滑模摊铺技术在连镇高速铁路建设的应用

蔡 峰，陆 晨，潘登超

(江苏四明工程机械有限公司，江苏 扬州 225800)

0 引 言

连镇高速铁路(连云港—淮安—扬州—镇江)是国家重点基础设施建设项目，是江苏省中部贯通南北的重要通道。作为国家快速铁路网的组成部分和长三角城市群区域快速铁路的骨干线路，连镇高速是江苏省连接苏北、苏中、苏南地区的南北纵向主通道，并具有京沪高铁辅助通道的重要功能,在国家铁路网和江苏省综合运输体系中具有重要地位。铁路全长约305.2 km，预计2020年8月全线建成通车。中铁十九局集团项目部在进行路基的混凝土路肩施工准备时，对传统人工施工工艺与机械施工2种方案进行了分析考量。

中铁十九局项目部两相比较，决定尝试高效的滑模摊铺施工工艺，选择江苏四明工程机械有限公司生产的滑模摊铺机进行混凝土路肩施工。

1 工作面勘察

首先进行现场工作面勘察,如图1所示，绘制现场施工工作面示意图(图2)，高铁路基外侧的电缆槽已经施工结束，施工构筑物混凝土路肩位于电缆槽外侧，贴着电缆槽外侧板，比外侧板高60 mm，与外侧板重合25 mm，留出后期安装电缆槽盖板的位置。混凝土路肩内部上下各有一个直径80 mm的泄水孔，上部泄水孔间隔1 m布置一个，下部泄水孔间隔2 m布置一个。

图1 现场工作面

图2 施工工作面

在电缆槽的内侧，接触网立柱基础已经施工完毕，间隔50 m长度有一个，滑模摊铺机行走位置必须在接触网立柱基础的路基内侧。滑模摊铺机距离工作面有2 m远，模具与滑模摊铺机机身固定连接的悬臂跨度超过2 m。高铁路基与混凝土路肩工作面的垂直落差为520 mm，接触网立柱基础高度为700 mm，连续施工作业，滑模摊铺机必须跨越接触网立柱基础，整套模具高度超过1.5 m。

现场工作面勘察显示，现场施工的难点主要有两个：一是由于接触网基础的阻挡，滑模机行走在接触网基础右侧，滑模机与模具的距离有2 m，施工时模具侧受到混凝土料的阻力很容易改变滑模机的受力平衡，对施工的线性美观和平整度是很大的考验；二是混凝土路肩在路基下方，加上接触网基础的高度，工作面的下部距离滑模机高度有1.5 m，这加大了滑模机对模具稳定性控制的难度。

2 滑模机准备

2.1 滑模机选型

根据施工现场工作面的勘察状况，并结合以往公路施工经验可知，普通的三履带路缘石滑模机难以适应这类工况，因此选择江苏四明工程机械有限公司的SMC-6500型水泥混凝土滑模摊铺机(图3)进行本次施工作业。

图3 SMC-6500型水泥混凝土滑模摊铺机俯视

该设备是自主研发的多用途水泥混凝土施工设备，配置大功率六缸柴油机，全电子控制，全液压驱动，四履带行走，配有自动转向和自动找平控制系统，能完成水泥混凝土构筑物的振捣、摊铺、成型和抹平等一整套工艺流程。其性能参数如表1所示。

表1 SMC-6500型水泥混凝土滑模摊铺机性能参数

2.2 模具制作

根据项目部提供的设计图纸进行模具的制作，模具出模线横截面尺寸如图4所示。模具右侧贴靠电缆槽，不能封闭，难免会有漏料，施工时工作人员应及时人工处理。上下2处泄水孔采用预埋PVC管的结构，上口预埋管长度为130 mm，下口为530 mm。把管子按设计要求间隔整齐排列预埋在工作面上，待滑模机施工后人工清理掏通。现场模具与滑模机机身之间跨度较大，考虑到刚度要求，主机架左侧连接3根150 mm×150 mm方钢管，模具连接在方钢管上，模具与主机间的距离可以根据现场实际情况进行改动。一般施工的工作面不是绝对平整，如果侧板离地间隙调得太小，侧板在施工时就可能与工作面路基发生干涉从而破坏模具的受力平衡，导致摊铺平整度和线型发生改变，影响施工质量；如果侧板离地间隙调得太大，模具里面经过振动棒振捣过的混凝土稀浆就会从底部挤压出来，这种漏料会直接影响施工构筑物的强度。所以，在模具的左侧安装升降侧板，由液压油缸驱动，根据施工现场情况人工调节侧板离地间隙。

图4 模具横截面尺寸

模具内部安装2根液压驱动振动棒，振动棒频率最大可达167 Hz，振动频率可根据现场施工状态无极调节。振动棒距离模具侧板约15 cm，2根振动棒相距25 cm左右，振动棒棒头顶端在模具出摸线下方，距离出模线3～5 cm。

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2.3 输料皮带机

挖掘机在滑模机的前方把混凝土料从自卸料车中运送至输料皮带机收料斗中[8-10]，皮带机输送混凝土料至模具上方的料斗中。输料皮带机上有3个液压油缸，可分别调节皮带机的长度、高度和摆动角度，方便皮带机落料口根据现场实际工作情况对准模具上方的料斗，避免混凝土料抛洒到模具的外侧。根据现场的勘察情况，本次施工制作的输料皮带机总长度为6.6 m，皮带宽60 cm。

3 施工前期的准备工作

3.1 滑模机履带行走路基的整理

3.1.1 路基平整度

前期整平滑模机履带行走的路基很重要，能大大降低对滑模施工的不利影响。滑模机在施工过程中，传感器接触基准线，自动调节车身高度，从而调节模具的摊铺高程，所以滑模机履带行走路基的平整度越好，传感器的调整频率越小，调整范围越小，摊铺构筑物的高程才会越稳定，构筑物的平整度才会好[11-12]。

3.1.2 路基密实度

施工现场高速铁路路基层是水稳层，为了保证履带行走部位的强度和稳定性，在施工前使用压路机把履带行走部位再次压实，防止履带行走在松软路面由于打滑或者侧移影响滑模机摊铺施工效果[13]。

3.2 工作面的整理

本次施工混凝土路肩，模具右侧立在电缆槽的边板上，模具左侧板下部就是工作面的基层，从电缆槽的边板面到工作面基层的高度理论计算值是66 cm，这个尺寸偏差控制在3 cm。如果尺寸过大，模具两侧会由于间隙过大而漏料；如果尺寸过小，模具侧板会碰撞路基，顶起模具，导致滑模机无法施工。对混凝土路肩的工作面进行彻底清理，无泥土杂物后再洒水湿润，以利于基底结合，施工中做到清扫一段，湿润一段，施工一段，始终保证作业面干净湿润。

3.3 基准线的设定

滑模机施工时，行进方向以基准线为标准，图5所示方向传感器摆杆竖直贴在基准线上，传感器根据摆杆的角度变化控制转向油缸，调整摊铺方向；摊铺高程以基准线为标准，图6所示找平传感器摆杆横向架在基准线上，传感器根据摆杆的角度变化控制立柱升降油，调整滑模机车身高度，进而调整模具的摊铺高程。基准线可以是打线桩挂钢丝绳，也可以用现有的标线。经过综合考虑，本次混凝土路肩施工选择已铺设好的电缆槽中间立板作为参考基准线，上面架设铝合金方梁，可通过在两者之间增加垫片的方式调节高程。传感器摆杆架到基准线上后，确保摆杆只与基准线接触，在滑模机行进过程中杜绝其他因素干扰摆杆的状态[14-16]。

图5 方向传感器

图6 找平传感器

3.4 滑模机就位

把模具摆放至开始位置，模具与滑模机前进方向平行，滑模机机身与基准线平行，调整安装转向和找平传感器达到合适施工状态，调整螺旋送料器的下料口位置，使其对准料斗集料口。

3.5 工作人员准备

滑模机操作人员、挖掘机以及抹面修整工作人员到位，所有准备工作完成，现场负责人通知拌合站出料。

3.6 混凝土的生产与运输

混凝土配合比是滑模摊铺施工作业很重要的因素，直接影响到混凝土的顺利施工以及工程的质量和成本[17]。滑模施工混凝土采用强制式搅拌机进行拌合，搅拌及供电设备均应满足施工要求。各种材料必须通过严格的试验检验，按照配合比进行投料，在拌合前测试碎石、砂的含水量，根据测试结果和天气情况在监理工程师许可的情况下适当调整用水量，拌合好的混合料应均匀一致，无生料、干料、离析、成团现象，保证混凝土料在和易性符合设计强度要求的同时，也能适应滑模机的施工要求[18-19]。每个搅拌设备都必须用法定计量单位对各种原材料进行计量标定，搅拌过程中，严格控制混合料的拌制时间、混合料温度、拌合物的温度、坍落度损失率和凝结时间等。在施工时,应根据拌合站的生产能力以及施工车辆的速度、运量和运距估算运输车辆的数目。

4 施工作业

4.1 滑模摊铺机摊铺作业

混凝土料运送到现场后，挖掘机在滑模机的前方把混凝土料从自卸料车中运送至输料皮带机收料斗中。滑模机操作人员打开滑模机皮带送料开关，将混凝土料传送至模具上方的料斗中，待料位到达合适高度，打开振动棒开关以及摊铺机的自动转向和自动找平开关，手柄前推，以摊铺状态往前行进，模具中的料在振动棒作用下完成提浆，摊铺出的构筑物逐渐成型。根据料斗中料位的高低控制皮带送料速度，挖掘机手根据皮带转动速度控制挖机供料速度，保证模具中的料位能稳定地匹配滑模机的行进速度[20]。

滑模机操作人员根据摊铺出的构筑物的状态合理地调整滑模机的作业速度和振动棒的频率。滑模摊铺机的作业速度控制在1～3 m·min-1范围内，一般为2 m·min-1，严格防止水泥混凝土过振或漏振，振动频率应控制在8 000～11 000 r·min-1范围内，最低振动频率不得低于6 000 r·min-1。

滑模机工作人员要保证传感器正常工作，注意控制模具升降侧板的离地间隙，注意观测混凝土料的坍落度，当混凝土料的坍落度过大或者过小，影响摊铺效果时，与搅拌站联系，及时对混凝土料的生产作出适当调整。

4.2 人工修面、修边

滑模施工成型后，施工人员及时用抹子抹面，以消除表面气孔和石子移动带来的缺陷，保证表面平整；在混凝土初凝前检查线型是否圆顺平直，需修整处用3 m直尺轻拍混凝土表面调整成型，再进行二次抹面，需要修补的位置用原浆修补。

4.3 后期处理

4.3.1 养生

混凝土路肩施工完毕后及时用塑性薄膜覆盖养护，塑性薄膜两侧用碎渣压住，防止水分散失及被风吹起，再覆盖麻袋片，洒水养生。

4.3.2 切缝处理

由于水泥混凝土具有伸缩特性，浇筑后的混凝土路肩必须切割伸缩缝，切缝时机非常重要，太早切割缝不齐整，太晚表面会出现裂缝，而且刀片磨损量大。根据本次施工时的温度和湿度，定在浇筑后10 h左右进行切缝处理，切割后马上用透明胶带将切口处的塑料薄膜粘好，继续养生。

5 结 语

滑模摊铺技术在公路领域的应用较为广泛，滑模施工工艺也日趋成熟，SMC-6500型水泥混凝土滑模摊铺机在连镇高铁路基工程施工中展示了滑模施工优越的性能和可靠性。成型的混凝土路肩不仅线型好，平整美观，还具有较高的抗冲击强度和稳定性，其整体强度及施工效率是传统工艺无法比拟的。本次滑模技术的应用可以充分证明高铁路基线下混凝土路肩的机械化滑模施工是可以实现的。考虑高铁路基工程建设的具体标准、要求与复杂的路基条件，以及施工工艺的需要，选择性能与质量符合要求的材料与滑模设备，规范施工人员的操作，控制好混凝土配合比，按照具体流程做好基层与高程检测、基准线测量与基准线的设定、滑模施工与表面处理以及切缝处理等工作，确保整体施工质量能达到预期目标。