高速铁路小型预制构件自动化施工技术研究

罗支贵 ，吴兆炜 （中铁四局集团第四工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

2 现状

目前，高速铁路小型预制构件施工常见的有两种模式。①原始粗放的加工模式。该模式沿线多点布置，采用塑料模具或组合式钢模具就地浇筑，场地分散、标准化程度低，前期投入少但劳动强度大，质量差，且各自运输，占用了大量土地资源，产生大量废物垃圾，给环境带来不利影响。随着人工成本增加及行业要求，已无法满足需求。②集中加工模式。该模式集中加工线路所需构件，但投入高，占地大，部分采用了一些工装，少量工序降低劳动强度，但总体上劳动强度没有明显降低，质量参差不齐，受人为因素影响大。随着铁路施工技术的不断提升，高速铁路小型预制构件的施工迫切需要技术革新。

3 “干法”生产技术

3.1 “干法”生产技术简介

图1 干法线示意图

“干法”生产技术是一种先对构件进行养护，再脱模的自动化生产技术。构件“干法”生产线（以下简称“干法线”）布置如图1所示，生产流程如下。

整个生产线可分为布料线、脱模线、养护窑、子母车等部分。干法线中间为布料线，两侧为脱模线，将清理完毕并放入钢筋的模板运送至布料线；模板在布料口下布料、振捣，完成后，送至码垛区，两个一组码垛；子母运输车将码垛好的模板转运至右边的养护窑中，待达到强度后，再转运至脱模线；在脱模台上将成品放在托盘上码垛，码垛完成后，由AGV叉车转运至成品堆放区，对模板进行清理，放入钢筋，开始下一循环。其工艺流程如图2所示。

3.2 模具技术

所有预制件所需模板均采用定型钢模板或组合钢模，模板委托专业模板厂家设计，需满足预制构件的结构尺寸、刚度、耐久性的设计标准要求，满足脱模效率、成型样式、浇筑振捣、循环周转、生产线上安装拆卸等自动化施工要求，通过审核后加工制作。模板进场后先对模板进行清理，检查尺量有无变形情况，除锈打磨光洁，刷脱模剂拼装成型待用。浇筑前一小时左右用喷枪均匀喷涂脱模剂。混凝土强度上升至50%即可进行拆模，拆模过程中应小心，确保不出现啃边、掉角及磕碰现象，先期工艺性试验阶段对脱模的相关参数进行记录，为快速脱模技术提供指导。脱模后清理模板，进入下一循环使用。

图2 干法生产工艺流程图

如图3所示，以遮板模板为例，模具为钢模，面板主材为Q235钢板，支撑结构为钢板，整个模板以模板支架、底模板、四块侧模板组成，除侧模板之间通过锁扣实现锁紧外，整个结构以螺栓连接，便于实现快速装拆。当放入钢筋后，四块侧模板关闭，相互之间通过锁扣锁紧，如图4所示。当脱模时，松开锁扣，打开模板即可。

图3 路基电缆槽构件模板（左侧打开，右侧关闭）

3.3 自动振捣

混凝土由拌合站拌制，由布料车运至布料平台上方，自动布料浇筑。浇筑过程在振动平台上进行，振动时间为1～2m in，直至混凝土中的气泡完全散尽，混凝土表面平整后，关闭振动台，准备转运至养护区。

一般，振捣时是将模板水平放置在振动台上，如图5右侧所示，经过这种振捣后的有些预制构件（如遮板）往往由于边角上的气泡无法完全排出，从而导致边角处混凝土质量差。干法线在一次振捣后，进入养护区前，设置了二次倾斜振捣，如图5左侧所示，这样有效解决了上述问题，提高了边角混凝土质量。

3.4 存储养护

预制构件在浇筑完成后，进入码垛台，两个一组，有子母运输车转运至养护窑内，对养护窑进行温湿度和时间设定，待养护结束后，子母车自动将其转运至脱模线进行脱模，如图6所示。考虑采用低温集中蒸汽养护的形式，其具有以下优点：①可大批量生产，进出仓与生产线节拍同步；②节省能源，窑内温度保持为恒温，热能利用率高；③码垛机采用自动控制，进出仓方便；④热量损失小，只是开门时间产生热损。

全年共落实中央水利建设投资1408亿元，同口径相比，较2012年增加140亿元。其中中央预算内固定资产投资717亿元，财政专项资金669亿元，中央水利建设基金22亿元。投资安排上，中西部地区投资比重84%，民生水利投资比重72%。国家发展改革委批复重点水利项目41项，总投资1145亿元。

图6 养护窑（左）、子母运输车（中）、码垛台（右）

3.5 仓储与成品养护

事先对场地进行规划布置，脱模后，构件通过AGV运输车（如图7所示）转运，AGV运输车根据预先设定好的路线将构件运送至仓库指定位置；当出厂时，通过AGV转运车将构件从仓储点转运至出厂位置，由吊机吊装至出厂车辆上。期间，通过AGV养护小车（如图7所示）对仓储区构件进行定时养护，保证成品质量。当AGV车电量不足时，会自动至充电桩进行充电。

图7 AGV转运小车（左）与养护小车（右）

4 “湿法”生产技术

4.1 “湿法”生产技术简介

“湿法”生产技术是一种先对构件脱模，再进行养护的自动化生产技术。构件“湿法”生产线（以下简称“湿法线”）布置如图8所示，生产流程如下。

图8 湿法线示意图

整个生产线可分为布料线、脱模线、养护窑、码垛区等区域。首先，清理模板，放入钢筋，待用；运料小车将混凝土从拌合站运送至布料机；布料机在模板上布料，完成后，由小车送至托盘旁，龙门吊将托盘盖在模板上，待达到强度后将其整体吊装至脱模台上；脱模时，将模板吊装至运输轨道上，通过辊道回到布料位置，模板开始下一循环；成品随托盘吊装至养护窑内，待强度达到要求后，调出养护区，由小车运送至码垛区。由抓手将成品自动码垛，AGV运输车将码垛好的成品运送至成品堆放区，将托盘吊装至上部运输辊道，回到脱模线，托盘开始下一循环。其工艺流程如图9所示。

由于湿法线与干法线在许多地方应用了相似的技术，故下文只对湿法线特有的技术进行叙述。

4.2 模具技术

湿法线的模板技术要求和干法线相同，在此不再赘述。

图9 湿法生产工艺流程图

两种生产线日产能分析表

图10 栏片模板（左）与托盘（右）

图11 湿法线养护区

如图10所示，以栏片模板为例，模板上有凹槽，将钢筋放入后布料至与模板顶面平齐为止，之后将托盘盖在上面。静置，将其整体翻转，使托盘在下，模板在上，进行脱模。

4.3 存储养护

预制构件在脱模后，随托盘吊装至养护区，在养护窑内叠放，对养护窑进行温湿度和时间设定，待养护结束后，将其吊装出养护区，准备码垛，如图11所示。

5 自动化技术与传统技术对比分析

该技术在连徐铁路中得到应用，经测算比对，发现与传统生产技术相比，自动化生产技术具有明显的优势，分述如下。

①生产效率。经测算，在原料供应充足的情况下，上述自动化生产线（干法线和湿法线各一套）与传统集中式生产线日产能分析对比如上表。

通过表中数据可知，自动化生产线日产能明显高于传统生产线，应用自动化生产技术可以有效提高生产效率。

图12 “干法”线与“湿法”线在连徐铁路预制构件厂的应用

②成品质量。应用传统生产技术的成品质量受人为因素影响大，表面收光不平、振捣不密实、颜色不均匀等问题时常发生，且质量参差不齐。自动化生产技术中，由于大量应用工装，全过程无需人工干预，成品质量一致；自动布料均匀、振捣密实、养护有保证，成品质量高。

③成本控制。由于用地和工装等投入，传统集中式加工和自动化加工前期投入都很大，两者相差不大。但传统集中生产线上还需要大量人力，劳动强度大，人力资源成本高；自动化生产线上，除钢筋、模板和成品管理需要少量人员外，其他地方实现无人化生产，人员劳动强度有了明显降低，有效节约了人力资源成本。经测算，应用自动化生产线的小型预制构件场管理人员需8人，协作队伍劳动力需35人；而应用传统生产线的小型预制构件场管理人员需12人，协作队伍劳动力需80人左右。由此可见，自动化技术的应用有利于生产成本的控制。

6 结论

综上所述，随着我国高速铁路建设不断推进，标准不断提高，推行小型预制构件自动化施工技术已成为一种趋势。与传统施工技术相比，自动化施工技术生产效率明显提高，生产成品质量有保证，有利于企业生产成本的降低。在实际应用中发现，干法线适用于大而厚的预制构件，如遮板、路基电缆槽等，湿法线适用于小而薄的预制构件，如盖板、栏片等。随着该技术在施工中的不断应用与完善，我国高速铁路建设也将达到一个新的高度。