穿隧道架梁的高速鐵路900 t架橋機(jī)研制

代　宇，陳德利，張艷麗

(鄭州新大方重工科技有限公司，鄭州　450064)

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穿隧道架梁的高速鐵路900 t架橋機(jī)研制

代宇，陳德利，張艷麗

(鄭州新大方重工科技有限公司，鄭州450064)

為了更好地適應(yīng)我國(guó)高速鐵路建設(shè)需求，在不犧牲普通運(yùn)架分離式架橋機(jī)的正常施工工效的前提下，滿(mǎn)足高速鐵路建設(shè)過(guò)程中西南山區(qū)出現(xiàn)的多橋隧相連的工況，以滬昆高速鐵路貴州凱里段為依托，研制穿隧道架梁的900 t架橋機(jī)。施工過(guò)程中，架橋機(jī)與配套運(yùn)梁車(chē)配合，自助、高效地完成架梁狀態(tài)與通過(guò)隧道狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)隧道出口近距離架梁，并在普通工況下實(shí)現(xiàn)高效施工，完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，滿(mǎn)足施工需求。該架橋機(jī)的研制成功，不僅解決了目前我國(guó)西南山區(qū)高速鐵路建設(shè)的燃眉之急，為新型架橋機(jī)的研制提供可靠的理論、實(shí)踐依據(jù)，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)大量閑置架橋機(jī)的改造提供了參考樣本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

900 t架橋機(jī)；穿隧道；隧道出口；O形腿收放；運(yùn)梁車(chē)；高速鐵路

1　研制背景

隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的不斷推進(jìn)，高速鐵路橋梁的架橋機(jī)架設(shè)工況也愈加復(fù)雜，尤其是在西南山區(qū)的高速鐵路建設(shè)過(guò)程中遇到了越來(lái)越多的橋隧相連工況[1-3]，在此工況下不但要求架橋機(jī)能夠在運(yùn)梁車(chē)的輔助下穿越隧道，更要在隧道出口近距離架梁，同時(shí)要求架橋機(jī)在能夠適應(yīng)此工況的前提下有效保證正常工況的施工效率。

目前我國(guó)高速鐵路建設(shè)市場(chǎng)上絕大多數(shù)的運(yùn)架分離式架橋機(jī)無(wú)法適應(yīng)橋隧相連穿隧道架梁工況[4]，無(wú)論是早期的導(dǎo)梁式架橋機(jī)[5]還是近期應(yīng)用廣泛的兩跨式架橋機(jī)[6]都無(wú)法滿(mǎn)足穿越隧道架梁的工況要求；一小部分能夠適應(yīng)該工況的架橋機(jī)在該工況下施工時(shí)不是施工效率低(一個(gè)周期多則10 d，少則7 d)[7]，就是需要大量的輔助吊裝設(shè)備(很多情況下隧道出口不具備輔助吊裝設(shè)備的站位條件)配合完成隧道出口架梁[8]；雖然運(yùn)架一體機(jī)可適應(yīng)該工況，但由于經(jīng)濟(jì)性差，存在標(biāo)準(zhǔn)工況下施工效率低，無(wú)法滿(mǎn)足工期需求等短板[9]，應(yīng)用范圍也不足以滿(mǎn)足目前國(guó)內(nèi)高速鐵路建設(shè)需求。

所以，高速鐵路施工中急需能夠適應(yīng)在隧道出口近距離架梁的同時(shí)又能保證標(biāo)準(zhǔn)工況施工效率的900 t架橋機(jī)，正是在此種背景下，我公司研制了一種新型穿隧道架梁的900 t架橋機(jī)。

2　研制的總體思路

根據(jù)高速鐵路900 t箱形梁架設(shè)施工的實(shí)際需求，該架橋機(jī)首先要能夠保證在標(biāo)準(zhǔn)工況下施工的安全、高效，同時(shí)要求架橋機(jī)在隧道前完成末跨施工后，能夠自助、高效地完成由架梁狀態(tài)到運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；運(yùn)梁車(chē)在馱運(yùn)架橋機(jī)通過(guò)隧道后，要求架橋機(jī)能夠自助、高效地從馱運(yùn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到架梁狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)在隧道出口處架梁。如要在此施工過(guò)程中順利實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)[5]，不但對(duì)架橋機(jī)本身性能要求極高，同時(shí)對(duì)與其配合施工的運(yùn)梁車(chē)要求亦高。圖1為穿隧道架梁900 t架橋機(jī)結(jié)構(gòu)。

圖1　穿隧道架梁900 t架橋機(jī)結(jié)構(gòu)(單位：mm)

3　主要技術(shù)參數(shù)

3.1線(xiàn)路參數(shù)

目前我國(guó)高速鐵路建設(shè)中所涉及到的隧道半徑絕大部分是這2種規(guī)格：

R=6 650 mm(對(duì)應(yīng)時(shí)速350 km，混凝土梁高3 050 mm)[10]；

R=6 410 mm(對(duì)應(yīng)時(shí)速250 km，混凝土梁高3 050 mm)[11]。

3.2架橋機(jī)參數(shù)

隧道進(jìn)口架梁距離：≥0 m；

隧道出口架梁距離：≥4.5 m(含橋臺(tái))；

工效：24 h(隧道前末跨施工完成至具備隧道出口架梁條件，不含運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)架橋機(jī)通過(guò)隧道時(shí)間)。

3.3運(yùn)梁車(chē)參數(shù)

車(chē)高：H≤1 600 mm(隧道半徑R=6 410 mm)；

車(chē)高：H≤2 250 mm(隧道半徑R=6 650 mm)。

4　架橋機(jī)工作原理

4.1架梁

架橋機(jī)前支腿墩頂站位，中支腿橋頭站位，前、后天車(chē)在前跨就位，后支腿向前方翻轉(zhuǎn)90°后鎖定，讓出運(yùn)梁車(chē)運(yùn)梁通道，運(yùn)梁車(chē)攜梁及輔助支腿進(jìn)入架橋機(jī)后跨腹內(nèi)就位，輔助支腿向上頂起架橋機(jī)主梁尾部，前、后天車(chē)運(yùn)行至后跨提梁位置并提梁，前、后天車(chē)同步提梁至前跨后落梁，完成1孔梁的架設(shè)；

4.2過(guò)孔

架橋機(jī)前后天車(chē)落梁，輔助支腿脫空，運(yùn)梁車(chē)攜輔助支腿退回梁場(chǎng)運(yùn)梁，將后支腿向下翻轉(zhuǎn)并在橋面支撐，前、后天車(chē)拆除吊具后退回至架架橋機(jī)尾部，鋪設(shè)架橋機(jī)中、后支腿走行軌道，中支腿轉(zhuǎn)換為過(guò)孔模式，脫空前支腿，架橋機(jī)在中支腿下部走行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下向前縱移1孔到位。前支腿墩頂支撐，中支腿轉(zhuǎn)換為架梁模式，前后天車(chē)運(yùn)行至前跨，后支腿向上翻轉(zhuǎn)固定，架橋機(jī)轉(zhuǎn)換為架梁模式，完成一次過(guò)孔作業(yè)。

本架橋機(jī)標(biāo)準(zhǔn)工況與隧道口架梁工況工作原理相同。

5　關(guān)鍵技術(shù)

架橋機(jī)成功與否，關(guān)鍵是架橋機(jī)各工況狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換(從架梁狀態(tài)轉(zhuǎn)換至運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)通過(guò)隧道狀態(tài)，到達(dá)隧道出口后再轉(zhuǎn)換至架梁狀態(tài))過(guò)程是否能夠安全、高效且自助的實(shí)現(xiàn)，這其中涉及到以下關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

5.1中支腿設(shè)計(jì)

中支腿自助收放功能的實(shí)現(xiàn)是本架橋機(jī)成敗的關(guān)鍵，中支腿無(wú)論是寬度、還是高度方向在架梁狀態(tài)都無(wú)法滿(mǎn)足通過(guò)隧道的需求，因此中支腿的設(shè)計(jì)為架橋機(jī)關(guān)鍵部件之一。

本架橋機(jī)的設(shè)計(jì)方案是，利用布置在前天車(chē)前方的起吊機(jī)構(gòu)吊起中支腿馬鞍上橫梁(上橫梁與立柱之間為斜口法蘭連接，便于拆裝)，馬鞍立柱利用液壓缸作為動(dòng)力將其向主梁巷內(nèi)橫向翻轉(zhuǎn)放倒。如圖2所示。

圖2　前天車(chē)提中支腿馬鞍上橫梁

中支腿下橫梁利用天車(chē)提起(下橫梁與支撐曲臂之間為斜口法蘭連接，便于拆裝)后固定在支腿后方1.5 m處的主梁上。如圖3所示。

圖3　中支腿馱運(yùn)狀態(tài)

上、下兩節(jié)支撐曲臂以及上曲臂與主梁外側(cè)腹板之間均采用法蘭連接，同時(shí)設(shè)置旋轉(zhuǎn)銷(xiāo)，拆除上曲臂與主梁外側(cè)腹板的連接后利用液壓缸作為動(dòng)力推動(dòng)上下兩節(jié)曲臂向前方翻轉(zhuǎn)90°，拆除上下節(jié)曲臂之間的連接螺栓，利用電動(dòng)倒鏈將下曲臂向上方提起，下曲臂繞旋轉(zhuǎn)銷(xiāo)向上翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)至其距離地面的凈空大于隧道內(nèi)電纜溝槽墻的高度[3]，中支腿通過(guò)隧道前及隧道內(nèi)狀態(tài)如圖4所示。由此，架橋機(jī)可自助完成中支腿的收起，反之，在隧道出口出，架橋機(jī)自助完成中支腿的展開(kāi)。展開(kāi)過(guò)程中需注意的是，應(yīng)先完成支腿下橫梁的安裝，最后拼裝馬鞍梁的上橫梁，否則可能出現(xiàn)支腿下橫梁無(wú)法安裝到位的情況。

圖4　中支腿通過(guò)隧道狀態(tài)

5.2后跨支撐設(shè)計(jì)

由架橋機(jī)結(jié)構(gòu)總圖可見(jiàn)，隧道出口出架梁時(shí)，運(yùn)梁車(chē)需在隧道內(nèi)完成架橋機(jī)后跨喂梁，故后跨喂梁時(shí)架橋機(jī)支撐設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵點(diǎn)之一。

本架橋機(jī)設(shè)計(jì)方案，主梁后部距中支腿26.4 m處布置可翻轉(zhuǎn)后支腿，運(yùn)梁車(chē)喂梁時(shí)后支腿由油缸驅(qū)動(dòng)向前方翻轉(zhuǎn)90°，讓開(kāi)喂梁空間，喂梁完成后支腿恢復(fù)支撐狀態(tài)，同時(shí)作為架橋機(jī)過(guò)孔時(shí)的輔助支撐。如圖5所示。

圖5　運(yùn)梁車(chē)喂梁后支腿翻轉(zhuǎn)狀態(tài)

由于隧道內(nèi)喂梁過(guò)程中，后支腿處于翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，架橋機(jī)主梁后跨懸臂，無(wú)法實(shí)現(xiàn)天車(chē)提梁，故在運(yùn)梁車(chē)尾部布置輔助支腿，即運(yùn)梁車(chē)喂梁到位后，輔助支腿頂起架橋機(jī)主梁尾部，滿(mǎn)足前后天車(chē)后跨提梁需求。

5.3架橋機(jī)主梁設(shè)計(jì)

架橋機(jī)主梁作為整機(jī)的主承載結(jié)構(gòu)，其高度的設(shè)計(jì)涉及其自身的強(qiáng)度、剛度要求[12-13]，同時(shí)又要滿(mǎn)足隧道高度方向的限界要求，又要有合理的經(jīng)濟(jì)性，所以主梁材質(zhì)的選擇、截面的設(shè)計(jì)相當(dāng)關(guān)鍵，本架橋機(jī)設(shè)計(jì)利用多重手段，多人復(fù)核，并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，充分保證了主梁截面選擇的合理性。

5.4運(yùn)梁車(chē)設(shè)計(jì)

作為架橋機(jī)架梁的配套裝備，同樣是本方案成敗的關(guān)鍵因素之一。

運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)架橋機(jī)時(shí)，運(yùn)梁車(chē)前端布置馱運(yùn)支架支撐架橋機(jī)主梁中部，架橋機(jī)前、后天車(chē)在后跨站位，由布置在運(yùn)梁車(chē)尾部的輔助支腿支撐。很明顯，此時(shí)架橋機(jī)80%的荷載作用在運(yùn)梁車(chē)前端馱運(yùn)支架上[3]，馱運(yùn)過(guò)程中造成運(yùn)梁車(chē)后方正壓力不足，導(dǎo)致輪胎打滑；反之，在前、后天車(chē)后跨提梁工況，運(yùn)梁車(chē)尾部承受絕大部分荷載，造成運(yùn)梁車(chē)前端向上抬起，壓縮了混凝土梁通過(guò)中支腿的有效空間[14]。

本運(yùn)梁車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了以上兩點(diǎn)，利用在運(yùn)梁車(chē)尾部增加配重加大架橋機(jī)馱運(yùn)過(guò)程中運(yùn)梁車(chē)尾部正壓力不足導(dǎo)致運(yùn)梁車(chē)打滑的問(wèn)題[15]；準(zhǔn)確計(jì)算得到了運(yùn)梁車(chē)在提梁工況下前方抬頭的距離，充分預(yù)留了混凝土梁通過(guò)空間。運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)架橋機(jī)走行見(jiàn)圖6。

圖6　運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)架橋機(jī)走行狀態(tài)

6　架橋機(jī)應(yīng)用情況

該型架橋機(jī)設(shè)計(jì)制造完成后，首次應(yīng)用于中交隧道局承建的滬昆高速鐵路貴州凱里段，本標(biāo)段設(shè)計(jì)時(shí)速350 km，隧道截面半徑6 650 mm，共有箱梁127孔，共有隧道15處，需要在出口處架梁的隧道6處，其中大樹(shù)腳2號(hào)隧道出口距橋頭僅為4.5 m，其中部分橋臺(tái)處于隧道內(nèi)。如圖7所示。

本標(biāo)段施工過(guò)程中，架橋機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)工況下架梁效率達(dá)到2孔/d(平均運(yùn)距8 km)，與國(guó)內(nèi)普通運(yùn)架分離式架橋機(jī)工效相等；而在特殊工況下，中支腿收起及展開(kāi)過(guò)程合計(jì)僅需8 h，整個(gè)通過(guò)隧道并達(dá)到隧道出口架梁條件時(shí)間最多23 h；架橋機(jī)安全、高效、自助地完成了整個(gè)標(biāo)段施工。充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖，展示了架橋機(jī)自身的優(yōu)越性能。

圖7　滬昆高鐵大樹(shù)腳2號(hào)隧道口架梁現(xiàn)場(chǎng)

7　結(jié)論與展望

該型穿隧道架梁的900 t架橋機(jī)兼顧了普通分體式架橋機(jī)的所有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具備了隧道出口近距離架梁的及通過(guò)的功能，且效率極高。

該架橋機(jī)在完成本項(xiàng)目施工后又參與完成了滬昆鐵路云南曲靖段、渝萬(wàn)鐵路三標(biāo)段等多處架梁任務(wù)。本架橋機(jī)的成功應(yīng)用，不僅為新型架橋機(jī)的設(shè)計(jì)提供了可靠的理論依據(jù)，考慮到目前我國(guó)高速鐵路建設(shè)市場(chǎng)上百套的運(yùn)架設(shè)備，本架橋機(jī)的成功應(yīng)用對(duì)現(xiàn)有運(yùn)架分離式架橋機(jī)的改造也有巨大的參考價(jià)值及經(jīng)濟(jì)效益。

[1]張志華，等.DCY900型輪胎式運(yùn)梁車(chē)技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告[R].鄭州：鄭州大方橋梁機(jī)械有限公司，2004.

[2]周治國(guó)，陳德利，陳浩.DF900D導(dǎo)梁式定點(diǎn)起吊架架橋機(jī)通過(guò)隧道及隧道口架梁技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(3)：37-45.

[3]陳浩，等.DF900D型導(dǎo)梁式定點(diǎn)起吊架架橋機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告[R].鄭州：鄭州大方橋梁機(jī)械有限公司，2004.

[4]陳浩，張志華，吳耀輝，等.DF900D型導(dǎo)梁式定點(diǎn)起吊架架橋機(jī)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(3)：10-12.

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[8]唐經(jīng)世.高速鐵路900 t級(jí)輪胎式運(yùn)梁車(chē)的設(shè)計(jì)思考[J].工程機(jī)械，2005(6)：36-38.

[9]于文濤，薛澤民，洪彩葵.客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)900 t過(guò)隧道架架橋機(jī)的特點(diǎn)及作業(yè)流程[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007(11)：33-38.

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Development of 900 t Though-tunnel Bridge Girder Erecting Machine

DAI Yu，CHEN De-li，ZHANG Yan-li

(Zhengzhou New Dafang Heavy Industry Science & Technology Co.，Ltd.，Zhengzhou 450064，China)

In order to satisfy the needs of high-speed rail construction in China without sacrificing the normal construction efficiency of ordinary transport-erection separated erecting machine，the 900 t erecting machine with girder erection capability through tunnel is developed based on the section of Guizhou Kaili on Shanghai-Kunming railway for high-speed railway construction in Southwest Mountains where tunnels and bridges are closely connected.In the construction process，the erecting machine and supporting beam carrier are coordinated to fulfill automatically and effectively girder erection and tunnel passing to allow immediate girder erection at the tunnel exit.Efficient construction is obtained under the general conditions to fulfill design goal and satisfy construction requirements.The development of this erecting machine can not only resolve the urgent needs of current high-speed railway construction in mountain areas of southwest China，but also provide reliable theory and practical basis for the development of new erecting machines.Meanwhile，it provides

for the reconstruction of a large number of idle bridge machines and sees significant economic benefits.

900 t bridging machine; Tunnel passing; Tunnel exit; O shaped retractable legs; Girder transporting vehicle; High-speed railway

2016-01-02；

2016-04-11

代宇(1977—)，男，工程師，2007年畢業(yè)于華北水利水電大學(xué)機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail：daiyu@zzdf.cn。

1004-2954(2016)10-0054-04

U445.36

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.10.013