張先軍，杜厚智，王基全，石剛強

(哈大鐵路客運專線有限公司，沈陽 110002)

預應力施工中是CRTSⅠ型無砟軌道板預制過程中關鍵工序之一，在哈大客專軌道板預制生產(chǎn)初期，預應力施工采用油泵驅(qū)動千斤頂進行張拉，操作人員通過肉眼觀察壓力表讀數(shù)控制張拉力，目測張拉伸長值進行雙控的傳統(tǒng)的施工工藝。這種張拉技術精度差、效率低下［1］，張拉的成敗在某種程度上取決于操作人員的操作。為了保證CRTSⅠ型無砟軌道板的施工精度，提高效率，哈大客專首次在國內(nèi)CRTSⅠ型板預應力施工中采用了自動張拉技術［2］，實現(xiàn)了對預應力鋼棒張拉過程的全程自動控制。

1 工程概況及軌道板預應力設計概況

哈大鐵路客運專線縱貫東北三省，線路正線全長903.939 km，其中鋪設CRTSⅠ型板式無砟軌道826.461雙線km，根據(jù)施工組織安排，全線共設置16個CRTSⅠ型無砟軌道板預制廠。

CRTSⅠ型無砟軌道板設計為雙向后張法部分預應力混凝土結構，預應力體系由護套包裹的無粘結預應力鋼棒、錨固螺母、錨墊板及螺旋筋4部分組成。其中預應力鋼棒采用公稱直徑為13 mm的低松弛鋼棒，鋼棒端部螺紋采用滾軋成型，配套采用錨固螺母;預應力筋無粘結方式采用護套包裹，護套材料采用壓縮成型的擠塑型高密度聚乙烯樹酯。

2 自動張拉系統(tǒng)的結構組成及主要功能介紹

2.1 預應力自動張拉系統(tǒng)的結構組成及設備配置

2.1.1 預應力自動張拉系統(tǒng)的結構組成

自動張拉系統(tǒng)設備主要由液壓系統(tǒng)、測力系統(tǒng)、位移測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四部分組成。哈大客專多數(shù)制板廠自動張拉設備基本都采用以下結構設計:1個液壓站為4個千斤頂提供動力，4個獨立的電控換向閥組分別控制4個千斤頂，控制信號對閥組的控制，可實現(xiàn)千斤頂?shù)募訅?、卸壓及保?在千斤頂?shù)囊簤河吐分邪惭b有壓力傳感器，將千斤頂?shù)膲毫π盘杺魉偷娇刂破?，千斤頂上安裝有位移傳感器，可將千斤頂?shù)奈灰菩盘杺魉偷娇刂破??？刂破饔煽删幊炭刂破?PLC)、觸摸顯示屏(HMI)和數(shù)字采集器組成。千斤頂?shù)奈灰菩盘柤皦毫π盘柾ㄟ^控制器上的數(shù)字采集器傳送到PLC，操作者通過觸摸屏設定張拉方式、張拉力、持荷時間等參數(shù)，啟動張拉設備，系統(tǒng)自動完成張拉［3］。其結構組成詳見圖1。某廠研發(fā)的YT-Ⅰ型軌道板自動張拉系統(tǒng)見圖2。

圖1 自動張拉系統(tǒng)設備結構組成

2.1.2 預應力自動張拉系統(tǒng)的技術指標(表1)

2.1.3 預應力自動張拉系統(tǒng)的設備配置(表2)

圖2 YT-Ⅰ型軌道板自動張拉系統(tǒng)

表1 張拉系統(tǒng)技術指標

表2 YT-I型自動張拉系統(tǒng)設備配置(一拖四)

2.2 CRTSⅠ軌道板張拉技術指標(表3)

表3 軌道板張拉技術指標匯總［4］(以P4962型板為例)

3 自動張拉系統(tǒng)的主要功能特點

3.1 引入壓力及位移傳感器、精度更高

傳統(tǒng)張拉設備是由油泵驅(qū)動千斤頂進行張拉作業(yè)，壓力表讀數(shù)控制張拉應力。在軌道板預制初期，哈大客專采用的是一泵帶一頂?shù)膫鹘y(tǒng)張拉設備，在人工驅(qū)動油泵進行張拉作業(yè)時，張拉精度無法保證規(guī)范要求。

表4、表5是中交三航局三勝板廠傳統(tǒng)張拉設備和全自動張拉設備的校驗記錄。圖3、圖4為千斤頂壓力表配套校驗圖。

表4 傳統(tǒng)張拉設備校核記錄

圖3 千斤頂壓力表配套校驗

板場起先使用的傳統(tǒng)張拉設備中壓力表為0.4級，最小刻度為0.5 MPa，根據(jù)表4中提供的回歸方程可以計算出當P=0.25 MPa時所對應的F值:

哈大客專軌道板預制質(zhì)量控制手冊要求［4］CRTSⅠ型板張拉力誤差要求為±1 kN，在張拉作業(yè)中油泵驅(qū)動千斤頂進行張拉作業(yè)是人工操作，要想將誤差控制在1/4個刻度內(nèi)無形中增加了施工難度，且在施工過程中增加了不確定因素，使張拉精度得不到有效的保證。

表5 自動張拉設備校核記錄

表5為長春市計量局提供的數(shù)控張拉設備千斤頂壓力傳感器配套校驗數(shù)據(jù)及校驗表。

根據(jù)表5中提供的回歸方程可以計算出當P=0.25 MPa時所對應的F值:

圖4 千斤頂壓力傳感器配套校驗

F=1×0.25+0.427 8=0.677 8 kN＜1 kN

通過表4和表5的比對以及數(shù)據(jù)可以看出:傳統(tǒng)張拉設備在張拉精度上無法與數(shù)控張拉設備相比。傳統(tǒng)張拉設備是由壓力表控制張拉應力，人工操作油泵進行張拉，在張拉過程中張拉精度得不到有效的控制;數(shù)控張拉設備與系統(tǒng)內(nèi)部軟件進行數(shù)據(jù)交換，直接進行張拉作業(yè)，在可編程軟件中可以直接輸入張拉應力，實現(xiàn)了全自動張拉，無需人工控制張拉力，有效地控制了在人工操作中產(chǎn)生的誤差［5］。所以，采用自動張拉設備大大提高了張拉精度，滿足了規(guī)范要求。

3.2 張拉控制自動化，工效提高

哈大客專采用的自動張拉張拉設備主要通過壓力傳感器直接控制張拉應力，位移傳感器安裝在千斤頂上直接記錄數(shù)據(jù)，代替人工測量伸長值，避免人工測量的誤差且保證數(shù)據(jù)的真實性。在人機交互式的操作界面中可在觸摸屏幕上方便設置張拉目標值、位移量、持荷時間、張拉方式等各種張拉參數(shù)，設置完成后可以進行加密處理，避免人為修改。操作界面簡單易懂，方便操作。

規(guī)范要求預應力施工應采取雙控，以油壓表讀數(shù)為主，以預應力伸長值做為校核［6］。自動張拉設備在張拉力或者伸長量超出系統(tǒng)設置的允許范圍時會自動停止張拉，使張拉精度得到有效的控制，從而實現(xiàn)了雙控。同時，系統(tǒng)能夠設置自動補壓和持荷時間，當壓力低于設定值時油泵會自動進行補壓。預應力雙端張拉控制界面如圖5所示。

圖5 自動張拉系統(tǒng)設置界面

自動張拉張拉系統(tǒng)多采用可移動式一泵四頂或八頂同步結構，同一液壓站驅(qū)動的千斤頂能夠?qū)崿F(xiàn)自動同步、平衡張拉、張拉力自動跟隨功能目的［7］。同時，系統(tǒng)還配套標準的張拉力標定裝置，可在張拉過程中對張拉系統(tǒng)進行標定和檢測，確保了張拉質(zhì)量［8］。

自動張拉設備的設置維護主要由技術人員負責，工人僅負責千斤頂?shù)难b卸和錨固螺母的緊固工作，降低了勞動強度，提高了勞動效率，避免了人為操作的誤差。

另外，為了便于張拉后對軌道板張拉完成情況的檢查，避免因為工人疲憊等原因?qū)е律倮?、漏拉現(xiàn)象，哈大客專開發(fā)了多種張拉自動形成壓痕裝置，其中多數(shù)板廠采用在千斤頂上加焊1～2粒小彈珠，這樣，在張拉過程中就可直接形成張拉壓痕，對軌道板張拉起到了很好的控制作用。圖6為在千斤頂支撐墊板表面設置鋼珠自動形成張拉痕跡裝置。

圖6 自動形成張拉痕跡裝置

3.3 數(shù)據(jù)采集、處理信息化

傳統(tǒng)張拉設備數(shù)據(jù)記錄為人工測量和記錄，原始數(shù)據(jù)的真實性無法保證。數(shù)控張拉設備通過位移傳感器直接記錄數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)直接記錄張拉原始數(shù)據(jù)，并自動生成報表，張拉完成后可立即從控制系統(tǒng)中直接調(diào)出，保證數(shù)據(jù)的真實和及時性。同時控制系統(tǒng)預留的數(shù)據(jù)接口，利用U盤可將張拉原始記錄轉移至電腦中存儲，亦可以通過外接打印機直接現(xiàn)場打印，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集及處理的標準化和信息化功能目的。圖7為張拉系統(tǒng)自動生成的張拉報表。

圖7 自動張拉系統(tǒng)張拉報表

4 自動張拉系統(tǒng)的張拉方法及工作模式

以下以某廠生產(chǎn)的YT-I型軌道板自動張拉設備說明自動張拉系統(tǒng)的工作模式及張拉順序。

4.1 張拉方法及順序

預應力筋應左右對稱同時張拉，張拉順序應先橫向、后縱向，先中間、后兩端，橫向應隔根逐次張拉;縱向宜兩端同時張拉，控制兩端預應力筋螺紋外露量基本一致，并保證其兩端伸長量基本一致。

4.2 張拉工作模式

YT-Ⅰ型軌道板自動張拉設備通過采用液壓力和張拉力的關聯(lián)方法，解決了摩阻等環(huán)節(jié)對張拉數(shù)據(jù)的影響，保證了張拉的同步與平衡［9］，其基本單元為一拖四結構，即1臺液壓站配套1臺控制器、4個千斤頂結構，可2對頂同步張拉，也可按4頂單獨張拉使用，組合便利，使用方便。根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況進行研究，確定最優(yōu)張拉模式為同時張拉2塊軌道板。相對于同時張拉4塊軌道板來說，同時張拉2塊軌道板可以節(jié)約人力，便于操作;相對于單板多頂次張拉來說，同時張拉2塊軌道板便于操作，施工方便，確保軌道板張拉質(zhì)量，提高施工工效。因此實際施工過程中一般采用同時張拉2塊軌道板的張拉模式。

5 工程效果及經(jīng)濟效益分析

傳統(tǒng)張拉設備與YT-I型軌道板自動張拉系統(tǒng)工程效果及經(jīng)濟效益分析比較［10］見表6(以P4962板為例)。

表6 傳統(tǒng)張拉設備與自動張拉系統(tǒng)工程效果及經(jīng)濟效益分析比較

6 結論

哈大客專CRTSⅠ型無砟軌道板自動張拉系統(tǒng)具有以下特點:(1)張拉精度高。通過采用高精度壓力傳感器和位移傳感器進行壓力和位移的實時跟蹤測量，提高了張拉精度。(2)在保證張拉精度的同時可實現(xiàn)預應力張拉中張拉應力和預應力筋伸長值的雙重控制。(3)在可編程軟件中能設置了補壓和持荷功能，能強制執(zhí)行持荷倒計時，有效控制人為誤差。(4)通過壓力傳感器和位移傳感器直接記錄數(shù)據(jù)，避免人工測量的誤差且保證了數(shù)據(jù)的真實性;(5)張拉自動形成壓痕裝置，避免因為工人因疲憊或偷懶等原因?qū)е碌纳倮?、漏拉現(xiàn)象。

總之，預應力自動張拉系統(tǒng)實現(xiàn)了預應力張拉過程的智能化、自動化、標準化、數(shù)字化，信息化，具有張拉精度高、差錯率小、操作簡便，工效高及綜合費用較低的優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。

［1］蔡培儉.CRTS-Ⅰ型軌道板張拉控制系統(tǒng)設計［J］.山西建筑，2010，36(15):292-293.

［2］劉乃生，高智偉.CRTSⅠ型軌道板自動張拉技術研究［J］.中國鐵路，2010(2):59-61.

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［4］哈大鐵路客運專線有限公司.哈大客專CRTSⅠ型無砟軌道板質(zhì)量控制手冊［S］.沈陽:哈大鐵路客運專線有限公司，2009.

［5］李金胡毅 吳鵬.CRTSⅡ型軌道板預應力張拉技術［J］.鐵道建筑，2008(S):48-51.

［6］鐵道部科技司.科技基［2008］74號 客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道混凝土軌道板暫行技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［7］張俊宏.CRTSⅠ型軌道板自動化張拉系統(tǒng)研究［J］.今日科苑，2009(8):27-29.

［8］李雪松.嚴寒地區(qū)CRTSⅠ板式無砟軌道板制造工藝［J］.山西建筑，2009，35(32):151-152.

［9］胡華軍.CRTSⅠ型板式無砟軌道之軌道板預制［J］.鐵道建筑技術，2008(S):278-282.

［10］哈大鐵路客運專線有限公司.哈大客專綜合施工技術研究報告-CRTSⅠ型無砟軌道板預制綜合施工技術研究階段性科研報告［Z］.沈陽:哈大鐵路客運專線有限公司，2011.