曹萬會

（中鐵二十二局集團第二工程有限公司 北京 100041）

1 引言

目前我國高速鐵路推廣的預制40 m無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁，大大提高簡支梁橋的跨越能力，減少墩臺數量，提高生產效率［1］。在節(jié)省材料、減少土地占用、方便架設安裝、提升跨越能力等方面具有較大優(yōu)勢。40 m時速350 km預制箱梁梁體混凝土強度等級為C50［2］，混凝土方量為370.86 m3，梁高3.235 m，與32 m 時速350 km 箱梁相比，混凝土方量增加55 m3，梁高增加0.2 m，梁長增加8 m，相應內模長度增加8 m，重量增加24%以上，對內模承載力、強度、穩(wěn)定性及周轉使用效率提出了更高的要求，內模的拆裝工藝又是控制生產效率的關鍵因素［3］。通過對高鐵40 m箱梁整體液壓內模增設自驅系統(tǒng)，大大提高了工作效率，保障了箱梁施工質量，且能夠滿足安全性和經濟性。

2 工程概況

新建江蘇南沿江城際鐵路是我國第一條正式使用40 m無砟軌道后張法預應力混凝土簡支箱梁的高速鐵路建設項目。本項目是我國“八縱八橫”高速鐵路網中沿江通道的重要組成部分［4］。中鐵二十二局集團江陰東制梁場承擔南沿江城際鐵路站前工程NYJZQ-7標751榀箱梁預制，其中40 m雙線箱梁367榀，32 m雙線箱梁341榀，其他型號箱梁43榀。本制梁場40 m、32 m箱梁配備整體液壓內模各4套，均加裝了自驅系統(tǒng)。

3 自驅系統(tǒng)在高速鐵路40 m箱梁預制中的技術研究

3.1 常規(guī)整體液壓內模的使用現狀及問題解析

整體式箱梁模板由外模和內模兩大部分組成［5］，其中，內模在箱梁模板設計中技術含量最高，也是決定現場施工效率的主要因素之一［6］。內模的設計方案對施工周轉速度、箱內尺寸控制、使用安全性具有重要影響，40 m大跨度的箱梁施工尤為明顯。常規(guī)箱梁內模進出模采用模外卷揚機前端牽引，龍門吊配合整體移動［7］。施工過程中經常出現內模脫軌、中心偏位、超拉、脫焊及卷揚機鋼絲繩斷裂發(fā)生意外事故等問題。下面通過對出現問題的分析，提出內模采用自驅系統(tǒng)的優(yōu)越性。

常規(guī)卷揚機拖拉內模過程中因鋼絲繩卷軸存在自由卷盤寬度，造成鋼絲繩在受力狀態(tài)下產生偏移，不能保持高度及軸向拖拉力。由于40 m箱梁的跨度大更易導致內模在拖拉過程中脫軌及長時間的偏向磨損導向輪，同時因內模導梁與安放在底模上的導向輪不同軸造成內模整體偏移一側，影響梁體腹板寬度；若卷揚機操作稍有失誤，容易將內模拉入過度，定位不準確，需要二次糾正，費時費工；內模導梁通過卷揚機頻繁拉入拉出，長時間受力容易造成導梁與內模間的脫焊和導梁的變形，最終導致內模不同程度的變形，影響箱內整體外觀質量；施工過程中卷揚機的吊移是通過制梁區(qū)的龍門吊操作完成，容易造成工序交叉，降低工作效率；最嚴重的問題是容易因卷揚機鋼絲繩局部受損未被發(fā)現或經常性的超負荷的拖拉施工導致鋼絲繩的瞬間斷裂，出現人身傷害安全事故。

經過對常規(guī)卷揚機拖拉內模的總結認識，對比加裝自驅系統(tǒng)內模的工作性能，能夠充分體現自驅系統(tǒng)的優(yōu)越性，以下對箱梁整體液壓內模自驅系統(tǒng)的設計、安裝及操作使用做簡要介紹。

3.2 箱梁整體液壓內模自驅系統(tǒng)的設計要點

為了提高箱梁整體液壓內模的作業(yè)效率，主要從改變其移動方式著手，增加了縱向自驅系統(tǒng)。自驅系統(tǒng)采用機電動力模式，每套內模配置一套固定驅動托架，一套移動驅動托架和一套移動托架。并在原設計內模分節(jié)塊液壓收縮模塊、液壓油路、導梁的基礎上增加齒條系統(tǒng)，如圖1～圖3所示。

圖1 箱梁整體液壓內模與自驅系統(tǒng)組成

圖2 驅動電機及鏈條

圖3 齒條

自驅系統(tǒng)采用電機－齒輪式傳動裝置，內模底部中間采用12 mm的鋼板，間距60 mm，每隔70 mm做一個直徑36 mm的孔，在孔道內嵌入直徑34 mm的鋼柱，并焊接牢固，做成鏈條型，作為力的傳送裝置，在內模中間位置和制梁臺座靠近內模一端共設置驅動托架2套，采用3 kW的電機通過減速裝置帶動連接齒輪運行，齒輪與鏈條相咬合，驅動內模整體縱向移動，內模存放處中心到箱梁預制臺座中心距離50 m，保證內模安裝到位。在設計中，主要有以下設計原則及要點：

（1）結構設計要簡單，便于操作，有利于提高工作效率，保證質量。

（2）每套內模配置固定驅動托架、移動驅動托架和移動托架各一套，每套托架都包含底部調節(jié)絲、上部滾輪、機電系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)。

（3）電機功率滿足動力需要，電機額定功率在所需最大驅動力的1.5～2.0倍間。內模重70 t，鋼導梁與鋼滾輪之間的滑動摩擦系數取0.001，選用3 kW的電機。保證電機為內模的直線行走提供足夠動力。

（4）箱梁內模自驅系統(tǒng)操作采用手持式遙控操作，安全方便。

3.3 箱梁整體液壓內模自驅系統(tǒng)組裝要點

（1）內模托架及內模鋼臺座基礎設計滿足地基承載力要求，且要兼顧經濟性原則。最大沉降量控制在5 mm內，并嚴控不均勻沉降。

（2）內模托架及內模鋼臺座基礎嚴格控制高度和軸線，保證內模鋼臺座、活動及固定托架基礎軸線一致，高度平順，使它們基本處于同一水平面內，防止內模變形［8］。

（3）內模嚴格按照設計要求加工生產，下料及拼接過程嚴禁發(fā)生熱反應導致材質受損、變形，嚴格控制加工誤差及精度，保證內模移動時順暢。

（4）內模在制造和安裝拼接時，保證拼接質量，錯臺高差控制在1 mm內。對照安裝要求進行全面檢查和驗收，及時進行調整［9］。錯臺超差會影響內模移動。

（5）內模整體吊裝前，校準鋼臺座、活動及固定托架間的軸線及高度關系，底模板、內模板、內模托架軸向中心線在同一直線上。側模、端模試拼后調節(jié)內模托架的高度，使其達到等高。

（6）測試內模行走系統(tǒng)的行走線性：安裝活動內模支架，調整支架下部螺栓使其和固定內模高度一致，使活動、固定托架齒輪裝置與齒條導梁在同一直線、同一平面、同一時間工作。

（7）內模由專人負責操作，并由廠家專人指導、培訓完成。

3.4 箱梁整體液壓自驅內模的施工操作流程及操作要點

3.4.1 操作流程

（1）入模前準備。端模板安裝到位，安裝箱內泄水孔成孔器（內模支腿），該成孔器也作為內模行走的支架，在內模支腿上放置導向輪，用槽鋼將內模支腿連接，形成滑道，高度一致，在內模進入或者拉出時作為支撐，防止內模驅動時受力過大或前后重量不同，造成內模掉道等不安全事故的發(fā)生。

（2）入模。首先將移動驅動托架推至梁端位置，使用連接螺栓與地面固定，調整移動驅動托架下的螺栓，使其處于同一平面，調整線性使其處于同一直線。分兩步使內模進入模板內，第一步：啟動固定驅動托架處動力系統(tǒng)，電動機驅動齒輪轉動使齒輪咬合導梁，齒條拖動內模行走；第二步：內模行進至端模處活動驅動托架時，開動活動驅動托架處動力系統(tǒng)，開始工作，通過活動驅動托架齒輪轉動，使齒輪咬合導梁拖動內模繼續(xù)行走完成入模作業(yè)，精確定位后，啟動模板液壓系統(tǒng)，撐起模板，并進行各部位固定。檢查合格后可進入下一步施工。

（3）出模。根據先安后拆的施工原則，混凝土達到強度進行預張后，按安裝時的步驟反向操作，內模行至存放區(qū)，工人進行打磨、涂油，清理表面及導梁上的混凝土［10］，準備下次使用。

3.4.2 操作要點

（1）內模進出前檢查移動、固定驅動托架上齒輪驅動裝置及液壓無線控制系統(tǒng)電路是否正常，配件是否齊全，避免因系統(tǒng)發(fā)生損壞或配件不齊造成無法完成協(xié)同作業(yè)。

（2）內模行走過程中隨時盯控驅動齒輪轉動及速率是否發(fā)生異常，齒輪與齒條導梁的銜接是否順暢、緊密、無錯咬，避免發(fā)生行走抖動、掉齒現象。

（3）定期對齒輪、齒條導梁系統(tǒng)進行保養(yǎng)維護，保證機械正常使用狀態(tài)。

（4）操作過程中注意自驅系統(tǒng)是否出現異響、模塊間發(fā)生脫焊、扭曲變形等異常情況，發(fā)生后立即停止作業(yè)，排查問題恢復正常后方可正常施工。

（5）定期檢查變截面位置的內模是否有變形或者咬合，模板變形后及時維修［11］。

3.5 箱梁整體液壓內模自驅系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）箱梁整體液壓內模采用自驅系統(tǒng)與常規(guī)內模拖拉在設計方面比較主要有以下優(yōu)點：內模驅動系統(tǒng)設計結構簡單，功能強大、噪聲小、維護方便等優(yōu)點；液壓縮放內模及驅動為手持式遙控操作界面，看得到做得到，完成內模的收合及定位無須多人多設備配合，此方案既節(jié)省了時間，減少了勞動強度，提高了勞動效率同時也提高了安全性，滿足通過簡單培訓即能上崗的施工條件［12］。

（2）箱梁整體液壓內模自驅系統(tǒng)與常規(guī)內模拖拉在應用方面比較主要有以下優(yōu)點：采用自驅系統(tǒng)避免了由卷揚機施工造成的上述說明中容易造成的內模偏移影響箱內變截面尺寸、內模安裝二次返工、損傷內模、安全事故等問題的發(fā)生；減少了制梁區(qū)域設備的占用面積，操作空間更加透明；采用無線遙控液壓系統(tǒng)可以更加快捷地進行操作施工，減少配合人員的數量，能夠在模板施工范圍近距離地對模板伸縮、升降，減少因障礙物對模板的阻礙產生的變形、脫焊等設備損壞現象的發(fā)生；減少了制梁區(qū)多工種、多工序的交叉施工造成的效率低下的問題。

（3）箱梁整體液壓內模自驅系統(tǒng)與常規(guī)內模拖拉方式經濟效益比較主要有以下優(yōu)點：自驅系統(tǒng)用電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的卷揚機，采用軌道－齒輪配合模式，避免了卷揚機偏心牽引對內模系統(tǒng)造成損傷，內模自驅行走提高了內模安裝精度，減少了尺寸調整時間，傳統(tǒng)方式需要30 min內模方可進入箱內，而安裝自驅系統(tǒng)內模最快12 min可完成。降低了勞動力的使用，提高勞動力的單位價值，傳統(tǒng)方式需要8人配合完成內模入模工作，現在只需要2人?？s減人員配置，提高勞動效率，應用機械化代替?zhèn)鹘y(tǒng)的勞動密集型施工，也是當前的形勢。傳統(tǒng)方式采用龍門吊吊移卷揚機進行調整內模，卷揚機倒運一次最少30 min。龍門吊作為梁場生產的主要設備，如果在內模安裝方面占用大量時間，在其他方面就降低了使用率，現場反映出的就是機械設備不足，不能滿足現場施工。采用自驅系統(tǒng)安裝內模時需要1臺叉車配合6 min，2人配合15 min左右，即可完成入模工作，安全高效。

通過內模行走方式的改進有效提高施工效率、降低成本，保證了內模腹板尺寸的準確度，有效解決兩側腹板偏重對梁體及下部結構造成的偏載問題，提高了施工質量，降低了內模板整修、焊接的概率，同時大大減少了施工過程中的安全事故隱患。最終滿足大跨度40 m箱梁模板的施工要求，同時使模板施工更加機械化、效率化，滿足機械智能化的施工生產需要。

4 結束語

高鐵40 m預制箱梁整體液壓內模采用自驅系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)箱梁內模的弊病，從設計到應用均滿足要求。設計機構簡單，便于操作，使用安全，作業(yè)效率高，有效提高了模板的經濟性，并為箱梁質量提供了有力保障。該系統(tǒng)也適用于40 m以下跨度箱梁內模，尤其值得在大跨度高鐵及其他行業(yè)箱梁預制中推廣。