矩陣式臺座法CRTSⅢ軌道板張拉工藝應用及優化

袁江斌 （中鐵四局集團第一工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

CRTSⅢ軌道板（以下簡稱“軌道板”）預制工序較為復雜，其中軌道板的預應力張拉對其質量有著決定性的影響，在當今高速鐵路時代，軌道板作為鐵路基建行業高精尖產品，必將采用自動化模式生產。

筆者曾參與軌道板的預制作業，通過對軌道板張拉工藝的研究學習及使用，發現現階段軌道板張拉仍存在一定的問題，比如：初張拉力值不均勻、張拉橫梁行走路線偏差、下部環境溫度高濕度大、軌道板翹曲變形大等問題。通過分析研究提出相應的解決方案，對張拉工藝進行優化，進一步保證軌道板的張拉質量。

2 軌道板張拉要求

自動化張拉系統的設計滿足《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板》（QCR567-2017）[1]的要求，具體規范要求如下：

①預應力張拉應采用自動張拉設備，張拉記錄應由系統自動生成。

②預應力筋張拉分兩個階段：

初張拉：單根張拉預應力筋至張拉控制值的30%，偏差不應大于3.0kN，并鎖緊螺母。

終張拉：采用張拉梁整體張拉預應力筋至張拉控制值，并保持張拉力穩定，不應超張拉。

③初張拉完成后，應檢測預應力筋在模板中的位置。

④終張拉過程中，預應力筋張拉應均勻，單根預應力筋名義張拉速率不應大于4.0kN/s，并保持同一張拉梁兩千斤頂活塞伸長值之間偏差不應大于2.0mm，至張拉控制值時應持荷1min。

3 軌道板張拉工藝

軌道板目前普遍采用工廠化進行預制，生產母體為“2×4”矩陣式先張法預制臺座。軌道板預制主要工藝流程為：脫模→清理→涂刷脫模劑→鋼筋籠入模→合模→張拉→絕緣檢測→混凝土澆筑→蒸汽養護→放張脫模→封錨→水養，施工工藝較為復雜。

其中，軌道板的張拉分為初張拉和終張拉，在實際施工生產時，采用初張拉設備對預應力鋼筋進行初張拉，再通過中央控制室自動化張拉系統完成終張拉，具體見圖1、圖2。

圖1 初張拉

圖2 終張拉

4 技術特點

依據文獻[2]，軌道板預應力具有以下特點：

①軌道板為預應力鋼筋與結構鋼筋共同互補受力的混凝土結構，提高了軌道板整體強度、抗沖擊、抗疲勞等性能；

②軌道板的預應力鋼絲分散，混凝土預應力比較均勻，軌道板受力性能好；

③軌道板鋼筋端部采用內藏式，防止外來水和空氣中有害介質的長期侵害，提高了軌道板的耐久性能；

④軌道板縱、橫向預應力鋼絲不接觸，因而極大地改善了軌道板的電氣性能。

5 工藝優化

通過對試生產期間張拉工藝及所預制的軌道板進行觀察、檢測及分析，發現張拉工藝存在一定的缺點，從而影響所預制的軌道板質量。

5.1 初張拉力值不均勻

問題發現：依據《高速鐵路CRTSIII型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板》（QCR567-2017），初張拉力值偏差不得大于3.0kN，在實際作業過程中，發現初張拉完畢后，力值不合格率較大，返工現象嚴重。

原因分析：初張拉順序不當。

工藝優化：通過對現有的初張拉作業順序進行調整，由原來的自一端向另一端（圖3）張拉修改為自中間向兩側交替張拉（圖4）的方式。通過對初張拉順序的優化，初張拉一次性合格率可達99%。

圖3 自一端向另一端張拉

圖4 自中間向兩側交替張拉

5.2 橫梁行走路線偏差

問題發現：在張拉作業完成后，通過對預制臺座內張拉橫梁的位置進行復核，發現少量橫梁位置存在偏差，即張拉過程中橫梁行走路線與預應力筋方向不平行。

原因分析：預制臺座施工階段，部分固定端端架與張拉端端架存在錯位，導致整個反力體系中力值傳遞方向出現偏差。

工藝優化：原有的張拉橫梁下部滑動裝置采用聚四氟乙烯“耐磨板”，對張拉橫梁左右方向的偏移沒有起到限制作用，通過工藝的優化，對行走存在偏差的張拉橫梁下部結構進行輕微改進，將滑動裝置“耐磨板”的形式更改為有限位槽的導軌形式，限制了張拉橫梁在張拉過程中的左右偏移，保證了張拉橫梁的行走路線，提高張拉質量。

5.3 下部環境溫度高、濕度大

問題發現：少部分力值傳感器及位移傳感器不定期損壞，影響張拉質量。

原因分析：承德軌道板場預制臺座采用下埋入式混凝土結構，千斤頂、力傳感器、位移傳感器等均位于地面以下。同時預制臺座下部四周設置有蒸汽主管道、排水溝等，導致預制臺座地面以下環境溫度高、濕度大，對力值傳感器和位移傳感器造成一定的影響。

工藝優化：對硬件設備進行維護及優化，主要包括地面以下張拉通道內，每兩個預制臺座配置一臺軸流風機，同時對各類傳感器進行涂抹黃油處理。

5.4 軌道板翹曲變形大

問題發現：通過對試生產期間所預制的軌道板進行檢測，發現軌道板翹曲變形不理想。現場作業時發現，在放張過程中，部分千斤頂解除機械鎖較為困難，此時需要采用“單頂頂進”的方式為千斤頂供油使活塞頂進一段微小距離，但此方法易造成超張現象的出現。

現研究放張時超張力值對軌道板翹曲變形影響。

試驗分析：由于軌道板均采用自動化張拉系統，在保證張拉設備液壓閥、機械鎖等設施穩定可控的前提下，張拉力值較為精確穩定，故僅針對軌道板在預應力放張過程中出現超張拉情況時，研究放張過程中可能出現的超張情況對軌道板翹曲量的影響。以下是同一臺座5個生產批次放張過程中超張力值與軌道板成品板單側最大翹曲量之間的統計表，如表1。

軌道板單側最大翹曲量與放張時超張力值統計表 表1

第2批次、第3批次出現了略微小程度的超張拉，第5批次軌道板生產過程中，由于張拉設備液壓閥保壓不穩，使得人工無法解除機械鎖，只得采用系統增大張拉力值的方法解除機械鎖，因此導致放張時出現了明顯的超張拉。根據統計表，繪制出超張力值與軌道板單側翹曲最大值所占比例的關系圖，如圖5。

由此，可以得出結論：

①由第1批次、第5批次生產的軌道板整體情況來看，放張時出現超張導致該批次軌道板單側翹曲量最大值整體偏大。

圖5 五個批次軌道板單側翹曲量≧0.8mm所占百分比

②第2批次、第3批次也出現了較小程度的超張拉，但是由于超張拉力值較小，使得這兩批次生產中未出現單側承軌臺單側翹曲量最大值≧0.8mm。

③對比第2批次和第5批次，或者第3批次和第5批次，可以得出：同樣都出現超張拉的情況下，超張拉的力值不同，生產的軌道板單側翹曲量最大值分布亦不同，超張力值越大，軌道板單側翹曲量最大值越大，所占比例越大。

④對比第2、3、5三個批次的超張力值，同樣出現超張拉的情況下，較小的超張拉力值對軌道板單側最大翹曲量沒有明顯影響。

由上述結論可以發現，放張時超張會對軌道板的翹曲變形產生一定的影響，現場應采取相關措施控制張拉力值。

工藝優化：

①改進機械鎖的結構形式。

傳統的機械鎖與千斤頂主油缸的接觸面為光滑面，在解除機械鎖時，由于接觸面積較大導致摩擦力較大，人工難以解除，見圖6。現場對部分千斤頂機械鎖結構形式進行適當改進，在機械鎖與油缸接觸面上均布粘結三個半球體鋼珠，減小了接觸面積，使得解除機械鎖更省力，見圖7。

②操作軟件的改進

與自動張拉系統設備廠家進行溝通，通過改變系統程序，減小“單頂頂進”時的進油量，以某張拉系統為例，進油量由原來的0.25L/min減小為0.15L/min，這樣就大大降低了“單頂頂進”時出現超張的風險。

③放張方式的改變

圖6 改進前機械鎖結構

圖7 改進后機械鎖結構

原有的放張方式為：單根張拉力由80kN按照4kN/s的速率進行放張，中間不停頓。通過工藝的優化，將放張方式更改為：放張至力值的80%，持荷10s；再次放張至60%，持荷10s，依次進行直至放張完畢。通過放張方式的優化，進一步降低了放張對軌道板翹曲變形的影響。

6 總結

張拉自動控制系統根據車間實際工況和運行模式設計研發而成，具有功能先進，運行可靠，操作簡單，界面直觀的特性，既能實現無人值守情況下的自動控制，又能滿足人工手動控制。目前來看，軌道板的張拉工序仍存在一定的問題，我們的團隊在張拉系統使用過程中及時發現問題并提出優化方案，對軌道板的預制質量起到了一定的作用，具有一定的參考和指導意義。