高速鐵路CRTSⅢ型自密實(shí)混凝土充填層施工成套設(shè)備研究.doc

高速鐵路CRTS型自密實(shí)混凝土充填層施工成套設(shè)備研究 羅利瓊LUOLi-qiong （中鐵四局集團(tuán)機(jī)電設(shè)備安裝有限公司，南昌330200） 摘要院文章通過分析我國自主開發(fā)的CRTS芋型無砟軌道自密實(shí)混凝土充填層的施工工藝來系統(tǒng)介紹CRTS芋型無砟軌道自密實(shí)混凝土施工成套設(shè)備研制的整體思路，性能參數(shù)和各系統(tǒng)模塊精確設(shè)計(jì)配置，對(duì)CRTS芋型無砟軌道自密實(shí)混凝土填充層施工技術(shù)的推廣及優(yōu)化升級(jí)具有重要意義。 關(guān)鍵詞院高速鐵路；crts芋型板；無砟軌道；自密實(shí)混凝土；施工成套設(shè)備 院TU528院A院1006-4311（xx）27-0118-04 1概述 目前，我國高速鐵路技術(shù)已取得了舉世矚目的成就，開通運(yùn)營的高速鐵路總里程世界第一。以CRTS玉型和CRTS域型為代表的板式無砟軌道結(jié)構(gòu)是我國高速鐵路的主要結(jié)構(gòu)形式之一，其主要是在日本、德國等技術(shù)基礎(chǔ)上通過引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新而發(fā)展形成，CRTS玉型和CRTS域型軌道結(jié)構(gòu)采用水泥乳化瀝青（CA）砂漿充填層技術(shù)。實(shí)踐表明，CA砂漿充填層技術(shù)不僅成本較高、施工質(zhì)量控制難度大，而且也影響錢國高速鐵路技術(shù)走出guo門。為此，由中國鐵道科學(xué)研究院牽頭開發(fā)出的CRTS芋型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，采用自密實(shí)混凝土作為充填層材料，利用充填層自密實(shí)混凝土灌注工藝方法，將具有大的流動(dòng)性、間隙通過性和抗離析性混凝土灌注至嵌有U形鋼筋和鋼筋網(wǎng)片的CRTS芋型板腔中，并成功應(yīng)用于武漢城市圈城際鐵路、盤營客專鐵路、成灌線、京滬、石武廣高速鐵路車站道岔試驗(yàn)等工程。 但芋型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)用材料在攪拌、運(yùn)輸、灌注過程中仍存在混凝土坍落度損失大，易離析、泌水、包裹性差和浮漿等現(xiàn)象，決定了其灌注工藝和專用設(shè)備不同于CRTS玉、CRTS域型軌道板，因此開展CRTS芋型無砟軌道板充填層施工成套設(shè)備的研究對(duì)本技術(shù)的推廣及優(yōu)化升級(jí)具有重要意義。 1.1CRTS芋型軌道板及自密實(shí)砂漿 CRTS芋型無砟軌道自密實(shí)混凝土主要由水泥、粉煤灰、細(xì)骨料、粗骨料、外加劑、膨脹劑和水等經(jīng)配制而成，參考配合比（kg/m3）為：水泥400、礦粉200、砂845、碎石719、水185、減水劑6.6、膨脹劑36、保水劑0.24和增粘劑3。在自密實(shí)混凝土填充層內(nèi)，配制HRB335準(zhǔn)12鋼筋網(wǎng)片，以便與帶有U形筋的軌道板緊密連接，同時(shí)可起到控制自密實(shí)混凝土裂縫的生成與擴(kuò)張；強(qiáng)度等級(jí)為C40，要求高流動(dòng)度、不離析、填充均勻性和穩(wěn)定性的性能，澆筑時(shí)依靠其自重流動(dòng)，無需振搗而達(dá)到密實(shí)的混凝土，其自有收縮率應(yīng)小于萬分之三；自密實(shí)混凝土層在直線地段的寬度為2700mm，在曲線地段則是寬度為2600mm，厚度為90mm,然而其長度是和軌道板一致。 1.2自密實(shí)混凝土充填層施工對(duì)成套設(shè)備要求及設(shè)計(jì)原則 淤據(jù)查閱相關(guān)資料顯示，自密實(shí)混凝土在固定的攪拌站里攪拌后運(yùn)到工地灌注完成不得超過90min。因此需要盡可能縮短中轉(zhuǎn)灌注時(shí)間； 于在灌注自密實(shí)混凝土的過程中，為提高灌注的質(zhì)量，整個(gè)灌注為先慢灌寅快灌寅慢灌的工藝； 盂在灌注過程中，要時(shí)刻觀察軌道板的上浮量，不能超過0.1mm； 榆為了不影響自密實(shí)混凝土的質(zhì)量，灌注前考慮二次攪拌工藝，為此攪拌裝置和灌注裝置合二為一； 虞為了提高軌道板與充填層自密實(shí)混凝土間的界面質(zhì)量和粘結(jié)力，需配帶水霧化裝置，在灌注前使水噴出后霧化，保持板腔潤濕、保濕養(yǎng)護(hù)，并用內(nèi)窺鏡板腔潤濕情況； 愚自密實(shí)混凝土灌注高度、灌注壓力、灌注速度、終灌條件等對(duì)充填層質(zhì)量影響參數(shù)的選定和工藝控制方法，決定了灌注設(shè)備的控制精確、可人性化設(shè)置的要求； 輿考慮到現(xiàn)場施工完畢后的設(shè)備裝置防盜，控制系統(tǒng)特采取便攜式配電箱+快速插座的模式，實(shí)現(xiàn)工后快速收回。 2CRTS芋型自密實(shí)混凝土充填層施工成套設(shè)備總體方案及主要技術(shù)特點(diǎn) 2.1CRTS芋型自密實(shí)混凝土充填層施工成套設(shè)備總體方案 結(jié)合工地上使用的簡易混凝土中轉(zhuǎn)灌注斗，進(jìn)行CRTS芋型自密實(shí)混凝土成套設(shè)備的研究： 淤研制設(shè)備主要結(jié)合CRTS芋型自密實(shí)混凝土灌注工藝來總體結(jié)構(gòu)布局，以及配置攪拌系統(tǒng)，其攪拌葉片的設(shè)計(jì)。 于車架采用跨板行走，人力推動(dòng)行走。 盂設(shè)備攪拌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用電力及變頻技術(shù)，解決不同速度的任意調(diào)整及設(shè)定?？刂葡到y(tǒng)采用PLC及觸摸屏自動(dòng)控制。 榆增加4個(gè)激光位移檢測儀來時(shí)刻檢測灌注過程中軌道板上浮情況，上浮量超標(biāo)自動(dòng)報(bào)警。 虞增加自動(dòng)灌注控制系統(tǒng)，設(shè)置好灌注技術(shù)參數(shù)后，可實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)快速灌注。 愚在車架上增加計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)剩余灌注量自動(dòng)計(jì)量；輿整機(jī)采用集成化、防盜設(shè)計(jì)。 2.2主要技術(shù)特點(diǎn) 2.2.1整體方案方面 機(jī)組應(yīng)遵循先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用、可靠的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行研制，并具有以下的主要技術(shù)特點(diǎn)： 淤整個(gè)罐子采用加大容積設(shè)計(jì)，整罐容量為1.8m3，一次接料至少可完成一塊CRTS芋型板灌注用量。 于車架跨板行走，走行輪采用鋼圈過塑膠，并設(shè)計(jì)有制動(dòng)裝置。 盂在車架上設(shè)計(jì)由4個(gè)2t膜盒式稱重傳感器+稱重儀表組成的計(jì)量裝置，隨時(shí)可以讀取中轉(zhuǎn)灌注斗中剩余砂漿混凝土的重量。 榆中轉(zhuǎn)灌注斗底部設(shè)計(jì)有4kW攪拌電機(jī)，變頻控制實(shí)現(xiàn)0-32轉(zhuǎn)/min范圍內(nèi)無極調(diào)速。 虞灌注控制系統(tǒng)采用自動(dòng)、手動(dòng)兩種操作模式。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用PLC+觸摸屏自動(dòng)控制，系統(tǒng)具有參數(shù)任意調(diào)、系統(tǒng)具有故障查詢、自動(dòng)報(bào)警功能。 愚整個(gè)設(shè)備還設(shè)計(jì)有4個(gè)激光位移檢測儀來時(shí)刻檢測灌注過程中軌道板上浮情況，上浮量超標(biāo)自動(dòng)報(bào)警并中斷灌注。 輿所有電控系統(tǒng)集成在一個(gè)600伊600伊350配電箱中，配電箱采取便攜式設(shè)計(jì)，所有與配電箱連接的纜線采用快速插座連接，方便工后隨時(shí)收回，做到貴重設(shè)備防盜。 余機(jī)組具有綜合作業(yè)效率高、安全可靠、性價(jià)比高等特點(diǎn)。 2.2.2設(shè)備的使用維護(hù)方面 整機(jī)所有驅(qū)動(dòng)采用電力驅(qū)動(dòng)，行星減速機(jī)減速，減少維護(hù)保養(yǎng)工作量。攪拌電機(jī)變速系統(tǒng)采用變頻調(diào)整技術(shù)，控制精度高，工作可靠，維護(hù)保養(yǎng)工作少。灌注控制系統(tǒng)設(shè)有故障自診斷系統(tǒng)和故障報(bào)警系統(tǒng)，及時(shí)提醒故障部位，保證整機(jī)工作可靠性。 3CRTS芋型自密實(shí)混凝土中轉(zhuǎn)灌注設(shè)備主要技術(shù)性能參數(shù)各功能介紹 3.1整車主要技術(shù)性能參數(shù) CRTS芋型自密實(shí)混凝土中轉(zhuǎn)灌注設(shè)備電子樣機(jī)見圖1。 CRTS芋型自密實(shí)混凝土中轉(zhuǎn)灌注設(shè)備按每次最大接收灌注量1.5m3對(duì)應(yīng)1塊標(biāo)準(zhǔn)CRTS芋型板砂漿灌注量來設(shè)計(jì)。各種材料需要量及斗容量設(shè)計(jì)如表1。 CRTS芋型自密實(shí)混凝土中轉(zhuǎn)灌注設(shè)備主要組成部分為：車架、中轉(zhuǎn)罐、灌注漏斗、灌注控制系統(tǒng)、上浮檢測裝置等部分組成。 3.2設(shè)備框架 主要包括：鋼框架、走行輪（其中2套含制動(dòng)裝置）、護(hù)欄、配電箱、稱重平臺(tái)、爬梯等。 3.3中轉(zhuǎn)罐 主要包括：罐體、中轉(zhuǎn)罐框架、氣動(dòng)刀閘閥、攪拌電機(jī)、攪拌葉片、灌注彎頭。（圖4） 3.4灌注漏斗 主要包括：斗體、調(diào)節(jié)絲桿等。（圖5） 3.5電控系統(tǒng) 3.5.1灌注控制系統(tǒng) 灌注控制系統(tǒng)主要完成對(duì)灌注的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，具有灌注時(shí)間任意設(shè)置功能、自動(dòng)檢測、閥門自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和自動(dòng)控制任意切換等功能，故障自診斷和報(bào)警功能。 灌注控制系統(tǒng)采用傳感器、控制元件-PLC-觸摸屏信號(hào)傳輸控制方式，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 淤自動(dòng)控制程序： 首先設(shè)置參數(shù)：設(shè)置4個(gè)軌道板上浮檢測報(bào)警參數(shù)、設(shè)置2個(gè)灌注時(shí)間、設(shè)置2個(gè)灌注時(shí)間所對(duì)應(yīng)的閥門開啟度，設(shè)置完畢后，開啟自動(dòng)灌注旋鈕； 程序開始自動(dòng)灌注控制： 1）第一步慢灌：閥門打開到所設(shè)定的開啟度1位置，開始慢灌，灌注時(shí)間為設(shè)定的時(shí)間1（慢灌時(shí)控制流量，防止底面形成氣泡）。 2）第二步快灌：閥門打開到所設(shè)定的開啟度2位置，開始快灌，灌注時(shí)間為設(shè)定的時(shí)間2（自密實(shí)混凝土當(dāng)鋪滿整個(gè)底面后，可以加大流量，開始快灌注）。 3）第三步慢灌：當(dāng)閥門打開到所設(shè)定的開啟度3位置，又開始慢灌，直到有一個(gè)紅外線檢測儀檢測到軌道板上浮超標(biāo)后，報(bào)警燈報(bào)警，自動(dòng)灌注停止。 4）自動(dòng)灌注停止后，閥門關(guān)閉，只有自動(dòng)灌注旋鈕打到“停止”狀態(tài)時(shí)，“手動(dòng)控制閥門開啟大小旋鈕”不起作用。（圖6） 注：在整個(gè)自動(dòng)灌注過程中，無論進(jìn)行哪個(gè)步驟，只要有一個(gè)紅外線檢測儀檢測到軌道板上浮超標(biāo)，報(bào)警燈報(bào)警，自動(dòng)灌注流程中止，等檢測后發(fā)現(xiàn)時(shí)紅外線檢測儀誤判，按下“報(bào)警復(fù)位按鈕”后，自動(dòng)程序繼續(xù)進(jìn)行，但如果是自動(dòng)流程走完后的報(bào)警，按下“報(bào)警復(fù)位按鈕”只能使報(bào)警燈停止報(bào)警。（圖7） 于手動(dòng)控制： “手動(dòng)控制閥門開啟大小旋鈕”可以實(shí)現(xiàn)無極開啟閥門任意大小，從而實(shí)現(xiàn)灌注過程中的手動(dòng)控制。 3.5.2稱重系統(tǒng) 主要包括：稱重儀表、4個(gè)2t量程的稱重膜盒傳感器。 3.5.3攪拌系統(tǒng) 主要包括：4kW變頻器、4kW電機(jī)減速器總成、旋鈕。 3.5.4上浮檢測系統(tǒng) 主要包括：4個(gè)激光位移傳感器、鋁合金萬向支座、無線發(fā)射與接收裝置。 只要在儀器面板上設(shè)置位移差值后，只要被測物體在傳感器探頭測量范圍75mm-130mm以內(nèi)出現(xiàn)位移出現(xiàn)設(shè)定的位移公差值后，儀器面板放大器輸出一個(gè)開關(guān)量信號(hào)給PLC，使PLC判斷是否暫停（或終止）灌注。（圖10） 4應(yīng)用與效果 通過新建鄭徐客專線試驗(yàn)段上灌注應(yīng)用，基于本成套灌注設(shè)備的CRTS芋型無砟軌道自密實(shí)混凝土充填層施工工藝得到了有關(guān)專家的認(rèn)可；從灌注后揭板試驗(yàn)觀察成型的充填層，其表面氣泡大小明顯減小，這也得益于灌注速度的控制以及軌道板浮動(dòng)超差提前預(yù)警等功能的實(shí)現(xiàn)