高铁40 m预制箱梁整体内模自驱系统技术研究

曹万会

（中铁二十二局集团第二工程有限公司 北京 100041）

1 引言

目前我国高速铁路推广的预制40 m无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁，大大提高简支梁桥的跨越能力，减少墩台数量，提高生产效率［1］。在节省材料、减少土地占用、方便架设安装、提升跨越能力等方面具有较大优势。40 m时速350 km预制箱梁梁体混凝土强度等级为C50［2］，混凝土方量为370.86 m3，梁高3.235 m，与32 m 时速350 km 箱梁相比，混凝土方量增加55 m3，梁高增加0.2 m，梁长增加8 m，相应内模长度增加8 m，重量增加24%以上，对内模承载力、强度、稳定性及周转使用效率提出了更高的要求，内模的拆装工艺又是控制生产效率的关键因素［3］。通过对高铁40 m箱梁整体液压内模增设自驱系统，大大提高了工作效率，保障了箱梁施工质量，且能够满足安全性和经济性。

2 工程概况

新建江苏南沿江城际铁路是我国第一条正式使用40 m无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁的高速铁路建设项目。本项目是我国“八纵八横”高速铁路网中沿江通道的重要组成部分［4］。中铁二十二局集团江阴东制梁场承担南沿江城际铁路站前工程NYJZQ-7标751榀箱梁预制，其中40 m双线箱梁367榀，32 m双线箱梁341榀，其他型号箱梁43榀。本制梁场40 m、32 m箱梁配备整体液压内模各4套，均加装了自驱系统。

3 自驱系统在高速铁路40 m箱梁预制中的技术研究

3.1 常规整体液压内模的使用现状及问题解析

整体式箱梁模板由外模和内模两大部分组成［5］，其中，内模在箱梁模板设计中技术含量最高，也是决定现场施工效率的主要因素之一［6］。内模的设计方案对施工周转速度、箱内尺寸控制、使用安全性具有重要影响，40 m大跨度的箱梁施工尤为明显。常规箱梁内模进出模采用模外卷扬机前端牵引，龙门吊配合整体移动［7］。施工过程中经常出现内模脱轨、中心偏位、超拉、脱焊及卷扬机钢丝绳断裂发生意外事故等问题。下面通过对出现问题的分析，提出内模采用自驱系统的优越性。

常规卷扬机拖拉内模过程中因钢丝绳卷轴存在自由卷盘宽度，造成钢丝绳在受力状态下产生偏移，不能保持高度及轴向拖拉力。由于40 m箱梁的跨度大更易导致内模在拖拉过程中脱轨及长时间的偏向磨损导向轮，同时因内模导梁与安放在底模上的导向轮不同轴造成内模整体偏移一侧，影响梁体腹板宽度；若卷扬机操作稍有失误，容易将内模拉入过度，定位不准确，需要二次纠正，费时费工；内模导梁通过卷扬机频繁拉入拉出，长时间受力容易造成导梁与内模间的脱焊和导梁的变形，最终导致内模不同程度的变形，影响箱内整体外观质量；施工过程中卷扬机的吊移是通过制梁区的龙门吊操作完成，容易造成工序交叉，降低工作效率；最严重的问题是容易因卷扬机钢丝绳局部受损未被发现或经常性的超负荷的拖拉施工导致钢丝绳的瞬间断裂，出现人身伤害安全事故。

经过对常规卷扬机拖拉内模的总结认识，对比加装自驱系统内模的工作性能，能够充分体现自驱系统的优越性，以下对箱梁整体液压内模自驱系统的设计、安装及操作使用做简要介绍。

3.2 箱梁整体液压内模自驱系统的设计要点

为了提高箱梁整体液压内模的作业效率，主要从改变其移动方式着手，增加了纵向自驱系统。自驱系统采用机电动力模式，每套内模配置一套固定驱动托架，一套移动驱动托架和一套移动托架。并在原设计内模分节块液压收缩模块、液压油路、导梁的基础上增加齿条系统，如图1～图3所示。

图1 箱梁整体液压内模与自驱系统组成

图2 驱动电机及链条

图3 齿条

自驱系统采用电机－齿轮式传动装置，内模底部中间采用12 mm的钢板，间距60 mm，每隔70 mm做一个直径36 mm的孔，在孔道内嵌入直径34 mm的钢柱，并焊接牢固，做成链条型，作为力的传送装置，在内模中间位置和制梁台座靠近内模一端共设置驱动托架2套，采用3 kW的电机通过减速装置带动连接齿轮运行，齿轮与链条相咬合，驱动内模整体纵向移动，内模存放处中心到箱梁预制台座中心距离50 m，保证内模安装到位。在设计中，主要有以下设计原则及要点：

（1）结构设计要简单，便于操作，有利于提高工作效率，保证质量。

（2）每套内模配置固定驱动托架、移动驱动托架和移动托架各一套，每套托架都包含底部调节丝、上部滚轮、机电系统、传动系统。

（3）电机功率满足动力需要，电机额定功率在所需最大驱动力的1.5～2.0倍间。内模重70 t，钢导梁与钢滚轮之间的滑动摩擦系数取0.001，选用3 kW的电机。保证电机为内模的直线行走提供足够动力。

（4）箱梁内模自驱系统操作采用手持式遥控操作，安全方便。

3.3 箱梁整体液压内模自驱系统组装要点

（1）内模托架及内模钢台座基础设计满足地基承载力要求，且要兼顾经济性原则。最大沉降量控制在5 mm内，并严控不均匀沉降。

（2）内模托架及内模钢台座基础严格控制高度和轴线，保证内模钢台座、活动及固定托架基础轴线一致，高度平顺，使它们基本处于同一水平面内，防止内模变形［8］。

（3）内模严格按照设计要求加工生产，下料及拼接过程严禁发生热反应导致材质受损、变形，严格控制加工误差及精度，保证内模移动时顺畅。

（4）内模在制造和安装拼接时，保证拼接质量，错台高差控制在1 mm内。对照安装要求进行全面检查和验收，及时进行调整［9］。错台超差会影响内模移动。

（5）内模整体吊装前，校准钢台座、活动及固定托架间的轴线及高度关系，底模板、内模板、内模托架轴向中心线在同一直线上。侧模、端模试拼后调节内模托架的高度，使其达到等高。

（6）测试内模行走系统的行走线性：安装活动内模支架，调整支架下部螺栓使其和固定内模高度一致，使活动、固定托架齿轮装置与齿条导梁在同一直线、同一平面、同一时间工作。

（7）内模由专人负责操作，并由厂家专人指导、培训完成。

3.4 箱梁整体液压自驱内模的施工操作流程及操作要点

3.4.1 操作流程

（1）入模前准备。端模板安装到位，安装箱内泄水孔成孔器（内模支腿），该成孔器也作为内模行走的支架，在内模支腿上放置导向轮，用槽钢将内模支腿连接，形成滑道，高度一致，在内模进入或者拉出时作为支撑，防止内模驱动时受力过大或前后重量不同，造成内模掉道等不安全事故的发生。

（2）入模。首先将移动驱动托架推至梁端位置，使用连接螺栓与地面固定，调整移动驱动托架下的螺栓，使其处于同一平面，调整线性使其处于同一直线。分两步使内模进入模板内，第一步：启动固定驱动托架处动力系统，电动机驱动齿轮转动使齿轮咬合导梁，齿条拖动内模行走；第二步：内模行进至端模处活动驱动托架时，开动活动驱动托架处动力系统，开始工作，通过活动驱动托架齿轮转动，使齿轮咬合导梁拖动内模继续行走完成入模作业，精确定位后，启动模板液压系统，撑起模板，并进行各部位固定。检查合格后可进入下一步施工。

（3）出模。根据先安后拆的施工原则，混凝土达到强度进行预张后，按安装时的步骤反向操作，内模行至存放区，工人进行打磨、涂油，清理表面及导梁上的混凝土［10］，准备下次使用。

3.4.2 操作要点

（1）内模进出前检查移动、固定驱动托架上齿轮驱动装置及液压无线控制系统电路是否正常，配件是否齐全，避免因系统发生损坏或配件不齐造成无法完成协同作业。

（2）内模行走过程中随时盯控驱动齿轮转动及速率是否发生异常，齿轮与齿条导梁的衔接是否顺畅、紧密、无错咬，避免发生行走抖动、掉齿现象。

（3）定期对齿轮、齿条导梁系统进行保养维护，保证机械正常使用状态。

（4）操作过程中注意自驱系统是否出现异响、模块间发生脱焊、扭曲变形等异常情况，发生后立即停止作业，排查问题恢复正常后方可正常施工。

（5）定期检查变截面位置的内模是否有变形或者咬合，模板变形后及时维修［11］。

3.5 箱梁整体液压内模自驱系统的优点

（1）箱梁整体液压内模采用自驱系统与常规内模拖拉在设计方面比较主要有以下优点：内模驱动系统设计结构简单，功能强大、噪声小、维护方便等优点；液压缩放内模及驱动为手持式遥控操作界面，看得到做得到，完成内模的收合及定位无须多人多设备配合，此方案既节省了时间，减少了劳动强度，提高了劳动效率同时也提高了安全性，满足通过简单培训即能上岗的施工条件［12］。

（2）箱梁整体液压内模自驱系统与常规内模拖拉在应用方面比较主要有以下优点：采用自驱系统避免了由卷扬机施工造成的上述说明中容易造成的内模偏移影响箱内变截面尺寸、内模安装二次返工、损伤内模、安全事故等问题的发生；减少了制梁区域设备的占用面积，操作空间更加透明；采用无线遥控液压系统可以更加快捷地进行操作施工，减少配合人员的数量，能够在模板施工范围近距离地对模板伸缩、升降，减少因障碍物对模板的阻碍产生的变形、脱焊等设备损坏现象的发生；减少了制梁区多工种、多工序的交叉施工造成的效率低下的问题。

（3）箱梁整体液压内模自驱系统与常规内模拖拉方式经济效益比较主要有以下优点：自驱系统用电机代替传统的卷扬机，采用轨道－齿轮配合模式，避免了卷扬机偏心牵引对内模系统造成损伤，内模自驱行走提高了内模安装精度，减少了尺寸调整时间，传统方式需要30 min内模方可进入箱内，而安装自驱系统内模最快12 min可完成。降低了劳动力的使用，提高劳动力的单位价值，传统方式需要8人配合完成内模入模工作，现在只需要2人。缩减人员配置，提高劳动效率，应用机械化代替传统的劳动密集型施工，也是当前的形势。传统方式采用龙门吊吊移卷扬机进行调整内模，卷扬机倒运一次最少30 min。龙门吊作为梁场生产的主要设备，如果在内模安装方面占用大量时间，在其他方面就降低了使用率，现场反映出的就是机械设备不足，不能满足现场施工。采用自驱系统安装内模时需要1台叉车配合6 min，2人配合15 min左右，即可完成入模工作，安全高效。

通过内模行走方式的改进有效提高施工效率、降低成本，保证了内模腹板尺寸的准确度，有效解决两侧腹板偏重对梁体及下部结构造成的偏载问题，提高了施工质量，降低了内模板整修、焊接的概率，同时大大减少了施工过程中的安全事故隐患。最终满足大跨度40 m箱梁模板的施工要求，同时使模板施工更加机械化、效率化，满足机械智能化的施工生产需要。

4 结束语

高铁40 m预制箱梁整体液压内模采用自驱系统，解决了传统箱梁内模的弊病，从设计到应用均满足要求。设计机构简单，便于操作，使用安全，作业效率高，有效提高了模板的经济性，并为箱梁质量提供了有力保障。该系统也适用于40 m以下跨度箱梁内模，尤其值得在大跨度高铁及其他行业箱梁预制中推广。