中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司
摘要：本文介绍了郑万铁路航空港制梁场中箱梁自动张拉系统的组成及其施工工艺，分析了该系统的功能特点，结合本梁场预制箱梁预应力施工实际情况提出自动张拉过程中的注意事项。
关键词：自动张拉系统；预制箱梁；预应力施工
1 概述
中交二航局六分公司先后承建了太中银铁路、哈大客专、京沪高铁、石武客专、青荣城际、西宝客专、成贵铁路、杭黄铁路、郑万铁路的土建施工任务，并先后承建西宝客专陈仓制梁场、杭黄铁路桐庐制梁场、郑万铁路航空港制梁场三大梁场的箱梁预制架设施工任务，具备丰富的铁路预制箱梁预制架设施工经验。随着国家铁路工程建设标准日益提高，高速化、信息化、自动化、标准化将是中国铁路未来发展的目标，因此摒弃陈旧的施工工艺和工装设备，提高铁路建设施工过程中的信息化、自动化、标准化程度，对中交二航局六分公司来说，是一项刻不容缓的课题。
2工程概况
郑万铁路航空港制梁场位于郑州市航空港区八岗村和绪张村，新建郑万铁路右侧，对应线路中心里程桩号DK27+548，占地面积230亩，承担837榀箱梁预制架设任务，共8种梁型，为全线箱梁数量最多、梁型最复杂的单体梁场，具体箱梁型号和数量详见表1。
3自动张拉系统的简介、构成及应用背景
本梁场选用的是中国铁道科学研究院自主研发的铁路桥梁预应力自动张拉设备系统，规格型号为TYZ/60-Ⅶ/TKY。该系统具有自主知识产权的软、硬件设备，掌握了自动张拉设备系统的核心技术，于2015年3月24日通过中国铁路总公司科技管理部试用评审，相继在郑徐客专、石济客专、京沈客专共6个预制梁场开展了现场试用试验，对自动张拉系统的功能性和现场适用性进行了充分验证。该系统在郑万铁路上的推广，是郑万客专河南公司打造郑万线“四化”建设的一项重要举措，也是中交二航局六分公司进入铁路施工信息化、自动化、标准化新时代的起点，因此具有划时代的重要意义。
整个系统由 4 台千斤顶、4 台电动液压站、4 台高精度测力传感器、8 支高精度压力传感器、4 支高精度位移传感器、PLC 控制器、主机（平板电脑）等共同组成。可同时控制 2对千斤顶同步工作，两束钢绞线4锚双向同步平衡张拉，同时根据张拉工艺不同也可单束 2 锚或单向 1-4 束同步张拉。微电脑预设张拉工艺，一键操作实现张拉过程的全自动化控制、伸长值显示、张拉数据实时曲线采集及校核报警、张拉结果记录存储、无线数据传输以及网络传输、信息化管理。同时该系统已经纳入铁路总公司的铁路工程管理平台（BIM系统），实现了铁路总公司对在建铁路项目施工管理软件的信息上传对接和管理要求。
图 1自动张拉系统组成
4系统参数
4.1 液压动力系统
液压系统压力：60Mpa
流量：0.38-2.58L/min
电机功率：3.0kW
油箱容积：54L
适用温度范围：-10℃- +45℃
电源电压：380V
4.2 测力系统
量程：0-3000KN
精度：0.3%F.S
4.3位移测量系统
量程：200mm
精度：0.2mm
功率：≤5W
5施工工艺
5.1张拉施工前准备
① 检查梁体混凝土实际强度，确保张拉前已达到设计强度、弹模和龄期要求。接到张拉通知单后方可施工，否则不允许施加应力。
② 确定预应力自动张拉设备均已配套校验合格，并且在规定使用期限内。油管要连接紧密。安全警示牌、警戒围栏要安放好。
③ 检查梁体混凝土是否有较大缺陷，如果有，要预先修补好，方可施加预应力。
④ 清除锚垫板上的灰浆。
⑤ 检查预应力锚具、夹片与锚垫板是否配套使用。
5.2 摆放连接设备
① 将自动张拉系统安装顺序要求依次移动至张拉梁的两端，摆放好后接通对应辅柜的电源，确保每台单机能够正常运行。
② 按照下图示例连接各个控制系统的通讯线。
③ 连接完成后，在A1主机上进行查看，确保整个系统工作正常。
图2简支箱梁智能控制系统示意图
5.3 安装工装
① 安装工作锚及夹片，将工作锚安装在锚垫板的止口内。然后安装限位板，安装时检查限位板深度及夹片与钢绞线的匹配情况。
② 安装过渡套及千斤顶。
③ 安装工具锚时，工具锚与工作锚的锚孔要同心，使预留孔道、锚具、千斤顶三者同心，工具锚与工作锚之间的钢绞线不能出现错孔交叉。工具锚夹片安装完成后，轻敲工具夹片，使其进入工具锚环内，使外露长度基本一致。
5.4 自动化张拉设备操作
5.4.1配置设置
①用户登录
开机启动进入自动化张拉设备操作界面，根据要求操作相应的按钮。开机后首先在主机 A1计算机桌面上点击“铁路桥梁预应力自动张拉系统”图标，在弹出的界面中，输入账号和密码，登录进入软件操作主界面。
主界面中要特别关注的是“功能菜单”，分为“张拉作业”、“张拉报表”、“桥梁设置”、“导入/输出”、“修改密码”五部分。施工过程中，最常用到的参数设定、报表导入或输出等功能均在主页面中操作。
②参数设定
首次使用前，要进行“桥梁设置”，输入本梁场所有梁型的相关参数。同时对传感器相关参数进行设置。施工过程中，还要按照相关标准规定，定期对传感器进行标定。
③张拉作业
每次张拉作业时，选择本次张拉的具体梁型、孔束编号，进入张拉作业界面。注意进入张拉界面后，要观察主机与从机的通讯状态指示灯是否正常，绿色为正常，红色为不正常，通信异常时系统有错误描述。如果显示正常，则可进入自动张拉作业。注意，由于工具夹片外漏量是一个不确定的变量，因此每次张拉开始后，应逐一点击对应的钢束，手动输入此钢束的“工具夹片外漏量”后存储到系统内，便于张拉力和伸长值曲线图的生成。
张拉作业时，界面中同时显示了对应孔道的张拉力、伸长值的理论数据和实时数据，还能自动生成实时的张拉力和伸长值曲线图，可动态监控整个张拉过程数据。本束钢绞线张拉结束后，界面将跳转至张拉前的初始运行界面，然后根据设计顺序依次选择后续钢束继续张拉，操作方法同上所述，直至本次张拉钢束全部张拉完毕。
④张拉数据存储与查询
每束钢束张拉完毕后，系统将自动存储本束张拉数据；每次张拉作业全部完毕后，系统将自动汇总、存储本次张拉数据。操作人员可通过“功能菜单”键， 点击“张拉报表”即可查看。系统默认将张拉报表设置成EXCEL格式，可通过“到处”和“开始转换”键，将张拉报表导出系统并存储到移动存储工具上。
⑤急停
在自动张拉过程中，若出现张拉异常状况按下控制柜面板上“急停”按钮， 暂停自动张拉，待查明原因后松开“急停”按钮恢复张拉过程。
6设备的标定
由于自动张拉系统在箱梁施工中的应用要求尚未形成国家和行业标准，因此设备张拉标定过程，郑万铁路航空港制梁场结合传统手动张拉施工规范和验收标准，结合本自动张拉系统研发单位铁科院的有关要求，按照整机每年标定一次、千斤顶每月标定一次执行。
设备通电后相应的参数设定如下表：
6.1 标定力值（B1 B2 A2）
开机进入主界面后，点击“标定参数”，进入力值标定界面。点击“手动”变为“自动”，在“目标力值”里输入一定的数值，点击“加载”，自动加载到目标值，用“标率”除以“张拉力示值”乘以“标准力值”得出的值填入“标率”，点击“标率”保存,标定完成。
6.2 力值修正
用上述同样的方法加载到“目标值“，如果“目标值”与“标准力值”偏差较大，则把“张拉力示值”填入“原始值”，“标准力值”填入“标准值”，点击“修正”完成修正。
6.3 标定位移
在上面界面里点击“位移”进入位移标定界面。点击“手动”变为“自动”，在“目标力值”里输入一定的数值，点击“加载”，千斤顶伸长到一定的长度，用“标率”除以“伸长值示值”乘以“标准位移值”得出的值填入“标率”，点击“标率”保存,位移标定完成。
6.4位移修正
同力值修正。
7功能特点
7.1便捷的操作功能
① 一键操作：可输入梁编号、型号、张拉力目标值及伸长量校核值、持荷时间等，一键启动张拉，自动完成整个张拉全过程。
② 自动平衡、同步张拉：张拉过程中自动控制预应力钢束两端张拉力值，实现同步张拉。
③ 平稳、规范加载和持荷：加载过程按照预先设定的时间平稳、规范加载，消除人为不同步、不规范的因素。自动控制持荷时间，持荷阶段自动补压控制张拉力保持在目标值上下1%范围内，持荷完成后系统自动记录实际张拉力和伸长量。
④ 力值、位移值实时显示及存储：由测力传感器直接测量并显示张拉力值，由位移传感器测钢绞线伸长量，直接在屏幕上显示，即时存储，并生成张拉力及伸长值曲线，消除人为修改、计算错误等因素。
⑤ 自动计算张拉结果并打印：张拉完成后系统自动计算张拉结果，并打印完整的张拉结果记录表，消除人为修改、计算错误等因素。
7.2强大的辅助控制功能
① 断电恢复功能：工作过程中若停电，系统自动保存当前数据，重新接电后可由断点处继续完成自动张拉过程。
② 智能油温控系统：为提高液压系统在炎热或寒冷气候及长期工作状态下的稳定性，系统具备自动温控系统，以保证液压系统工作效能。
③ 千斤顶回顶保护功能：自动监测千斤顶回油压力，防止回油压力过高造成爆顶。
7.3远程数据传输功能
张拉数据无线传输至梁场服务器，可远程传输至铁路工程管理平台（BIM系统）。管理部门可查阅张拉结果及张拉过程。
7.4全面的安全防护功能
① 在线故障诊断系统：系统能实时监测全部工作过程及各部件工作状态，并及时进行故障诊断。
② 报警功能：系统具有工作异常或张拉数据超差时自动停止张拉并进行报警功能。
③ 动态伸长值预警：系统实时计算当前钢绞线伸长值与当前的理论伸长值进行比对。可有效地防止因数据输入错误、测力或位移传感器失准、钢绞线滑丝断丝而出现张拉质量事故。
④ 张拉力复核：通过系统自身测力传感器与液压传感器之间相互校核，防止因传感器异常导致张拉质量事故。
8施工过程中的注意事项
8.1电源出现问题
系统电源是以三相四线电(三相加地线接线方式)为入线，进入系统后通过电压转换变成控制系统工作电源 220V + 24V，而动力系统仍为380V 电源。当打开开关通电后，系统自动检测入电相序，若不能使电机正转，系统自动断电且永不能上电，需工人将外接电源的三项电任意两项对调线序，然后上电，直到电源指示灯亮为止。根据郑万铁路航空港制梁场施工经验，建议增配一个蓄电池，保证设备在突然断电的情况下还能正常将当前正在张拉的钢束张拉完毕，一方面可以保证张拉施工质量，另一方面可以保证控制系统的安全（控制系统主要部件为电脑，若多次突然断电势必对主机造成损坏），第三方面可以避免张拉数据的丢失。
8.2连接通讯线出现问题
本梁场采用一主三辅控制系统，其中连接主控制柜和辅控制柜的通讯线如果连接不通畅、接触不良时，各控制柜屏幕会弹出对话框提示COM口通讯连接错误。正确的通讯线连接方式为：主机 A1 与本端辅机 A2 和另端辅机 B1 两机相连，辅机 B1 与本端辅机 B2 和另端主机 A1 两机相连，插头按对应通讯顺序设置好，插接不上即为错误，施工过程中应避免野蛮操作、强行接插而损坏系统零部件的情况。8.3参数输入错误
郑万铁路航空港制梁场共有8种桥梁，每种桥梁分4个梁型，共计有32组参，因此做好自动张拉技术交底工作尤为重要。郑万铁路航空港制梁场根据设计值编制了“钢绞线张拉顺序及控制应力表”，根据近期施工预制的梁型提前输入相关施工参数。每次张拉作业前，由技术人员调出系统已储存的参数值，对照“钢绞线张拉顺序及控制应力表”进行班前复核，有效确保了张拉参数的准确。
8.4操作工人熟练程度不佳，较难适应新设备、新工艺
预应力施工是箱梁预制过程中的特殊过程和关键工序，当前进行预应力施工的作业班组，均为长期从事预应力施工的、较稳定的施工班组，操作人员有较明确的分工和配合关系。更换了自动张拉系统后，一方面操作人员要重新学习系统操作规程和设备性能要求，需要一段时间的熟练和实践过程；其次由于箱梁张拉施工不能进行试验性操作，因此每次施工之前必须进行严格的班前交底和检查复核，才能确保操作正确、过程受控、质量合格；再次自动张拉系统加载速度和持荷时间不能任意调整，每束钢绞线自动张拉时间相对传统张拉工艺耗时更长，与熟练张拉工凭经验速战速决的作业习惯有冲突，上述三方面原因造成了操作人员的不适应。这方面需要梁场管理人员通过加强质量意识教育、认真落实技术交底、严格监督施工过程等方式，扭转施工班组不良习惯，帮助他们尽快熟练掌握工艺。
8.5施工过程中和施工结束后设备维护欠缺
由于自动张拉系统的设备、零部件整体性、防护性相对较好，避免了传统手动张拉施工中设备和零部件搬运及存放较暴露和零散的情况，因此其施工过程中和施工结束后的设备维护工作常常被忽略，轻则影响设备和仪器的精度，重则可能造成损坏。根据郑万铁路航空港制梁场施工经验，建议加强对设备、仪器的维护，特别是位移计应经常涂抹黄油，以免张拉时卡住、被千斤顶顶弯；喂顶时要注意保护油管不被钢绞线戳破；完成张拉后，应将整个系统盖上防雨篷布以免设备淋雨受潮。
8.5预初张阶段，钢绞线伸长量偏差值偏大
理论上，自动张拉系统极大程度上减少了传统手动张拉时伸长值的读数偏差和张拉力的控制误差，因此钢绞线伸长量偏差值应比传统手动张拉时的偏差值小很多。但是郑万铁路航空港制梁场前期在进行箱梁预初张时，得到结果却是钢绞线伸长量偏差值普遍较大。经过一系列原因分析，我们认为，在预初张阶段，由于力值均在1300KN左右，相对于本梁场最大力值2284KN甚至是本系统的最大力值3000KN而言，预初张阶段力值较小，导致出现一定的偏差。事实证明，后期进行终张拉的钢绞线伸长值偏差较小，完全达到减小和控制预应力张拉施工偏差的效果。
9 结束语
郑万铁路航空港制梁场是中交二航局六分公司首个引进自动张拉系统的梁场。与传统的张拉工艺不同，使用自动张拉系统看似操作方便，但在实际施工过程中，仍存在工人熟练程度差、抵触情绪高、突发情况处理不当、张拉后质量分析经验不足等问题。郑万铁路航空港制梁场通过不断学习和摸索，逐渐掌握了自动张拉工艺的控制要点，并形成了一套行之有效的施工管理机制。箱梁自动张拉系统的应用和普及，将极大地促进铁路工程建设施工的信息化、自动化、标准化、精细化程度，实现效益更优、质量更好，具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]肖祥淋等.铁路箱梁预应力自动张拉技术研究.铁道建筑.2015年05期
[2]梁生武等.铁路客运专线桥梁预应力自动化张拉分析.山西建筑.2012年28期
论文作者:邓艳玲,彭亮
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月上
论文发表时间:2017/6/7
标签：系统论文; 铁路论文; 预应力论文; 航空港论文; 设备论文; 拉力论文; 作业论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月上论文;