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1、客运专线箱梁预制场工业化研究 研究报告,主 要 汇 报 内 容,第一部分 概述 第二部分 箱梁预制生产线研究 第三部分 箱梁预制场规划设计方案研究 第四部分 箱梁预制技术研究 第五部分 箱梁品质控制技术研究 第六部分 结束语,概述,第一部分,一、箱梁设计情况简介,箱梁结构形式： 客运专线预制梁为双线单箱单室预应力钢筋混凝土箱形截面梁（以下简称双线箱梁)，其跨度计有32m、24m及20m，其中大量使用的是32m箱梁。 一榀简支32m双线箱，混凝土用量328m3，钢绞线10t，各种钢筋65t，预埋钢件0.335t，梁重853t。,跨中断面,跨端断面,概述,第一部分,预应力方式：完全先张、完全后张两
2、种。,一、箱梁设计情况简介,各种跨度箱梁的结构尺寸,概述,第一部分,国外箱梁预制技术的发展状况,德、法等西方国家由于高铁线路较短，因此其箱梁多采用现浇法施工，很少预制架设箱梁。而韩国及我国台湾地区由于高铁线路较长，大量的双线箱梁采用预制架设施工，因此预制了大量的混凝土双线箱梁。如台湾高铁总长345km，其中251km的双线箱梁桥中的81.8的桥是采用预制架设工法完成，共设置了7个制梁场，完成4345跨箱梁的预制，周期约5年。其箱梁预制技术较先进，设备较完善，代表了当今世界双线箱梁预制的最高水平，预制特点如下：,二、箱梁预制技术在国内外的发展状况,概述,第一部分,与国内客运专线预制箱梁比，台湾高
3、铁预制箱梁的结构形式更为简捷明快，有利于预制；预应力形式有完全先张的、完全后张的及先张后张三种方式；每个梁场预制箱梁的跨度一般有：35m、30m、28m、24m等。 箱梁预制速度快，质量好。台湾高铁全世界招标，吸引了世界上许多有经验的承包商，采用了世界上最先进的箱梁预制技术和预制设备。 如，采用先进的预制技术和设备，每两个台座两天可生产3跨箱梁，预制台座数量少，节省了大量的台座投资；,国外箱梁预制技术的发展状况,二、箱梁预制技术在国内外的发展状况,概述,第一部分,再如，为提高台座利用率，缩短制梁周期，采用钢筋骨架分解绑扎技术、预制台座外胎具上钢筋快速绑扎技术及钢筋骨架整体搬运技术，缩短绑扎时间
4、；外模与台座相对固定，提高外模的安装精度高，同时也缩短安装时间；采用液压控制的自动缩放式内模，自动化程度高，既省力又省时等。为最大程度地保证了箱梁混凝土的养护质量，采用由计算机控制的混凝土蒸汽养护设备进行箱梁混凝土的养护，温度控制准确，热效率高。 箱梁在梁场的移动多采用龙门吊完成，个别的采用专用移动台车通过轨道移动（台车结构也极为复杂）。,国外箱梁预制技术的发展状况,二、箱梁预制技术在国内外的发展状况,概述,第一部分,由于需求的原因，国内铁路系统长期以来很少预制铁路箱梁，因此缺乏足够的预制经验和预制设备。国内铁路箱梁预制技术水平唯一体现在几年前秦沈客运专线修建时的箱梁预制中，其预制具有如下几个
5、特点： 箱梁预制的技术标准低。秦沈客专预制的箱梁仅满足时速为200公里铁路的使用要求，技术标准低于时速350公里的。另外，秦沈客专仅预制了跨度为32m的单线箱梁以及跨度为24m和20m的单双线箱梁，未预制过32m双线箱梁。而32m双线箱梁由于断面更大，重量更重，其预制难度远远超过其它箱梁的预制。,国内箱梁预制技术的发展状况,二、箱梁预制技术在国内外的发展状况,概述,第一部分,预制设备简陋，预制周期长。由于是国内首次预制铁路箱梁，因此既缺乏预制经验，更缺乏高效专用制梁设备（如自动化内模等），箱梁预制的自动化程度低，很多先进的箱梁预制技术无法采用，使得箱梁的预制技术显得相对落后，预制周期也较长。如
6、采用89个预制台座，梁场产能也仅为一天一跨；外模在数个台座间周转使用，增加工序和劳动强度；预制台座中组装整跨箱梁的钢筋骨架，长时间占用宝贵的制梁台座；采用人工拼装式内模，费时费力；箱梁混凝土蒸汽养护设备简陋，温度不易控制，热效率低。,国内箱梁预制技术的发展状况,二、箱梁预制技术在国内外的发展状况,概述,第一部分,箱梁在梁场的移动多采用液压千斤顶轨道横移技术。该技术可满足时速为200公里铁路箱梁的技术要求，即箱梁4个支撑点的不平整度4mm，但很难满足时速为350公里铁路箱梁的技术要求，即箱梁4个支撑点的不平整度2mm。,国内箱梁预制技术的发展状况,二、箱梁预制技术在国内外的发展状况,三、本项目进
7、行的必要性,概述,第一部分,铁路双线箱梁的预制难度大 铁路双线箱梁的预制难度大主要体现在如下几个方面： 箱梁预制标准高。由于设计对箱梁使用寿命提出100年的要求，因此对箱梁混凝土施工、预应力施工以及箱梁残余收缩徐变值的控制等许多方面均提出了极高的要求； 箱梁的重量大，场内成品梁的移位困难； 预制数量大工期短，要求制梁速度快。 总之，铁路双线箱梁的预制难度之大，是以往施工未曾遇到过的。,三、本项目进行的必要性,概述,第一部分,箱梁预制质量是客运专线施工的质量控制重点 不同于架桥机和架梁施工仅是一个吊装工具和吊装方法而已，而预制箱梁是客运专线重要的基础组成部分，使用寿命100年，作为客运专线的固定
8、结构物，其质量的优劣和使用寿命直接影响客运专线的施工质量和客运专线的使用寿命。因此，箱梁的预制质量是客运专线施工的质量控制重点，必须认真对待，并加以重点研究，预先解决一些重点难点问题，确保箱梁的预制质量。,三、本项目进行的必要性,概述,第一部分,国内缺乏预制经验和设备 对于客运专线大量使用的32m跨度的双线箱梁，国内从未预制过，一无预制经验，二无配套的预制设备，如先张法制梁台座、液压自动缩放的内模、高精度高效率的自动温控混凝土蒸汽养护系统以及大吨位大跨度的龙门吊等，施工难度很大。 综上所述，目前趁客运专线尚未开工之际，非常有必要对箱梁的预制技术进行深入细致的研究，开发出一套先进的切实可行的预制
9、技术和预制工艺；对预制场进行工业化设计，研制出一系列必备的自动化程度高的预制设备，确保箱梁的快速优质预制，为客运专线桥梁施工提供强有力的先期技术支持和关键设备保障。,四、本项目主要研究内容,箱梁生产线的研究 研究单条箱梁线所需设备的布置方式、制梁程序、制梁周期等 梁场规划设计方案研究 提出箱梁预制场规划设计的思路和具体规划设计方案 箱梁预制技术研究 主要包括：箱梁钢筋骨架预绑扎技术、台座与模板技术、高性能混凝土施工技术、预应力施工技术以及箱梁场内移动技术研究等 箱梁品质控制技术研究 主要包括：箱梁收缩徐变上拱控制技术、梁体混凝土裂纹控制技术研究，预制梁场信息化管理软件的研究设计等。,概述,第一
10、部分,以建研院为主体，联合了中铁专业设计院、中铁13局、中铁17局、丰台桥梁厂、石家庄铁道学院以及大连起重机厂等单位，共同开展了该项目的研究工作。,自2003年12月至今，历时一年多,2005年1月12日，通过了建总公司组织的技术方案审查； 目前，已基本完成所有内容的初步设计，正在试制液压自动缩放内模。,五、组织形式,六、研究时间,七、目前进展情况,概述,第一部分,箱梁预制生产线研究,第二部分,所谓的箱梁预制生产线是指将生产一榀箱梁所需的最小数量的设备（一般含一个台座、一套模板）按预先设定的作业程序排列，形成的一条箱梁预制作业线。 箱梁生产线是梁场的核心重点，是最小的制梁单元，大型制梁场均由若
11、干条生产线组成，因此在进行预制场规划设计前，必须明确生产线的设备布置、预制工序及制梁周期，以便进一步研究和改善制梁工序，提高生产率，进一步合理调配预制设备等资源,本项目在借鉴了国外及台湾地区高铁制梁生产线的基础上，结合国内以往预制箱梁经验，提出了布置方式如下图所示的单条箱梁生产线。该生产线既适合于先张法制梁，也适合于后张法制梁。,一、单条标准生产线布置方式,箱梁预制生产线研究,第二部分,绑扎底腹板及顶板钢筋骨架、穿先张预力索-将内模吊入底腹板钢筋骨架中安装-吊装顶板钢筋骨架-安装端模-清理底模及侧模、安装支座预埋板-整跨箱梁钢筋骨架（连同内模）吊至混凝土浇置区外模内安装-预埋件埋设、张拉横梁安
12、装-施拉先张预力-浇置混凝土-混凝土蒸汽养护-养护约24小时后，拆养生设备，拆端模，退内模-当梁体混凝土强度及相应弹模达到设计要求、龄期不少于72小时，放张、切断钢绞线-将箱梁吊至存梁区进行封端-其它后续工作,二、制梁程序,箱梁预制生产线研究,第二部分,先张梁,绑扎底腹板及顶板钢筋骨架、安装橡胶棒及锚座-将内模吊入底腹板钢筋骨架中安装-吊装顶板钢筋骨架-安装端模-清理底模及侧模、安装支座预埋板-整跨箱梁钢筋骨架（连同内模）吊至混凝土浇置区外模内安装-预埋件埋设-浇置混凝土-混凝土蒸汽养护-养护约24小时，混凝土强度不低于设计强度的80后，拆端模，退内模及穿钢绞线-施拉第一阶段预力，达设计预力8
13、0-将箱梁吊至存梁区进行自然养护-当梁体混凝土强度及相应弹模达到设计的100、龄期不少于10天时，进行第二期（或最终）预力张拉-切断钢铰线并封锚-预力套管灌浆-其它后续工作,箱梁预制生产线研究,第二部分,二、制梁程序,后张梁,三、制梁周期,箱梁预制生产线研究,第二部分,参考台湾高铁箱梁预制周期，遵照京沪高铁箱梁预制梁技术条件要求。假定：环境温度10，静停4小时，升温速率10/h；恒温温度50；降温速率10/h，全部用时24小时。经排序计算，理论上预制周期是91小时/跨。,先张梁,箱梁预制生产线研究,第二部分,参考台湾高铁箱梁预制周期，遵照京沪高铁箱梁预制梁技术条件要求。假定：环境温度10，静停
14、4小时，升温速率10/h；恒温温度50；降温速率10/h，全部用时24小时。经排序计算，理论上预制周期是45小时/跨。,三、制梁周期,后张梁,一、梁场规划设计的前提条件,假定梁场的生产效率为：1榀/天 梁场的生产效率是梁场规划设计的重要参数。该参数应根据运架梁系统的总效率而定，要相互匹配，同时应考虑该梁场服务的架梁工点的数量。 根据国外及台湾地区高铁桥梁施工的经验，以及前期针对京沪高铁开展的桥梁施工技术研究成果，该工法的效率由箱梁运输控制。在保证架梁进度与已成桥面上其他杂项工程同步推进，避免运梁车通过时相互干扰的情况下，一般来说运架梁的施工周期按1天1榀箱梁设计较经济,箱梁预制场规划设计方案研
15、究,第三部分,一、梁场规划设计的前提条件,台座数量：6个 梁场的生产效率为：1榀/天，则理论上生产先张梁需4个台座，生产后张梁需2个台座即可。但，考虑到实际环境温度可能远低于理论计算制梁周期时的假定温度10，以及施工的不均衡性、人力难以抗衡及其他因素的影响等因素，为确保可靠的制梁进度，本项目确定按6个先张台座一天生产一榀箱梁，4个后张台座一天生产一榀箱梁进行梁场的规划设计。 箱梁生产线主要设备的布置方式、预制工序及效率 箱梁装车方式：两种 一种是运梁车停在已完成的桥面上装车，另一种是运梁车通坡道从桥面下到梁场装车。,第三部分,箱梁预制场规划设计方案研究,分区 根据施工工艺流程特点将生产区分块划分为既相互独立，又沿道路相互联系的十一大区域：骨料存放、加工区；混凝土搅拌与泵送作业区；钢筋存放加工区；钢筋绑扎区；混凝土浇注及内模存放区；终张拉与产品梁存放区；机加工及预埋件区；锅炉房、水池区；污水处理、垃圾站区；配电室、发电室、中心试验室；生活区等。,二、预制场的区位划分,第三部分,箱梁预制场规划设计方案研究,二、预制场的区位划分,第三部分,各分区面积的确定,箱梁预制场规划设计方案研究,方案1提梁上桥装车方案,第三部分,三、梁场的规划设计方案,特点如下： 存梁区可存46榀梁。存梁台座为横列式。制梁生产线与存梁台座在同一横轴线上，梁场呈
