350km/h的速度下,高铁基础是怎样炼成的?

【字体: 收藏 打印文章


两会期间,李克强总理在《政府工作报告》中明确提出:“推进基础设施建设,铁路投资要保持在8000亿元人民币以上,新投产里程8000km以上,高速铁路运营里程达1.6km,占世界的60%以上”——中国已经全面进入“高铁时代”,而高铁技术也已经成为让总理充满自信向世界推销的中国经济新名片。

高铁技术是一套复杂的系统技术,不仅包含机车制造技术、信号指挥系统,还包括对高铁高速、稳定、安全运行至关重要的路轨技术,是高铁技术中最为基础也是与安全息息相关的重要技术。这是一个工程机械大显身手的领域,尤其是在其中的混凝土施工部分,更是充分体现我国在基础设施建设领域多年积淀的扎实功底。

高强度等级混凝土带来的挑战

我们选择了号称“超级高铁”的南广、贵广铁路(其铁路桥和隧道在总里程中的占比高达83%),作为探访对象,对高铁的基础施工一寻究竟。

来到南广铁路南宁中央枢纽衔接梁项目部,负责该项目的中铁十二局李部长介绍道,这个路段建成后将贯通六条高速铁路,行车密度相当大,路轨载荷和所受冲击也更大。因此整体都采用了C50C60的高强度混凝土浇筑。C50C60代表了混凝土的标号,数值越高,强度越大,但同时其质地也会越粘稠,施工的技术难度就集中在了如何对混凝土进行“泵送”的环节。

“混凝土泵车的能耐就体现在这里。”李部长这样介绍。据了解,当时进行现场浇筑的桥墩,是使用强度等级更高的C60混凝土,而且必须保证一次浇筑成功,就意味着泵车要连续作业40h,泵送1000m3高强度等级混凝土——当时这个严苛的施工要求吓退了很多做泵车租赁的公司。工期逐渐逼近,就在大家一筹莫展的时候,李部长了解到:广西南宁申联达公司打高标号混凝土很在行,他当场拍板找到早联达公司进行合作。很快,1000m3混凝土,只用了4台泵车同时施工,不到10h就全部完成。

申联达公司派出的泵车,全部都是一家公司的产品,这家公司就是徐州徐工施维英机械有限公司。这是一家拥有中、德双方混凝土机械优良血统的合资公司。据悉,该公司此轮合资之后,首先在技术领域进行了深度融合,打造了兼具双方优势的技术平台,仅泵送一类产品,就突破了八大核心技术,取得了数十项关键技术创新。产品的核心关键部件中心泵、料斗等的优化改善带来了更强劲的吸料能力,更高效的泵送能力。操作人员告诉我们,徐工施维英的泵车,即使打粘稠的高标号混凝土也比市场上其他产品平均快了10%20%

(南宁中央枢纽衔接梁建设工地)

连续、可靠的施工至关重要

在施工现场,李部长告诉我们,在浇筑混凝土结构件的过程中,如果出现停顿,在混凝土表面稍稍凝固后再次浇筑,就会在两次浇筑的临界面上形成细小的断层。这种断层会造成混凝土基础在承载性、安全性、稳定性、防水性、耐用性上大打折扣,一旦所受冲击过大,就很容易发生断裂,给高速运行的高铁带来的破坏是毁灭性的。因此,无论是现场浇筑,还是工厂预制,都必须保证一次成型,如果过程中因泵车故障停工,大段的桥墩或预制的箱梁都只能砸掉重新浇筑。而且越高标号的混凝土,凝固速度越快,一旦停工就几乎没有补救的可能。“所以,泵车的可靠性就非常重要。”在贵港负责预制箱梁生产的张部长如此强调。

张部长说:“南广高铁,从贵港到桂平这一段所用的箱梁,90%都是由两台徐工施维英的泵车浇筑的,一共用时30多个月,1000多天,日夜连轴作业。这么高强度的施工,一点篓子都没出,性能非常可靠,让人很省心。”是什么样的技术保证了泵车连续施工不出故障呢?一名操作泵车的工人告诉我们,在泵送过程中的故障,多源于换向部件。国内泵车大多采用电液换向技术,但是电气元件极不稳定,很容易出现故障。而徐工施维英泵车采用的是由德国施维英首创的“全液压换向控制技术”,实现了换向信号完全由液压部件完成,没有任何电气元件的参与,更加可靠。

这名工人还介绍到,打高标号混凝土时,泵车输送管的进料率比打低标号混凝土时降低很多,这样就会造成大量空气进入输送管,加大对臂架的冲击,整车稳定性会因此受到较大影响,从而降低布料精准度,也会加大使用者的工作强度。而徐工施维英的泵车在这一点上表现也比较好。据现场技术人员介绍,那是因为徐工施维英的泵车应用了一种MPS缓冲技术和智能减震技术,能使换向冲击降低80%,整车震动减少50%,泵送效率提升6%,上下和左右的幅度能控制在200mm以内,旋转摆动幅度能控制在300mm以内,布料相当精准,省时省力。

(南广高铁“贵港至桂平”一段建设工地)

灵活、环保、自适应,泵车也“智能”

高铁沿线两侧大多人烟罕至、城镇化进程不高,以原始的土壤地面居多,要满足泵车作业要求必须对地面进行平整加固。如果泵车臂架的有效布料范围小,一次支车作业满足的区域小,在施工时必然要频繁挪动车辆,需要对更多地面进行平整加固,浪费大量时间和精力。

以喀斯特和丘陵地貌为主的南广、贵广高铁沿途,地面起伏不平、土层松软,适合作业的地面少,平整加固的难度大,同时,铁路桥施工现场桥墩林立、障碍重重,泵车臂架要穿过障碍才能顺利施工,因此泵车臂架必须更加灵活,能够在更小、更矮、更复杂的作业环境中实现更广泛、快速的布料。

南广和贵广高铁施工一般采用中大米数泵车,在相同米数下,泵车臂架的节数越多、单节臂越短,臂架越灵活。市场上,50m级(5060m)的泵车一般采用六节臂设计,只有徐工施维英的泵车采用起七节臂设计,同等米数下有效布料半径扩大4m,减少了布料死角,避免了频繁挪动车辆。对67m以上的泵车,徐工施维英还独创了“RZR”型展臂模式,有效降低了对作业空间的需求,在低矮、狭窄的环境中仍能顺利展臂,精准布料。

当然,泵车多一节臂不是简单的除法,它需要解决很多难题。因为每多一节臂,泵车都要多一套起升油缸等部件,导致整车重量增大,这反而会降低泵车灵活度、增加燃油等使用成本。一位做泵车租赁的老板告诉我们,同等米数下,徐工施维英七节臂的泵车比其他公司六节臂的泵车还要轻,用着更加灵活省油。我们了解到,徐工施维英拥有行业领先的轻量化设计技术和第三代工况自适应技术,不仅设计生产出3桥全球最长52m泵车、458m弧形支腿泵车、全球最大米数67mX支腿泵车等极致产品,而且每一台泵车都够根据当前工况,自动调整作业模式,让整车始终处在最节油的工作模式下,更加节能环保。