高速铁路箱梁预应力管道智能压浆工艺研究

高速铁路箱梁预应力管道智能压浆工艺研究

张清 

中铁四局集团第一工程有限公司 

摘要：预应力管道压浆是高速铁路箱梁预应力管道施工中一项重要工序，需要经过压浆、养护等步骤才能达到设计要求的强度。目前高速铁路施工多采用传统的管架预制方式，管架安装完成后，需通过压浆等工序才能达到箱梁预应力的要求。传统的压浆工艺存在施工效率低、无法实现过程可视化、难以保证压浆质量的问题，对高速铁路施工技术造成了不利影响。随着信息技术不断发展，以物联网、云计算为代表的新一代信息技术正推动着传统工艺技术的不断升级，通过对箱梁预应力管道智能压浆工艺关键环节进行改进和优化，可以显著提高压浆作业效率和质量。

关键词：高速铁路；预应力管道；智能压浆工艺

压浆是预应力管道施工的重要工序，压浆作业是指在已知管底设计压力和浆体强度的前提下，通过高压水或浆液将混凝土进行高压密实成型，形成管道内部充填有一定强度的高密度结构，为预应力张拉和孔道灌浆提供必要的浆体环境。目前高铁管道压浆作业主要采用手动压浆设备、电动泵送的方式对已浇筑完毕钢筋混凝土预应力管道进行灌浆。压浆作业现场存在作业空间小、人员操作不便等问题，导致注浆施工效率低、人员劳动强度大、压浆质量难以保证，给高铁建设造成了较大麻烦。针对上述问题，本文提出采用物联网和云计算技术对浆体进行实时监测以及对整个灌浆过程进行可视化分析，可显著提高压浆作业效率并确保压浆密实质量。同时针对预应力管道灌浆过程中可能出现的一些问题和风险，提出采用基于物联网技术的压浆管理系统—— MMS （Mixed-managed Monitoring System）管理系统对预应力管道进行自动压浆作业。

一、智能压浆工作原理

压浆设备主要由压浆系统、传感器阵列、控制系统、数据采集及存储系统组成。压力传感器阵列检测压浆口压力值，同时记录压力和时间值，通过无线传输将数据上传至压浆控制中心。控制中心根据设定值自动控制压浆设备运行，使其进入工作状态。压浆参数设置完成后，智能压浆机按照事先设定的程序开始启动，通过控制系统实时采集压浆管道内的压浆量和时间信息。若数据低于设定值时，智能压浆机将停止工作；若超过设定值时，将启动报警。控制中心可对压浆量和时间进行监控、统计分析等，可根据需要生成施工进度报表、质量报表等。同时记录施工中各个工序所用时间点，以及每个工序的压浆量及时间。

二、智能压浆系统组成

压浆智能管理系统主要由压浆泵、传感器、智能控制单元等组成。压浆泵：实现将预拌好的浆液注入管道中，并与管道内部的压浆器进行配合。智能控制单元：用于实时监控、采集数据，控制智能设备进行作业，并完成信息的传输和存储工作。压浆控制器：负责对整个设备的工作状态进行监控，并将数据传输至智能控制单元。在压浆作业过程中，传感器实时采集压浆压力和浆液浓度等参数，并通过无线网络将数据传输至智能控制单元中。

三、智能压浆系统设计要点分析

在预应力管道压浆作业过程中需要注意的事项如下：（1）压浆过程中，实时显示压浆过程中各步骤压浆压力、时间等数据，包括每个步骤的压浆量、耗时等信息。（2）压浆结束后，自动控制压浆泵停止工作，当压浆泵达到工作温度时，自动关闭压浆泵。（3）监控中心可以随时查看不同压浆口的流量与耗气量。压浆结束后，自动开启箱梁预应力管下端的灌浆设备，进行灌浆作业。（4）灌浆结束后30分钟内无法恢复压浆的情况下，自动关闭注浆口阀门，完成灌浆操作后再打开注浆口阀门。（5）注浆孔中残留的胶凝材料在下次重新注入之前会再次凝结形成固体胶凝材料，此时通过压力传感器测量浆液压力和胶凝量以判断是否需要重新注浆。

四、智能压浆系统的具体功能

高速铁路箱梁预应力管道智能压浆工艺的具体功能如下：（1）压浆过程可视化：通过监控中心的大屏或 PC机，实现对压浆作业现场实时监控，能将施工过程中压浆量、压浆泵流量、施工压力等数据清晰地反馈给操作人员，同时能及时了解施工现场的压浆量、压浆泵压力、压浆时间等数据，为下一步的优化作业提供依据；（2）压浆过程可视化：将整个压浆过程以实时图像、曲线形式直观地展现出来，可通过触摸屏或 PC机浏览整个压浆过程以及每个阶段的参数变化；（3）压浆数据管理：记录并存储每一次压浆的时间、压力、压浆量、泵流量等关键数据，并能进行数据的查询与统计；（4）压浆量及压力分析：通过智能算法进行压浆数据分析及优化作业效率，同时对施工现场环境情况进行监测。（5）施工进度分析：根据历史的施工进度及完成情况进行统计分析。（6）施工流程可视化：通过图形及三维技术动态展示整个压浆过程的关键环节，能将每个阶段对应的工艺参数以图表形式直观展现出来，便于工人查看对比各自阶段施工情况。

五、智能压浆系统的质量控制

压浆时要严格按照施工工艺进行，严禁漏浆，压浆压力必须满足设计要求当施工工艺需要设置压浆压力时，需选择相应的压浆泵类型，选择高压注浆泵，并在泵的出口和入口设置压力表。根据压浆设备说明书要求，选择高压注浆泵进行工作压力设定。压浆过程中若出现压力偏低情况时，可以在管道顶部安装压力表；将压浆泵设置为高压状态，启动压浆泵进行高压注浆作业。若出现压泥浆面高度较低或者有气泡等情况应及时停机处理。

结语：

根据施工实践，该系统对预应力管道压浆的各个环节进行了优化和改进，提高了压浆的效率，保证了压浆质量，同时提高作业安全性。通过与监理、桥梁、工勘等单位的数据交换，系统可以对施工过程进行可视化和智能化管理。

参考文献：

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