高速铁路桥梁预制墩帽工厂化流水线施工关键技术的研究

雷磊

摘 要：为了提高预制墩帽智能化流水线的生产效率和施工质量，降低人工成本，针对每个工序的施工特点进行了研究，并制定了适用于高速铁路预制墩帽的轨道式环形流水线布局的方法，实现了墩帽预制过程中在各智能工位之间的快速流转。同时，对施工工艺进行了详细分析，以确保工装配置的合理性满足“工业化、工厂化预制”的理念。

关键词：高速铁路；智能化；生产工厂化;预制墩帽；工艺

引言

传统的墩帽施工采用现场浇筑，主要包括操作平台的搭建、混凝土的浇筑和振捣、蒸养等环节，这个过程涉及高处作业，周期长，人力投入大，且受到环境和天气的较大影响，安全系数较低，施工质量难以保证。

本文以郑济铁路濮阳至省界段PJSG-Ⅰ标桥墩预制场装配式施工为背景，研制了一条预制墩帽施工工艺的智能化环形生产线，并对预制墩帽智能化流水线工艺进行了分析。预制墩帽的尺寸为7.7m（长）*3.2m（宽）*1.45m（高），混凝土强度为C50，采用支承垫石及防落梁挡块与墩帽一次性同步反向预制，通过智能化流水线进行生产。这种新型施工工艺不仅提高了施工效率，还大大提升了施工质量，为实现高铁桥墩预制施工的工业化、智能化、经济化、美观化和环保化提供了重要保证。

一、优点

预制墩帽场采用了轨道式环形流水线布局，这种布局使得墩帽在预制过程中能够在各个智能工位之间迅速流转。这种做法不仅确保了墩帽预制过程的安全性，而且提高了生产效率。通过减少流转过程中的作业人员数量，也提升了经济效益。这种轨道式环形流水线布局对于提高预制墩帽的生产效率、安全性以及经济效益具有重要意义。它有助于实现墩帽预制过程的自动化和智能化，为中国高速铁路桥梁建设提供了有力支持。

预制墩帽智能化流水线布局和工艺的研究和应用，对于高速铁路桥梁工业化建造技术的发展具有重要意义。这项研究的结果肯定了智能化工装设备在铁路施工领域的积极作用，肯定了“数智化建造”和“工业化、工厂化预制”的理念。通过预制墩帽智能流水线工装的应用，可以在现有社会劳动力紧缺的情况下，减少人力投入，并适当增加机械化设备的使用，从而提高施工效率和质量。这种改革创新的方式符合当前社会的需求，具有与时俱进的意义。

此外，预制墩帽智能化流水线布局和工艺的研究和应用也为国家高速铁路装配化的全面实现提供了宝贵的经验积累。通过工业化、工厂化预制的方式，可以实现生产过程的标准化和规模化，提高生产效率和产品质量，同时也为高速铁路桥梁建设的发展方向指明了道路。

二、墩帽预制流水生产线布局研究

1、工艺对比分析

预制墩帽采用轨道式环形流水线施工时，将生产区分为钢筋加工区、墩帽生产区。预制墩帽钢筋加工采用室内加工，预制采用室内环形生产线的模式进行施工，墩帽场棚内设置浇筑振捣工位、蒸养工位、脱模工位、打磨工位、脱模剂喷涂工位，各工位通过配备相应的工装设施配合现场施工。

1.1轨道式环形流水线布局

各工位之间主要通过RGV子母车系统进行衔接。施工时根据施工顺序依次通过钢筋笼入模工位、混凝土浇筑振捣工位、蒸养工位、脱模工位、模板清理工位、脱模剂喷涂工位，至此完成整个墩帽环形生产线的施工。规划后的墩帽生产区布置如图1。

图1轨道式环形流水线布局图

1.2轮式环形流水线布局

各工位之间主要通过AGV小车进行衔接。AGV小车配备电磁感应系统，可根据预设线路进行各工位的施工如图2。

图2 轮式环形流水线布局图

1.3研究分析及布局选择

经对比两种布局的特点进行了如下对比：

①轨道式环形流水线布局和轮式环形流水线布局方式基本一致，主要不同点在于物流小车的结构尺寸及运输方式的不同。RGV小车主要通过轨道进行运行，AGV小车通过电磁导航系统进行运行，安全系数高、定位准确。

②轮式环形流水线布局相较于轨道式环形流水线布局占用场地较大，并且由于AGV小车的结构尺寸原因容易造成搭载总高度过高，易与其他构造物冲突，存在一定的安全隐患。

③轮式环形流水线布局整体造价高于轨道式环形流水线布局。

通过对以上两种生产布局方式的研究，决定采用轨道式环形流水线布局。

三、预制墩帽流水生产工艺研究

根据预制墩帽施工特点，研究了一套符合现场需求的预制墩帽智能化流水线施工工艺，采用智能化流水线施工提高生产效率，减少劳动力及劳动强度，提高成品质量。

1、工艺流程

墩帽预制施工顺序为：模板打磨清理、模板脱模剂喷涂、钢筋笼入模、混凝土浇筑、混凝土蒸养、脱模、翻转，生产线上设置模板自动化清理工位、自动喷涂工位、钢筋笼入模工位、混凝土浇筑自动振捣工位、预制墩帽蒸养房、预制墩帽自动化脱模及翻转工位。运输系统收到指令后于搭载模具于各个工位之间流转。

图3施工工艺流程图

2、模板打磨及清理

墩帽模板由RGV子车转运至轻载轨道，轻载的RGV小车将其转运至打磨工位后，开启自动打磨清理设备。自动清模系统钢丝辊头对模具全方位恒压清理，检查合格后转运至下一工位。

图4墩帽模板打磨及清理

3、喷涂脱模剂

模板打磨清理完成后，由RGV小车将其运输至喷涂工位。喷涂伸缩罩识别模具自动下降，将模具整体覆盖封闭，隔膜泵启动，喷涂装置移动，根据模板情况调整喷涂剂量和次数，使脱模剂均匀喷地模具上，残雾抽排系统同步启动，收集残留脱模剂，确保环境卫生、健康。

图5墩帽模板喷涂脱模剂

4、钢筋笼的加工、绑扎及入模

钢筋在钢筋场集中加工，钢筋笼在专用胎架上安装成型，经监理工程师验收合格后，通过桁吊在钢筋笼入模工位将其装精准入模，并由RGV小车运转至浇筑工位。如图6所示。

图6钢筋骨架入模

5、预埋件安装

预制墩帽与墩柱连接采用墩柱预留钢筋锚入墩帽后进行后浇混凝土连接，根据设计图纸预留4个空心月牙形槽，由于月牙槽内纵横钢筋交错，模板安装难度较大，为了解决此难题，本项目采用了梳齿形钢模板加气囊的方式对月牙槽进行预留。这种方法可以有效地控制月牙槽的形状和尺寸，同时保护纵横向钢筋。

图7空心月牙槽模板安装及加固图

6、混凝土浇筑

混凝土采用地泵加布料机的方式在浇筑工位上浇筑，顶部自动振捣装置振捣为主，高频附着式振捣器辅助的方式进行振捣，确保墩帽振捣密实，外观质量满足要求。

图8自动振捣设备

7、混凝土蒸养

为了减少墩帽的带模养护时间并提高模板的周转率，采用蒸养的方式进行养护。蒸养房内布设温湿度感应装置，根据相关参数，系统自动对蒸养房内的温度进行调控，以确保墩帽的养护条件。墩帽蒸养及温湿度控制系统见图9

图9蒸养及智能温控系统

8、脱模

墩帽混凝土初凝之后松锚穴孔母车移动到蒸养工位处墩帽模具下方支承垫石处进行对位，启动松锚穴孔装置对锚穴孔钢棒预松，以方便整体脱模。

图10松锚穴孔图

在墩帽混凝土强度达到75%后，采用RGV小车将墩帽从蒸养工位运输至场外脱模转运工位进行脱模。由于墩帽模板为液压自开合模板，拆除模板的过程相对简便。具体步骤如下：

（1）墩帽运输至脱模工位，启动自开合系统，侧模全方位打开。

（2）开模后，利用垫石底部的顶升系统将墩帽整体顶升20cm。

（3）顶升完成后，采用专用墩帽吊具进行调转。

该脱模方式充分利用了液压模板的特性，简化了脱模过程，提高了脱模效率。

        图11 墩帽脱模图

9、墩帽翻转及存放

由于墩帽采用反向预制，存放前需对墩帽进行180°翻转，本项目根据墩帽特点定制专业翻转架进行翻转，如图12所示。翻转完成后，墩帽由龙门吊配合专用吊具对墩帽进行吊装转运存放。

图12预制墩帽翻转流程图

结语

综上所述，预制墩帽智能化流水线工艺的研究和应用不仅在经济效益上具有显著的作用，还能推动高速铁路桥梁建设技术的创新和发展，符合我国“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念。它具有很大的推广价值，并将引领高速铁路桥梁建设的发展方向。

参考文献

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