高速铁路大箱梁智能养护系统施工技术

本项目以XYZQ-Ⅳ标为依托，新建徐州至淮安至盐城铁路站前工程XYZQ-Ⅳ标段位于宿迁市境内，起于宿迁市宿城区，至于宿迁市泗阳县，正线长度44.104km，特大桥2座，全长39023.73m。文章主要介绍高速铁路大箱梁智能养护系统。

[关键词]高速铁路 大箱梁 智能养护

中图分类号：S261 文献标识码：A 文章編号：1009-914X（2018）06-0192-02

一、工程概况

1.工程简介

新建徐州至淮安至盐城铁路站前工程施工总价承包XYZQ-Ⅳ标段起止里程桩号为DK114+667.002～D2K161+100.000，其中DK157+800= D2K157+800，标段位于宿迁市境内，起于宿迁市宿城区，止于宿迁市泗阳县，正线长度44.104km。

本项目设置洋河梁场1座，制梁场承担DK135+385～DK160+518范围内总计767榀箱梁的预制和架设任务。

高铁箱梁采用单箱单室双线梁，斜腹板，大跨径；端部腹板处截面尺寸大，形成大体积结构；翼缘板处截面尺寸小，形成薄壁结构。

箱梁采用部颁通用图（通桥（2016）2229系列），有砟轨道，双线简支箱梁，截面类型为单箱单室结构，梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加厚，主要尺寸为顶宽12.2m，底宽5.3m，最外侧高度2.628m，底板厚度28cm，顶板厚度33.5cm，腹板厚度45cm。

2.工程难点

大体积混凝土的养护一般都需要采取监控措施，人工测试温度与湿度，分析判断是否进行内部供水冷却与表面洒水保湿。稍有不当（工人养护不及时）混凝土就会烧坏（内外温度过大导致温度应力裂缝产生）。

传统养护方式进行混凝土养护往往是不可靠的，其效率低下、过程不规范、不精细、不科学。经常由于养护不当导致混凝土强度偏低和产生温度（收缩）裂缝，影响混凝土的正常使用寿命，造成巨大经济损失。

二、高速铁路箱梁智能养护系统设计

为加快制梁速度，缩短工期，当环境昼夜平均气温较低（即除4～11月份外其他月份）施工时，拆模前均采用蒸汽养护并加蒸养棚形式，拆模后进行洒水自然养护。在浇筑混凝土收面时蒸养棚要及时跟进，做到收面与覆盖基本同步。在蒸养棚内安装喷水设施，在降温过程中，以便对混凝土进行喷水养护。蒸汽管道分别布置在外模的两侧及内腔，蒸汽不得直接吹向混凝土和模板。

1.高速铁路大箱梁预制养护温度控制

通过在混凝土表面、芯部和外部环境布设温度传感器，经温度采集箱将各部位温度实时传送至控制箱，通过与预设温度值进行比较，将实测温度反馈至控制箱，以自动控制养护罩内的温度和温升速度。

（1）高铁混凝土箱梁养护温度无线自动测控系统组成。高铁混凝土箱梁养护温度无线自动测控系统，是由工控机、测控主机、测控采集器、测控终端组成、传感器及配线总成。

工控机（中央计算机）发送温度巡检命令给各采集器，采集器以广播的形式发送给各个测控终端（无线数据传输），测控终端接收到该命令后，把测试点的温度传送给采集器，采集器将收集的数据传送给工控机（无线数据传输），然后测控终端进入设定的睡眠状态（此时指示灯显示为绿色），计算机显示、记录数据，至此完成一个采集周期。至下一个采集时刻前2分钟，各测控终端自动退出睡眠状态，等待工控机发送温度巡检命令，如此自动循环采集直至控制过程完成。见图2。

（2）材料、设备。①蒸养棚。蒸养棚和支架配合使用形成蒸汽养护空间，蒸养棚选择密封性能好，导热系数小，耐高温，不易吸水等性能的材料，支架则采用型钢焊接成的桁架结构。将支架和外模连接完后，对于端梁处用保温材料遮挡。蒸养棚留有门帘，以便操作人员出入，要对门帘处做一些补充封严措施。②锅炉。梁场采用2台4t蒸汽锅炉，通过热工计算，梁场高峰期生产2榀/天使用需要，2台4t锅炉满足生产需要。③生物质颗粒燃料。由于环保要求，锅炉必须采用生物质颗粒燃料。④无线采温设备。本制梁场温度采集采用的是石家庄瑞铁工程设备有限公司生产的RTW-Ⅱ型智能测温仪，RTW-Ⅱ型智能测温仪具有检测速度快、测量精度高、操作简单、体积小、重量轻，功耗低、使用时间长、携带方便等优点，测量范围从-20℃～100℃，测量精度为0.1℃，通过RTW-Ⅱ自动温度测量系统控制梁体的温度。

无线温度传感器采用深圳天圆数码科技有限公司生产的TZ-Tag06一体化温度变送器，测温范围-55～+125℃，该产品的性能特点见表1。

（3）蒸汽管道布置。蒸汽由自建锅炉房所供应，整个养护过程由专人负责，分别对养护棚内梁体温度和环境温度进行监控测试。管道包括蒸汽输送管道和蒸养管道，蒸汽管道有主管道和支管道，支管道和蒸养管道直接相连。在混凝土箱梁的翼缘板布置2根蒸养管道，腹板外侧布置2根管道，底板和台座之间布置2根管道，箱内布置2根管道，一端共计8根蒸养管道。养棚内的蒸汽管道布置以保证棚内均匀充满蒸汽为目的。见图3。

2.高速铁路大箱梁养护湿度控制

根据在混凝土箱内和箱外布设湿度传感器，湿度传感器与一体化喷淋控制箱连接，控制箱内含有控制器喷淋开关阀与溢流阀等工位处阀体，并含有无线通讯元件与远程集装箱内主控制器进行无线通讯，并将结果实时显示在工控机的屏幕上。

三.实践应用

1.大箱梁预制养护温度控制

（1）蒸养施工控制。从获得混凝土优质结构及性能的目的出发，采用长预养、缓升温、低恒温、慢冷却的工艺。为了提高劳动生产率和降低成本，则进行快速养护，以在最短时间内实现早拆模。蒸汽养护全过程分为静停、升温、恒温、降温四个阶段。

①静停：静停时间为混凝土浇筑完4h，即混凝土的初凝时间。4h后方可进入升温阶段。静停期间应保持蒸养棚内的温度不低于5℃。当采取冬季施工措施时，在此阶段应进行蒸汽低温预养，预养温度为5℃～10℃。②升温：升温是混凝土的定型阶段，升温速度应控制在8℃/h～10℃/h之间。温度的调控通过各台位蒸汽支管控制阀门进行控制。升温前要测量当前的环境温度，作为本阶段的控制点。升温期间有专人负责观察温度及记录升温，温度观察每0.5小时一次。③恒温：恒温是混凝土强度的主要增长阶段，蒸养棚内的蒸汽温度不得超过45℃，恒温时梁体芯部混凝土温度不超过60℃，个别最大不得超过65℃。当温度降低时应通过各台位蒸汽支管控制阀进行调节至恒温。④降温：降温是蒸养的关键阶段，施工时要严格控制。降温速度应控制在8℃/h～10℃/h之间，降温控制可通过各台位蒸汽支管控制阀进行调节，直至关闭支管控制阀停止供汽。当温差在10℃以上，但小于15℃时，拆除模板后的混凝土表面要采取临时覆盖措施。

（2）养护温度控制要求。梁体混凝土蒸气养护分静停、升温、恒温、降温四个阶段，静停期间，应保持棚内温度不低于5℃，混凝土浇筑完4小时后开始升温，升温速度不应大于10℃/h；恒温时蒸汽温度不宜超过45℃，梁体芯部混凝土温度不超过60℃，个别最大处不超过65℃；降温速度不大于10℃/h。蒸养其间及撤除保温设施时，梁体混凝土芯部与表层、表层与棚内、棚内与环境温差均不得超过15℃。蒸汽养护结束后，立即进入自然养护，脱模后的保温保湿时间不少于14d。

（3）现场实施过程照片。铁路大箱梁自动温控养护过程相关照片。

2.高速铁路大箱梁养护湿度控制

（1）湿度控制施工。根据梁场存梁区布置，仅有有限的配电柜，将配电柜附件的预制梁作为样品梁，认为其他梁体的工况与样品梁一致。在样品梁上安装湿度传感器，湿度传感器与一体化喷淋控制箱连接，控制箱内含有控制器控制喷淋开关阀与溢流阀等工位处阀体，并含有无线通讯元件与远程集装箱内主控制器进行无线通讯，并将结果实时显示在工控机的屏幕上。

根据存梁区配电柜布置情况，可对多个样品梁进行湿度采集，主控制系统通过多通道的信号采集器对多点湿度进行采样分析。个各控制、传感元器件采用IP45防护等级元器件，适应露天施工监控。

根据湿度传感器对梁体湿度的常开传感，获取梁体的湿度值，当湿度小于预定值时，开始准备喷淋，控制系统打开电控方向阀体的开关，喷淋头开始喷淋。当湿度大于预设值，但喷淋间隔时间超过预设间隔时间，同样开始喷淋，防止湿度传感器失准或失效情况的发生。喷淋时间为预设值，当到达预设时间后，控制器关闭或转换电控方向阀的开关，喷淋养护结束。

控制系统可根据液压系统设计，增加对液压环路的启停，开关动作。

（2）现场实施过程照片。

四、小结

本项目以徐盐铁路洋河制梁场箱梁施工为背景，结合工程特点，开展高速铁路大箱梁智能养护系统的研究，其主要研究結论如下：

（1）通过对智能养护系统的探索和总结，掌握高速铁路大箱梁预制规模化、标准化智能养护系统的关键技术，为同类桥梁预制梁的标准化智能养护提供有价值的参考，使高速铁路大箱梁预制梁养护更上一个新的台阶；

（2）全过程的智能化养护系统是未来高速铁路预制箱梁混凝土养护的发展趋势。做好智能化研究既能带来管理上的进步又能加强成本控制；

（3）通过智能养护系统的实施，大大提高了箱梁的实体质量，早期强度及后期强度明显提高，减少了箱梁的收缩、徐变，基本消除了箱梁顶板、端部的收缩裂纹及风干裂纹；

（4）通过智能养护系统的实施，特别是蒸汽养护的投入，加快了箱梁的在制梁台座上的周转速度，明显提高的工作效率，混凝土的实体质量在冬期施工得到了有效保障。