智能張拉技術的優點和不足，為此項技術的推廣提出建議。

1 傳統預應力張拉技術存在的問題

傳統預應力張拉施工中，預應力的施加、伸長值的校核和工程數據的記錄全過程均由人工操作完成。雖然傳統張拉施工操作相對簡單、工藝較成熟，但由于工藝技術實施細節不完善、機具設備配套性不齊、施工管理和作業人員操作不規范、供油或回油速率完全靠人為把控不精準等原因，致使在關鍵性工序環節一直存在如下問題：

（1）預應力施加過程中控制精度差，如壓力表讀數不穩定，加壓控制操作誤差大、分辨率低，兩端同步性差等均導致難以精確控制張拉力，難以保證設計意圖的準確實現。

（2）預應力施加過程中如出現異常（如滑絲或斷絲等），需人為終止張拉，存在安全隱患。

（3）施工過程中人為因素影響大，難以確保數據的有效性和客觀真實性，如包括“力值與伸長量雙控法”的具體實施和工程資料的整理、歸檔等。

（4）施工過程中，完全依靠人工手動操作和測量，不僅導致施工效率低、精準度不高，而且還存在嚴重的安全隱患。

2 智能張拉技術及特點

智能張拉技術是利用電腦、電路控制開關控制整個預應力施工全過程的新型預應力施工技術[1]。該技術通過計算機軟件控制實現預應力張拉全過程自動化，杜絕人為因素干擾，能有效確保預應力張拉施工質量，是目前我國預應力張拉領域一種先進的工藝，可以實現張拉過程控制自動化、精細化、標準化，讓預應力施工質量符合設計與使用要求，保障橋梁結構安全和耐久性。預應力智能張拉系統構造見圖1。

智能張拉技術通過油壓傳感系統回饋的信息，通過電腦控制閥門可以對施工過程中施加的作用力進行精準的調控。系統以智能泵站替代手動泵站進行預應力施加，以智能操控平臺替代人工控制，通過工程數據信息化和網絡化進行質量管理，將預應力施工自動控制、過程監控及結果評價進行了有機結合，充分體現了現代施工建設中的信息化和智能化發展要求及趨勢。

圖1 預應力智能張拉系統構造

3 技術應用優勢

預應力智能張拉技術通過計算機系統監控預應力張拉的整個過程，具有準確、自動、同步等特點，同時還具有能夠實時管理監控的功能，可以規范整個施工過程，確保數據準確無誤及真實。在實際工程應用中，相比于傳統張拉施工具有一定的優勢。

3.1 張拉控制精度大幅提高

張拉力是預應力施工控制的主要關鍵點，其控制精度直接關系到構件是否按照設計要求施加預應力。傳統的人工張拉作業通過人的視覺觀察指針式壓力表再由手動控制閥門的操作方式，張拉力偏差范圍最大會達到±5%左右，但在應用了預應力智能張拉技術后，這種誤差被壓縮到不到±1%，這種偏差的大幅縮小，可以有效地減輕由于所施加作用力大小的偏差所引起的工程建設期間出現的工程質量問題，在一定程度上提高了在建工程的質量，提高了工程使用年限，同時降低了后期對該項工程的維護費用[3]。

預應力智能張拉技術可以將鋼絞線延伸量通過位移傳感器進行相應的測量與監控，該技術能自動精確獲取初張應力點，張拉力自動控制，伸長量自動讀取，確保整個預應力施工數據的精確性，大幅提高了預應力張拉施工過程中的控制精度，有效排除張拉過程中的人為影響因素。當延伸量沒有達到設計要求時，預應力智能張拉控制系統就會自動發出提示。在同一片預制箱梁上，采用上述2種張拉方式，進行10 d強度57．8 MPa的張拉，對預應力伸長量進行比較（見表1）。

通過對比實驗數據的結果可以得出結論，自動智能張拉技術比傳統張拉所產生的伸長值更加接近理論標準，所產生的伸長量偏差也較傳統張拉小。因此可以得知智能張拉相比傳統張拉更加精準，在施工過程中能夠減少不必要的測量誤差，使高鐵橋梁預應力工程的施工質量得到明顯提升。

3.2 張拉過程精確同步

預應力施加過程中構件兩端的張拉伸長值不同步率，是構件張拉過程中的一項關鍵質量控制點。現行鐵路預制梁設計圖紙要求張拉兩端應同步加載，不同步率控制在5%以內。張拉不同步，嚴重的會造成有效預應力在鋼絞線內的分布不均衡，使梁體發生彎曲扭轉和側彎，在錨下等部位產生過大的附加內力而變形。有效地張拉同步控制，特別是在50%以后至最終張拉力值的控制，將極大提高預應力橋梁張拉的施工質量。

表1 2種張拉方式預應力張拉預伸長量值對比

傳統張拉技術是通過人工把握油泵進油速率來控制千斤頂加載速度，受操作人員操作手法等影響存在一定偏差，最終導致兩端張拉不同步。預應力智能張拉技術是通過1臺計算機控制2臺或多臺千斤頂同時、同步對稱張拉，實現“多頂同步張拉”的工藝。同一臺計算機對各個千斤頂同步發布指令，千斤頂同步施加預應力，力值通過預應力智能張拉控制系統實現精準控制，在多頂同步對稱張拉施工過程中精確度較高，同步率有了顯著提升。在同一片梁上相同預應力孔道內，采用上述2種張拉方式，進行10 d強度57．8 MPa的張拉，對比其不同步率（見表2）。

通過對比實驗數據的結果可以得出結論，傳統張拉技術兩端不同步率區間為2．5%～4．9%，在采用智能張拉技術后，兩端不同步率區間下降至0．3%～1．6%。智能張拉技術張拉力施加的同步性明顯優于傳統張拉。

3.3 數據自動處理

智能張拉系統軟件可以自動記錄張拉過程數據，自動量取伸長量、計算張拉結果，根據張拉值和伸長值自動繪制線形圖，自動導出帶有防偽功能的張拉記錄，并在連接網絡后能自動上傳至鐵路工程管理平臺，這在根本上避免了人為捏造假數據的可能，保證了張拉數據的真實性。

表2 2種張拉方式不同步率對比

4 技術應用建議

（1）智能張拉技術集成了機械技術、傳感技術、計算機網絡技術等信息化技術，能夠自動完成預應力張拉、持荷、錨固全過程。但是針對施工現場實施作業的人員素質差異，需要加強現場使用指導。

（2）實時采集張拉力與伸長值，顯示張拉力與時間、伸長值與時間、張拉力與伸長值的關系曲線，實現伸長值的動態判斷，實現了預應力張拉智能化施工和數據信息化管理，能夠有效提高作業效率和施工精度，為科學規范預應力施工方面提供了巨大的便利。后續數據的存儲、管理規范還需進一步完善，分析使用尚需完善加強[4]。

（3）智能張拉是一種有效的提高工程建造效率、保證工程安全的新型工程控制手段，要有效滿足工程建設的實際需求，還需考慮其性價比和耐用性。

5 結束語

通過鄭萬鐵路河南段智能張拉技術的應用，可見智能張拉比傳統張拉更能保證預應力工程設計目標的精準實現。智能張拉施工使橋體的承重能力更加接近理論水平，使橋梁的耐用性更加長久可靠。可見，推廣預應力智能張拉技術在很大程度上能夠保證工程的質量安全，對工程質量建設有較大的提升。智能化施工技術是高鐵建設發展的必然趨勢，預應力智能張拉技術在鄭萬鐵路的全面推廣與應用，標志著我國高鐵的建設向著“數字高鐵”“智能高鐵”的目標又踏出堅實的一步。