高速鐵路小型預制構件自動化施工技術研究

羅支貴 ，吳兆煒 （中鐵四局集團第四工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

2 現狀

目前，高速鐵路小型預制構件施工常見的有兩種模式。①原始粗放的加工模式。該模式沿線多點布置，采用塑料模具或組合式鋼模具就地澆筑，場地分散、標準化程度低，前期投入少但勞動強度大，質量差，且各自運輸，占用了大量土地資源，產生大量廢物垃圾，給環境帶來不利影響。隨著人工成本增加及行業要求，已無法滿足需求。②集中加工模式。該模式集中加工線路所需構件，但投入高，占地大，部分采用了一些工裝，少量工序降低勞動強度，但總體上勞動強度沒有明顯降低，質量參差不齊，受人為因素影響大。隨著鐵路施工技術的不斷提升，高速鐵路小型預制構件的施工迫切需要技術革新。

3 “干法”生產技術

3.1 “干法”生產技術簡介

圖1 干法線示意圖

“干法”生產技術是一種先對構件進行養護，再脫模的自動化生產技術。構件“干法”生產線（以下簡稱“干法線”）布置如圖1所示，生產流程如下。

整個生產線可分為布料線、脫模線、養護窯、子母車等部分。干法線中間為布料線，兩側為脫模線，將清理完畢并放入鋼筋的模板運送至布料線；模板在布料口下布料、振搗，完成后，送至碼垛區，兩個一組碼垛；子母運輸車將碼垛好的模板轉運至右邊的養護窯中，待達到強度后，再轉運至脫模線；在脫模臺上將成品放在托盤上碼垛，碼垛完成后，由AGV叉車轉運至成品堆放區，對模板進行清理，放入鋼筋，開始下一循環。其工藝流程如圖2所示。

3.2 模具技術

所有預制件所需模板均采用定型鋼模板或組合鋼模，模板委托專業模板廠家設計，需滿足預制構件的結構尺寸、剛度、耐久性的設計標準要求，滿足脫模效率、成型樣式、澆筑振搗、循環周轉、生產線上安裝拆卸等自動化施工要求，通過審核后加工制作。模板進場后先對模板進行清理，檢查尺量有無變形情況，除銹打磨光潔，刷脫模劑拼裝成型待用。澆筑前一小時左右用噴槍均勻噴涂脫模劑?；炷翉姸壬仙?0%即可進行拆模，拆模過程中應小心，確保不出現啃邊、掉角及磕碰現象，先期工藝性試驗階段對脫模的相關參數進行記錄，為快速脫模技術提供指導。脫模后清理模板，進入下一循環使用。

圖2 干法生產工藝流程圖

如圖3所示，以遮板模板為例，模具為鋼模，面板主材為Q235鋼板，支撐結構為鋼板，整個模板以模板支架、底模板、四塊側模板組成，除側模板之間通過鎖扣實現鎖緊外，整個結構以螺栓連接，便于實現快速裝拆。當放入鋼筋后，四塊側模板關閉，相互之間通過鎖扣鎖緊，如圖4所示。當脫模時，松開鎖扣，打開模板即可。

圖3 路基電纜槽構件模板（左側打開，右側關閉）

3.3 自動振搗

混凝土由拌合站拌制，由布料車運至布料平臺上方，自動布料澆筑。澆筑過程在振動平臺上進行，振動時間為1～2m in，直至混凝土中的氣泡完全散盡，混凝土表面平整后，關閉振動臺，準備轉運至養護區。

一般，振搗時是將模板水平放置在振動臺上，如圖5右側所示，經過這種振搗后的有些預制構件（如遮板）往往由于邊角上的氣泡無法完全排出，從而導致邊角處混凝土質量差。干法線在一次振搗后，進入養護區前，設置了二次傾斜振搗，如圖5左側所示，這樣有效解決了上述問題，提高了邊角混凝土質量。

3.4 存儲養護

預制構件在澆筑完成后，進入碼垛臺，兩個一組，有子母運輸車轉運至養護窯內，對養護窯進行溫濕度和時間設定，待養護結束后，子母車自動將其轉運至脫模線進行脫模，如圖6所示。考慮采用低溫集中蒸汽養護的形式，其具有以下優點：①可大批量生產，進出倉與生產線節拍同步；②節省能源，窯內溫度保持為恒溫，熱能利用率高；③碼垛機采用自動控制，進出倉方便；④熱量損失小，只是開門時間產生熱損。

全年共落實中央水利建設投資1408億元，同口徑相比，較2012年增加140億元。其中中央預算內固定資產投資717億元，財政專項資金669億元，中央水利建設基金22億元。投資安排上，中西部地區投資比重84%，民生水利投資比重72%。國家發展改革委批復重點水利項目41項，總投資1145億元。

圖6 養護窯（左）、子母運輸車（中）、碼垛臺（右）

3.5 倉儲與成品養護

事先對場地進行規劃布置，脫模后，構件通過AGV運輸車（如圖7所示）轉運，AGV運輸車根據預先設定好的路線將構件運送至倉庫指定位置；當出廠時，通過AGV轉運車將構件從倉儲點轉運至出廠位置，由吊機吊裝至出廠車輛上。期間，通過AGV養護小車（如圖7所示）對倉儲區構件進行定時養護，保證成品質量。當AGV車電量不足時，會自動至充電樁進行充電。

圖7 AGV轉運小車（左）與養護小車（右）

4 “濕法”生產技術

4.1 “濕法”生產技術簡介

“濕法”生產技術是一種先對構件脫模，再進行養護的自動化生產技術。構件“濕法”生產線（以下簡稱“濕法線”）布置如圖8所示，生產流程如下。

圖8 濕法線示意圖

整個生產線可分為布料線、脫模線、養護窯、碼垛區等區域。首先，清理模板，放入鋼筋，待用；運料小車將混凝土從拌合站運送至布料機；布料機在模板上布料，完成后，由小車送至托盤旁，龍門吊將托盤蓋在模板上，待達到強度后將其整體吊裝至脫模臺上；脫模時，將模板吊裝至運輸軌道上，通過輥道回到布料位置，模板開始下一循環；成品隨托盤吊裝至養護窯內，待強度達到要求后，調出養護區，由小車運送至碼垛區。由抓手將成品自動碼垛，AGV運輸車將碼垛好的成品運送至成品堆放區，將托盤吊裝至上部運輸輥道，回到脫模線，托盤開始下一循環。其工藝流程如圖9所示。

由于濕法線與干法線在許多地方應用了相似的技術，故下文只對濕法線特有的技術進行敘述。

4.2 模具技術

濕法線的模板技術要求和干法線相同，在此不再贅述。

圖9 濕法生產工藝流程圖

兩種生產線日產能分析表

圖10 欄片模板（左）與托盤（右）

圖11 濕法線養護區

如圖10所示，以欄片模板為例，模板上有凹槽，將鋼筋放入后布料至與模板頂面平齊為止，之后將托盤蓋在上面。靜置，將其整體翻轉，使托盤在下，模板在上，進行脫模。

4.3 存儲養護

預制構件在脫模后，隨托盤吊裝至養護區，在養護窯內疊放，對養護窯進行溫濕度和時間設定，待養護結束后，將其吊裝出養護區，準備碼垛，如圖11所示。

5 自動化技術與傳統技術對比分析

該技術在連徐鐵路中得到應用，經測算比對，發現與傳統生產技術相比，自動化生產技術具有明顯的優勢，分述如下。

①生產效率。經測算，在原料供應充足的情況下，上述自動化生產線（干法線和濕法線各一套）與傳統集中式生產線日產能分析對比如上表。

通過表中數據可知，自動化生產線日產能明顯高于傳統生產線，應用自動化生產技術可以有效提高生產效率。

圖12 “干法”線與“濕法”線在連徐鐵路預制構件廠的應用

②成品質量。應用傳統生產技術的成品質量受人為因素影響大，表面收光不平、振搗不密實、顏色不均勻等問題時常發生，且質量參差不齊。自動化生產技術中，由于大量應用工裝，全過程無需人工干預，成品質量一致；自動布料均勻、振搗密實、養護有保證，成品質量高。

③成本控制。由于用地和工裝等投入，傳統集中式加工和自動化加工前期投入都很大，兩者相差不大。但傳統集中生產線上還需要大量人力，勞動強度大，人力資源成本高；自動化生產線上，除鋼筋、模板和成品管理需要少量人員外，其他地方實現無人化生產，人員勞動強度有了明顯降低，有效節約了人力資源成本。經測算，應用自動化生產線的小型預制構件場管理人員需8人，協作隊伍勞動力需35人；而應用傳統生產線的小型預制構件場管理人員需12人，協作隊伍勞動力需80人左右。由此可見，自動化技術的應用有利于生產成本的控制。

6 結論

綜上所述，隨著我國高速鐵路建設不斷推進，標準不斷提高，推行小型預制構件自動化施工技術已成為一種趨勢。與傳統施工技術相比，自動化施工技術生產效率明顯提高，生產成品質量有保證，有利于企業生產成本的降低。在實際應用中發現，干法線適用于大而厚的預制構件，如遮板、路基電纜槽等，濕法線適用于小而薄的預制構件，如蓋板、欄片等。隨著該技術在施工中的不斷應用與完善，我國高速鐵路建設也將達到一個新的高度。