張世舉 牛燦衛(wèi) 易 勇 王 璇

（廊坊中建機(jī)械有限公司，廊坊 065000）

高原混凝土施工所用的攪拌站設(shè)備和普通的工程用攪拌站設(shè)備整體結(jié)構(gòu)沒(méi)有特別的差異，但是高原施工設(shè)備必須保證冬季也能夠施工，以從設(shè)備本身到項(xiàng)目管理上保證工程施工的順利進(jìn)行[1]。

1 連通西藏的鐵路規(guī)劃

隨著國(guó)家對(duì)西部開(kāi)發(fā)的力度不斷加大，在西部高寒、高海拔地區(qū)施工的項(xiàng)目越來(lái)越多，工程體量大、難度高。例如，除已經(jīng)建成的青藏鐵路外，還有新藏鐵路、川藏鐵路、滇藏鐵路和甘藏鐵路4條入藏鐵路項(xiàng)目。

2 川藏鐵路的施工環(huán)境

川藏鐵路是已經(jīng)在施的鐵路項(xiàng)目，施工時(shí)需要面對(duì)崇山峻嶺、地形高差大、地震頻發(fā)、季節(jié)凍土、山地災(zāi)害、高原缺氧以及生態(tài)環(huán)保等難題。川藏鐵路集合了山嶺重丘、高原高寒、風(fēng)沙荒漠以及雷雨雪霜等多種極端地理環(huán)境和氣候特征，跨14條大江大河和21座4 000 m以上的雪山，被稱為“最難建的鐵路”。西藏地區(qū)的年平均氣溫日差在14～16 ℃，溫差較大，且較為寒冷。冬季和初春氣候干寒，風(fēng)沙大，空氣含氧量較夏季明顯降低，且許多地區(qū)和路段常年冰雪覆蓋。

3 所需設(shè)備的特點(diǎn)

混凝土攪拌站從機(jī)械結(jié)構(gòu)到配套件選用再到控制系統(tǒng)，各方面都進(jìn)行了專門(mén)設(shè)計(jì)和配置。

3.1 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

第一，在主站鋼結(jié)構(gòu)框架上，承重型材加大一個(gè)規(guī)格型號(hào)。第二，攪拌主機(jī)配置適合高原地區(qū)使用的專用電機(jī)，同時(shí)潤(rùn)滑油和齒輪油都需更換成適用于高原高寒低氣壓的專用油。第三，氣動(dòng)元件（如空壓機(jī)）應(yīng)使用比正常情況下高一個(gè)規(guī)格的空壓機(jī)，以保證在低氣壓環(huán)境下空壓機(jī)的排氣量。第四，配套的其他氣動(dòng)元件需選用特殊處理的元件，如氣缸選用耐低溫且具有密封墊的氣缸，同時(shí)配備耐低溫的三聯(lián)體和過(guò)濾器。第五，輸送帶選用耐寒輸送帶，保證在常規(guī)低溫條件下仍能有效保持其彈性和正常工作能力，同時(shí)具備耐寒性能好、耐沖擊、彈性高等特點(diǎn)。第六，水或外加劑泵選用國(guó)標(biāo)的正碼規(guī)格，以保證水泵和外加劑泵的工作性能[2]。第七，攪拌站主站整體封裝采用50 mm厚防火巖棉板，以保證主站機(jī)械設(shè)備的保溫性。

3.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)相當(dāng)于混凝土攪拌站的大腦。操作人員可以通過(guò)控制系統(tǒng)的界面發(fā)布命令，使各個(gè)部分完成指令運(yùn)動(dòng)。另外，攪拌系統(tǒng)和配料系統(tǒng)等攪拌站各組成單元的運(yùn)行狀態(tài)，也會(huì)實(shí)時(shí)反饋到控制系統(tǒng)的顯示界面，以保證混凝土的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程順利。

3.2.1 控制系統(tǒng)組成

攪拌站的整套電氣控制系統(tǒng)包括工控系統(tǒng)（強(qiáng)弱電及電腦）、監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電纜、傳感器及部分感應(yīng)開(kāi)關(guān)等。下面主要針對(duì)工控系統(tǒng)在高寒高海拔地區(qū)和高鐵建設(shè)中對(duì)攪拌站工控系統(tǒng)的各方面要求作出闡述。

工控系統(tǒng)硬件主要包含電腦、顯示器、打印機(jī)、不間斷電源、電氣元件、MC700（主控模塊）、AS700（模擬量模塊）、TR760（稱重模塊）、DS700（開(kāi)關(guān)量模塊）以及柜內(nèi)制作輔材等部分。整套系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)可以根據(jù)系統(tǒng)的具體要求靈活搭配系統(tǒng)規(guī)模，以找出最優(yōu)的系統(tǒng)性能和成本結(jié)合方式。各功能模塊間采用總線式連接，降低了使用成本和維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)可靠性能。

主控模塊主要負(fù)責(zé)各子模塊（除了主控模塊以外的其他功能模塊）的協(xié)調(diào)管理，相當(dāng)于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）；稱重模塊主要用于測(cè)量質(zhì)量，可選4路、6路或8路控制；數(shù)字量輸入/數(shù)字量輸出（Digital Input/Digital Output，DI/DO）模塊包含8路數(shù)字量輸入和8路數(shù)字量輸出，主要用于現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出，輸入節(jié)點(diǎn)連接設(shè)備的無(wú)源接點(diǎn)（干接點(diǎn)）和輸出節(jié)點(diǎn)是繼電器輸出；DI模塊能夠提供24路開(kāi)關(guān)量輸入，接點(diǎn)類型和DI/DO模塊的輸入接點(diǎn)類型相同；DO模塊具有24路開(kāi)關(guān)量輸出，可以直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載（電磁閥及交流接觸器）；模擬量輸入/模擬量輸出（Analog Input/Analog Output，AI/AO）模塊具有4～20 mA的模擬量輸入和模擬量輸出各兩個(gè)通道，輸出通道可以用于驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備等，其硬件參數(shù)見(jiàn)表1。工控系統(tǒng)在使用過(guò)程中放于操作室內(nèi)，配備有空調(diào)。工控系統(tǒng)的硬件可以滿足高寒高海拔地區(qū)的使用要求。

表1 硬件參數(shù)表

3.2.2 高鐵建設(shè)對(duì)攪拌站的計(jì)量精度要求

高鐵專用混凝土攪拌站對(duì)原材料的計(jì)量精度要求比商用混凝土攪拌站高，而計(jì)量精度的控制直接影響工程用混凝土的質(zhì)量。為了提高計(jì)量精度，滿足工程需求，研發(fā)了ZS-2000工控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用儀表配料方式，專門(mén)設(shè)計(jì)有高精度計(jì)量模式。原材料落差采用實(shí)時(shí)跟蹤下料流量及時(shí)更新關(guān)門(mén)提前量的模式。精計(jì)量時(shí)采用點(diǎn)動(dòng)開(kāi)門(mén)，即時(shí)查表計(jì)算開(kāi)門(mén)時(shí)間。系統(tǒng)運(yùn)行智能點(diǎn)動(dòng)補(bǔ)秤和扣秤算法，確保混凝土攪拌站配料精度滿足高鐵站要求。

如果配料完畢時(shí)計(jì)量秤不穩(wěn)，應(yīng)在計(jì)量稱數(shù)據(jù)穩(wěn)定后判斷近500 ms內(nèi)的質(zhì)量波動(dòng)情況，并選取期間滿足配料誤差的配料條件值作為配料量。原來(lái)記錄的關(guān)門(mén)提前量（建立流量與沖量的記錄表）未和關(guān)門(mén)前的流量相關(guān)聯(lián)，如果流量過(guò)小，根據(jù)流量重新計(jì)算過(guò)沖量，并進(jìn)行下載，實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)提前量的自動(dòng)跟蹤。每個(gè)骨料料倉(cāng)應(yīng)該設(shè)定大小門(mén)是否相同的判定條件。當(dāng)大小門(mén)相同時(shí)，可以自動(dòng)換門(mén)。根據(jù)當(dāng)前從開(kāi)門(mén)到零點(diǎn)的排料速度，自動(dòng)計(jì)算合適的點(diǎn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)行處理?？焖匍T(mén)和慢速門(mén)的差距如果小于1.5 s，自動(dòng)調(diào)整快速量，保證快速穩(wěn)定后再關(guān)小門(mén)。點(diǎn)動(dòng)加料時(shí)，如果前兩次沖量都比固定沖量大（說(shuō)明當(dāng)前物料流動(dòng)），適當(dāng)減少點(diǎn)動(dòng)時(shí)間。

3.2.3 高鐵建設(shè)的數(shù)據(jù)上傳功能

高鐵站數(shù)據(jù)上傳時(shí)，如果指揮部有第三方平臺(tái)實(shí)施數(shù)據(jù)上傳功能，設(shè)備廠商可開(kāi)放混凝土攪拌站的工控軟件數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供數(shù)據(jù)庫(kù)說(shuō)明進(jìn)行對(duì)接。

4 保溫措施

混凝土工程在高寒、高海拔地區(qū)施工時(shí)，可采取以下保溫措施。第一，攪拌站采用夾芯防火保溫板封裝，砂石料場(chǎng)和攪拌站獨(dú)立封裝。第二，骨料在高寒條件下施工時(shí)容易結(jié)冰，應(yīng)配備加熱系統(tǒng)，可采用地下取暖管道，并澆筑C25混凝土[3]。第三，料倉(cāng)可采用鋼板棚封閉，供熱系統(tǒng)可采用2 t高壓鍋爐和暖氣管道。第四，攪拌站采用水保溫，利用蒸汽低壓鍋爐直接向水箱內(nèi)通蒸汽加熱。水的加熱溫度一般為50～80 ℃，水箱四周及頂口用棉被保溫[4]。第五，主機(jī)房每層放置3臺(tái)電暖氣對(duì)主機(jī)、暫存斗和計(jì)量稱進(jìn)行保溫，確保主機(jī)溫度在5 ℃以上。第六，砂、石料暖棚設(shè)置在離攪拌站最近的地方，以減少熱量的損失和保溫材料的用量。第七，主機(jī)接料口三面用彩鋼板密封，內(nèi)置生火爐或周邊布置暖氣管道，保證混凝土從主機(jī)放料到攪拌運(yùn)輸車過(guò)程中不會(huì)凝固，以確?；炷临|(zhì)量[5]。第八，水路管道及外加劑管道用保溫巖棉進(jìn)行保溫，并對(duì)水狀外加劑進(jìn)行保溫及預(yù)熱，加熱后外加劑的溫度在30～40 ℃。

5 結(jié)語(yǔ)

在高原建設(shè)工程中，混凝土施工受當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、地理?xiàng)l件影響很大。此種高原型混凝土攪拌站的技術(shù)研究對(duì)高原建設(shè)中混凝土的施工質(zhì)量和混凝土的穩(wěn)定性、安全性起到了積極的保障作用，提高了施工效率。