郑万铁路智能张拉技术的应用

■ 李成亮

0 引言

随着现代机电液一体化技术的发展，电液比例技术的控制精度不断提高，电液比例控制液压系统和计算机技术在土木工程领域得到广泛应用和发展。近几年预应力张拉技术广泛应用于我国多个公路工程的桥梁施工现场，通过对比受到了使用者的好评，但此前在高速铁路预制梁领域尚未全面使用。高铁预应力箱梁自动智能张拉技术（简称智能张拉）是郑万铁路在信息化、自动化技术方面应用成果较为突出的一项施工技术，是“数字郑万”体现的一部分。将预应力自动智能张拉更好地应用到桥梁施工过程中，避免传统张拉的缺点和不足，实现广泛的应用，是需要考虑的问题。以郑万铁路智能张拉预应力高铁预制箱梁为例，对比分析其实际应用中与传统张拉的技术参数，探讨智能张拉技术的优点和不足，为此项技术的推广提出建议。

1 传统预应力张拉技术存在的问题

传统预应力张拉施工中，预应力的施加、伸长值的校核和工程数据的记录全过程均由人工操作完成。虽然传统张拉施工操作相对简单、工艺较成熟，但由于工艺技术实施细节不完善、机具设备配套性不齐、施工管理和作业人员操作不规范、供油或回油速率完全靠人为把控不精准等原因，致使在关键性工序环节一直存在如下问题：

（1）预应力施加过程中控制精度差，如压力表读数不稳定，加压控制操作误差大、分辨率低，两端同步性差等均导致难以精确控制张拉力，难以保证设计意图的准确实现。

（2）预应力施加过程中如出现异常（如滑丝或断丝等），需人为终止张拉，存在安全隐患。

（3）施工过程中人为因素影响大，难以确保数据的有效性和客观真实性，如包括“力值与伸长量双控法”的具体实施和工程资料的整理、归档等。

（4）施工过程中，完全依靠人工手动操作和测量，不仅导致施工效率低、精准度不高，而且还存在严重的安全隐患。

2 智能张拉技术及特点

智能张拉技术是利用电脑、电路控制开关控制整个预应力施工全过程的新型预应力施工技术[1]。该技术通过计算机软件控制实现预应力张拉全过程自动化，杜绝人为因素干扰，能有效确保预应力张拉施工质量，是目前我国预应力张拉领域一种先进的工艺，可以实现张拉过程控制自动化、精细化、标准化，让预应力施工质量符合设计与使用要求，保障桥梁结构安全和耐久性。预应力智能张拉系统构造见图1。

智能张拉技术通过油压传感系统回馈的信息，通过电脑控制阀门可以对施工过程中施加的作用力进行精准的调控。系统以智能泵站替代手动泵站进行预应力施加，以智能操控平台替代人工控制，通过工程数据信息化和网络化进行质量管理，将预应力施工自动控制、过程监控及结果评价进行了有机结合，充分体现了现代施工建设中的信息化和智能化发展要求及趋势。

图1 预应力智能张拉系统构造

3 技术应用优势

预应力智能张拉技术通过计算机系统监控预应力张拉的整个过程，具有准确、自动、同步等特点，同时还具有能够实时管理监控的功能，可以规范整个施工过程，确保数据准确无误及真实。在实际工程应用中，相比于传统张拉施工具有一定的优势。

3.1 张拉控制精度大幅提高

张拉力是预应力施工控制的主要关键点，其控制精度直接关系到构件是否按照设计要求施加预应力。传统的人工张拉作业通过人的视觉观察指针式压力表再由手动控制阀门的操作方式，张拉力偏差范围最大会达到±5%左右，但在应用了预应力智能张拉技术后，这种误差被压缩到不到±1%，这种偏差的大幅缩小，可以有效地减轻由于所施加作用力大小的偏差所引起的工程建设期间出现的工程质量问题，在一定程度上提高了在建工程的质量，提高了工程使用年限，同时降低了后期对该项工程的维护费用[3]。

预应力智能张拉技术可以将钢绞线延伸量通过位移传感器进行相应的测量与监控，该技术能自动精确获取初张应力点，张拉力自动控制，伸长量自动读取，确保整个预应力施工数据的精确性，大幅提高了预应力张拉施工过程中的控制精度，有效排除张拉过程中的人为影响因素。当延伸量没有达到设计要求时，预应力智能张拉控制系统就会自动发出提示。在同一片预制箱梁上，采用上述2种张拉方式，进行10 d强度57．8 MPa的张拉，对预应力伸长量进行比较（见表1）。

通过对比实验数据的结果可以得出结论，自动智能张拉技术比传统张拉所产生的伸长值更加接近理论标准，所产生的伸长量偏差也较传统张拉小。因此可以得知智能张拉相比传统张拉更加精准，在施工过程中能够减少不必要的测量误差，使高铁桥梁预应力工程的施工质量得到明显提升。

3.2 张拉过程精确同步

预应力施加过程中构件两端的张拉伸长值不同步率，是构件张拉过程中的一项关键质量控制点。现行铁路预制梁设计图纸要求张拉两端应同步加载，不同步率控制在5%以内。张拉不同步，严重的会造成有效预应力在钢绞线内的分布不均衡，使梁体发生弯曲扭转和侧弯，在锚下等部位产生过大的附加内力而变形。有效地张拉同步控制，特别是在50%以后至最终张拉力值的控制，将极大提高预应力桥梁张拉的施工质量。

表1 2种张拉方式预应力张拉预伸长量值对比

传统张拉技术是通过人工把握油泵进油速率来控制千斤顶加载速度，受操作人员操作手法等影响存在一定偏差，最终导致两端张拉不同步。预应力智能张拉技术是通过1台计算机控制2台或多台千斤顶同时、同步对称张拉，实现“多顶同步张拉”的工艺。同一台计算机对各个千斤顶同步发布指令，千斤顶同步施加预应力，力值通过预应力智能张拉控制系统实现精准控制，在多顶同步对称张拉施工过程中精确度较高，同步率有了显著提升。在同一片梁上相同预应力孔道内，采用上述2种张拉方式，进行10 d强度57．8 MPa的张拉，对比其不同步率（见表2）。

通过对比实验数据的结果可以得出结论，传统张拉技术两端不同步率区间为2．5%～4．9%，在采用智能张拉技术后，两端不同步率区间下降至0．3%～1．6%。智能张拉技术张拉力施加的同步性明显优于传统张拉。

3.3 数据自动处理

智能张拉系统软件可以自动记录张拉过程数据，自动量取伸长量、计算张拉结果，根据张拉值和伸长值自动绘制线形图，自动导出带有防伪功能的张拉记录，并在连接网络后能自动上传至铁路工程管理平台，这在根本上避免了人为捏造假数据的可能，保证了张拉数据的真实性。

表2 2种张拉方式不同步率对比

4 技术应用建议

（1）智能张拉技术集成了机械技术、传感技术、计算机网络技术等信息化技术，能够自动完成预应力张拉、持荷、锚固全过程。但是针对施工现场实施作业的人员素质差异，需要加强现场使用指导。

（2）实时采集张拉力与伸长值，显示张拉力与时间、伸长值与时间、张拉力与伸长值的关系曲线，实现伸长值的动态判断，实现了预应力张拉智能化施工和数据信息化管理，能够有效提高作业效率和施工精度，为科学规范预应力施工方面提供了巨大的便利。后续数据的存储、管理规范还需进一步完善，分析使用尚需完善加强[4]。

（3）智能张拉是一种有效的提高工程建造效率、保证工程安全的新型工程控制手段，要有效满足工程建设的实际需求，还需考虑其性价比和耐用性。

5 结束语

通过郑万铁路河南段智能张拉技术的应用，可见智能张拉比传统张拉更能保证预应力工程设计目标的精准实现。智能张拉施工使桥体的承重能力更加接近理论水平，使桥梁的耐用性更加长久可靠。可见，推广预应力智能张拉技术在很大程度上能够保证工程的质量安全，对工程质量建设有较大的提升。智能化施工技术是高铁建设发展的必然趋势，预应力智能张拉技术在郑万铁路的全面推广与应用，标志着我国高铁的建设向着“数字高铁”“智能高铁”的目标又踏出坚实的一步。