高速铁路CRTSⅢ型自密实混凝土充填层施工成套设备研究

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罗利琼LUO Li-qiong

(中铁四局集团机电设备安装有限公司,南昌330200)

摘要院文章通过分析我国自主开发的CRTS芋型无砟轨道自密实混凝土充填层的施工工艺来系统介绍CRTS芋型无砟轨道自密实混凝土施工成套设备研制的整体思路,性能参数和各系统模块精确设计配置,对CRTS芋型无砟轨道自密实混凝土填充层施工技术的推广及优化升级具有重要意义。

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关键词 院高速铁路;CRTS芋型板;无砟轨道;自密实混凝土;施工成套设备

中图分类号院TU528 文献标识码院A 文章编号院1006-4311(2015)27-0118-04

1 概述

目前,我国高速铁路技术已取得了举世瞩目的成就,开通运营的高速铁路总里程世界第一。以CRTS玉型和CRTS域型为代表的板式无砟轨道结构是我国高速铁路的主要结构形式之一,其主要是在日本、德国等技术基础上通过引进、消化、吸收和再创新而发展形成,CRTS玉型和CRTS域型轨道结构采用水泥乳化沥青(CA)砂浆充填层技术。实践表明,CA 砂浆充填层技术不仅成本较高、施工质量控制难度大,而且也影响钱国高速铁路技术走出国门。为此,由中国铁道科学研究院牵头开发出的CRTS芋型板式无砟轨道结构,采用自密实混凝土作为充填层材料,利用充填层自密实混凝土灌注工艺方法,将具有大的流动性、间隙通过性和抗离析性混凝土灌注至嵌有U 形钢筋和钢筋网片的CRTS芋型板腔中,并成功应用于武汉城市圈城际铁路、盘营客专铁路、成灌线、京沪、石武广高速铁路车站道岔试验等工程。

但芋型板式无砟轨道结构用材料在搅拌、运输、灌注过程中仍存在混凝土坍落度损失大,易离析、泌水、包裹性差和浮浆等现象,决定了其灌注工艺和专用设备不同于CRTS玉、CRTS域型轨道板,因此开展CRTS芋型无砟轨道板充填层施工成套设备的研究对本技术的推广及优化升级具有重要意义。

1.1 CRTS芋型轨道板及自密实砂浆

CRTS芋型无砟轨道自密实混凝土主要由水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、外加剂、膨胀剂和水等经配制而成,参考配合比(kg/m3)为:水泥400、矿粉200、砂845、碎石719、水185、减水剂6.6、膨胀剂36、保水剂0.24 和增粘剂3。在自密实混凝土填充层内,配制HRB335准12 钢筋网片,以便与带有U 形筋的轨道板紧密连接,同时可起到控制自密实混凝土裂缝的生成与扩张;强度等级为C40,要求高流动度、不离析、填充均匀性和稳定性的性能,浇筑时依靠其自重流动,无需振捣而达到密实的混凝土,其自有收缩率应小于万分之三;自密实混凝土层在直线地段的宽度为2700mm,在曲线地段则是宽度为2600mm,厚度为90mm,然而其长度是和轨道板一致。

1.2 自密实混凝土充填层施工对成套设备要求及设计原则

淤据查阅相关资料显示,自密实混凝土在固定的搅拌站里搅拌后运到工地灌注完成不得超过90min。因此需要尽可能缩短中转灌注时间;

于在灌注自密实混凝土的过程中,为提高灌注的质量,整个灌注为先慢灌寅快灌寅慢灌的工艺;

盂在灌注过程中,要时刻观察轨道板的上浮量,不能超过0.1mm;

榆为了不影响自密实混凝土的质量,灌注前考虑二次搅拌工艺,为此搅拌装置和灌注装置合二为一;

虞为了提高轨道板与充填层自密实混凝土间的界面质量和粘结力,需配带水雾化装置,在灌注前使水喷出后雾化,保持板腔润湿、保湿养护,并用内窥镜板腔润湿情况;

愚自密实混凝土灌注高度、灌注压力、灌注速度、终灌条件等对充填层质量影响参数的选定和工艺控制方法,决定了灌注设备的控制精确、可人性化设置的要求;

舆考虑到现场施工完毕后的设备装置防盗,控制系统特采取便携式配电箱+快速插座的模式,实现工后快速收回。

2 CRTS芋型自密实混凝土充填层施工成套设备总体方案及主要技术特点

2.1 CRTS芋型自密实混凝土充填层施工成套设备总体方案

结合工地上使用的简易混凝土中转灌注斗,进行CRTS芋型自密实混凝土成套设备的研究:

淤研制设备主要结合CRTS芋型自密实混凝土灌注工艺来总体结构布局,以及配置搅拌系统,其搅拌叶片的设计。

于车架采用跨板行走,人力推动行走。

盂设备搅拌驱动系统采用电力及变频技术,解决不同速度的任意调整及设定。控制系统采用PLC 及触摸屏自动控制。

榆增加4 个激光位移检测仪来时刻检测灌注过程中轨道板上浮情况,上浮量超标自动报警。

虞增加自动灌注控制系统,设置好灌注技术参数后,可实现一键自动快速灌注。

愚在车架上增加计量装置,实现剩余灌注量自动计量;舆整机采用集成化、防盗设计。

2.2 主要技术特点

2.2.1 整体方案方面

机组应遵循先进、成熟、经济、适用、可靠的设计原则进行研制,并具有以下的主要技术特点:

淤整个罐子采用加大容积设计,整罐容量为1.8m3,一次接料至少可完成一块CRTS芋型板灌注用量。

于车架跨板行走,走行轮采用钢圈过塑胶,并设计有制动装置。

盂在车架上设计由4 个2t 膜盒式称重传感器+称重仪表组成的计量装置,随时可以读取中转灌注斗中剩余砂浆混凝土的重量。

榆中转灌注斗底部设计有4kW 搅拌电机,变频控制实现0-32 转/min 范围内无极调速。

虞灌注控制系统采用自动、手动两种操作模式。自动控制系统采用PLC+触摸屏自动控制,系统具有参数任意调、系统具有故障查询、自动报警功能。

愚整个设备还设计有4 个激光位移检测仪来时刻检测灌注过程中轨道板上浮情况,上浮量超标自动报警并中断灌注。

舆所有电控系统集成在一个600伊600伊350 配电箱中,配电箱采取便携式设计,所有与配电箱连接的缆线采用快速插座连接,方便工后随时收回,做到贵重设备防盗。

余机组具有综合作业效率高、安全可靠、性价比高等特点。

2.2.2 设备的使用维护方面

整机所有驱动采用电力驱动,行星减速机减速,减少维护保养工作量。搅拌电机变速系统采用变频调整技术,控制精度高,工作可靠,维护保养工作少。灌注控制系统设有故障自诊断系统和故障报警系统,及时提醒故障部位,保证整机工作可靠性。

3 CRTS芋型自密实混凝土中转灌注设备主要技术性能参数各功能介绍

3.1 整车主要技术性能参数

CRTS芋型自密实混凝土中转灌注设备电子样机见图1。

CRTS芋型自密实混凝土中转灌注设备按每次最大接收灌注量1.5m3 对应1 块标准CRTS芋型板砂浆灌注量来设计。各种材料需要量及斗容量设计如表1。

CRTS芋型自密实混凝土中转灌注设备主要组成部分为:车架、中转罐、灌注漏斗、灌注控制系统、上浮检测装置等部分组成。

3.2 设备框架

主要包括:钢框架、走行轮(其中2 套含制动装置)、护栏、配电箱、称重平台、爬梯等。

3.3 中转罐

主要包括:罐体、中转罐框架、气动刀闸阀、搅拌电机、搅拌叶片、灌注弯头。(图4)

3.4 灌注漏斗

主要包括:斗体、调节丝杆等。(图5)

3.5 电控系统

3.5.1 灌注控制系统

灌注控制系统主要完成对灌注的手动控制和自动控制,具有灌注时间任意设置功能、自动检测、阀门自动控制、手动控制和自动控制任意切换等功能,故障自诊断和报警功能。

灌注控制系统采用传感器、控制元件-PLC-触摸屏信号传输控制方式,提高了系统的稳定性。

淤自动控制程序:

首先设置参数:设置4 个轨道板上浮检测报警参数、设置2 个灌注时间、设置2 个灌注时间所对应的阀门开启度,设置完毕后,开启自动灌注旋钮;

程序开始自动灌注控制:

1)第一步慢灌:阀门打开到所设定的开启度1 位置,开始慢灌,灌注时间为设定的时间1(慢灌时控制流量,防止底面形成气泡)。

2)第二步快灌:阀门打开到所设定的开启度2 位置,开始快灌,灌注时间为设定的时间2(自密实混凝土当铺满整个底面后,可以加大流量,开始快灌注)。

3)第三步慢灌:当阀门打开到所设定的开启度3 位置,又开始慢灌,直到有一个红外线检测仪检测到轨道板上浮超标后,报警灯报警,自动灌注停止。

4)自动灌注停止后,阀门关闭,只有自动灌注旋钮打到“停止”状态时,“手动控制阀门开启大小旋钮”不起作用。(图6)

注:在整个自动灌注过程中,无论进行哪个步骤,只要有一个红外线检测仪检测到轨道板上浮超标,报警灯报警,自动灌注流程中止,等检测后发现时红外线检测仪误判,按下“报警复位按钮”后,自动程序继续进行,但如果是自动流程走完后的报警,按下“报警复位按钮”只能使报警灯停止报警。(图7)

于手动控制:

“手动控制阀门开启大小旋钮”可以实现无极开启阀门任意大小,从而实现灌注过程中的手动控制。

3.5.2 称重系统

主要包括:称重仪表、4 个2t 量程的称重膜盒传感器。

3.5.3 搅拌系统

主要包括:4kW 变频器、4kW 电机减速器总成、旋钮。

3.5.4 上浮检测系统

主要包括:4 个激光位移传感器、铝合金万向支座、无线发射与接收装置。

只要在仪器面板上设置位移差值后,只要被测物体在传感器探头测量范围75mm-130mm 以内出现位移出现设定的位移公差值后,仪器面板放大器输出一个开关量信号给PLC,使PLC 判断是否暂停(或终止)灌注。(图10)

4 应用与效果

通过新建郑徐客专线试验段上灌注应用,基于本成套灌注设备的CRTS芋型无砟轨道自密实混凝土充填层施工工艺得到了有关专家的认可;从灌注后揭板试验观察成型的充填层,其表面气泡大小明显减小,这也得益于灌注速度的控制以及轨道板浮动超差提前预警等功能的实现。

5 结语

本文通过研究CRTS芋型无砟轨道自密实混凝土性能和施工工艺,从中系统介绍CRTS芋型无砟轨道自密实混凝土施工成套设备研制的过程,通过设备设置二次搅拌、控制灌注速度等来解决了CRTS芋型无砟轨道自密实混凝土在搅拌、运输、灌注过程中仍存在混凝土坍落度损失大,易离析、泌水、包裹性差和浮浆等问题,对以后中国自主知识产权的CRTS芋型无砟轨道板充填层施工成套技术走出国门具有推广的重要意义。

浏览次数:  更新时间:2015-09-16 19:22:59
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