240 t級(jí)U型梁運(yùn)架設(shè)備研制與應(yīng)用

張兆欽

(中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司 山東濟(jì)寧 272117)

1 研制背景

近年來，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模建設(shè)，在城際軌道交通高架橋建設(shè)過程中，U型梁做為一種下承式結(jié)構(gòu)梁，其相對(duì)于傳統(tǒng)的T型梁和箱型梁具有環(huán)保節(jié)能、外形美觀、運(yùn)營(yíng)成本低、系統(tǒng)先進(jìn)高效等特點(diǎn)，目前已在上海、南京和重慶等城軌交通領(lǐng)域應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)城際軌道交通領(lǐng)域尚處于推廣階段[1]。

在軌道交通建設(shè)中，傳統(tǒng)U型梁架設(shè)直接采用吊車吊裝或者輪軌運(yùn)架設(shè)備架設(shè)[2]。吊車吊裝受地理?xiàng)l件影響，特別河道較多地區(qū)，而輪軌式運(yùn)架需要鋪設(shè)長(zhǎng)距離軌道，運(yùn)梁速度慢，運(yùn)輸和架設(shè)坡度適應(yīng)性差，適應(yīng)梁型單一，使得U型梁運(yùn)架成本和施工時(shí)間大大增加。傳統(tǒng)施工方式都存在施工局限、施工成本高和效率低下等缺點(diǎn)[3]。

青島藍(lán)色硅谷軌道交通快線又名青島軌道R1線，連接青島主城區(qū)與藍(lán)色硅谷核心區(qū)。該工程南起于苗嶺路站，北至即墨市王村新城的鹽田東站，線路全長(zhǎng)59.2 km。該工程全線主要以高架橋架設(shè)方式為主，橋梁上部結(jié)構(gòu)全部采用U型梁設(shè)計(jì)[4]。整個(gè)工程中鐵十四局集團(tuán)承擔(dān)了約1 200片U型梁的預(yù)制架設(shè)任務(wù)，施工線路復(fù)雜，坡度大、曲線段多、沿線河流多及工期短任務(wù)重，若采用傳統(tǒng)方式，不能滿足線路施工要求。如何安全高效滿足工程要求，是需要研究的重要課題。為此聯(lián)合鄭州新大方重工科技有限公司研制了240 t級(jí)U型梁運(yùn)架設(shè)備，該設(shè)備采用運(yùn)架分離施工，輪胎式運(yùn)梁車橋上運(yùn)梁，配合架橋機(jī)架梁。相比傳統(tǒng)方式，該套設(shè)備不受制于地理環(huán)境，適應(yīng)坡度大、施工速度快、適應(yīng)梁型多樣，可大大提高施工效率和設(shè)備應(yīng)用范圍。

2 240 t級(jí)U型梁運(yùn)架設(shè)備組成

240 t級(jí)U型梁運(yùn)架設(shè)備由DCY240輪胎式運(yùn)梁車和DF240架橋機(jī)組成，施工過程兩者配合使用。

2.1 DCY240輪胎式運(yùn)梁車

DCY240輪胎式運(yùn)梁車整機(jī)分為前車(接近架橋機(jī))、后車兩部分，主要由車架、液壓懸掛、驅(qū)動(dòng)橋、制動(dòng)橋、從動(dòng)橋、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、空氣制動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前車液壓泵站等組成。運(yùn)梁車總體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 DCY240輪胎式運(yùn)梁車總體結(jié)構(gòu)(單位：mm)

2.1.1 DCY240輪胎式運(yùn)梁車技術(shù)特點(diǎn)

(1)整機(jī)采用輪胎式走行，接地比壓小，適應(yīng)路面強(qiáng)，懸掛輪組為單輪胎承載，寬度窄，適應(yīng)有預(yù)埋鋼筋的狹小空間的橋面運(yùn)行。

(2)整機(jī)采用液壓懸掛、液壓分組，可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)三四點(diǎn)分組。運(yùn)架U型梁采用三點(diǎn)分組，避免U型梁受扭；馱運(yùn)架橋機(jī)時(shí)采用四點(diǎn)分組，增強(qiáng)整機(jī)穩(wěn)定性。

(3)整機(jī)采用微電控制液壓連桿轉(zhuǎn)向，可以實(shí)現(xiàn)直行和八字轉(zhuǎn)向，前后車可以單獨(dú)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)彎半徑小，方便配合架橋機(jī)進(jìn)行小曲線喂梁[5]。

(4)整機(jī)采用分布式動(dòng)力和集中驅(qū)動(dòng)布置，前車動(dòng)力僅為前車提供轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，后車動(dòng)力提供后車轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，并為整機(jī)走行提供動(dòng)力。簡(jiǎn)化整機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，提高了整機(jī)運(yùn)行同步性。

(5)整機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)空載5 km/h、重載3 km/h，縱坡4%，無極調(diào)速，牽引力大，爬坡能力強(qiáng)。

(6)整機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)配合電機(jī)驅(qū)動(dòng)的架橋機(jī)天車喂梁，適應(yīng)坡度大、速度快。

(7)整機(jī)前后車分開，自重低、軸載小，方便縱梁調(diào)整，適應(yīng)梁型長(zhǎng)度更廣泛。

2.1.2 DCY240輪胎式運(yùn)梁車主要技術(shù)參數(shù)

額定運(yùn)載重量:240 t；

車輛自身質(zhì)量:70 t；

總質(zhì)量:310 t；

輪系:2縱列20軸線；

驅(qū)動(dòng)懸掛:6套；

制動(dòng)懸掛:18套；

從動(dòng)懸掛:16套；

空載平地車速:0～5 km/h；

滿載平地車速:0～3 km/h；

滿載爬坡車速:0～1 km/h；

配合架橋機(jī)喂梁速度:0～3 m/min；

適應(yīng)縱坡:4%；

適應(yīng)橫坡:3%；

整機(jī)功率:后車166 kW、前車39 kW；

外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高):44.5 m×5.9 m×2.8 m(中位)；

懸掛升降:±200 mm；

接地比壓:0.72 MPa；

轉(zhuǎn)向角度:±30°；

轉(zhuǎn)彎半徑:外47 m、內(nèi)35.5 m。

2.2 DF240架橋機(jī)

DF240架橋機(jī)由雙組合桁架梁及聯(lián)系梁組成的主梁、前支腿、中支腿、后支腿、前天車、后天車、過孔橫梁、附屬結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等組成[6-8]。架橋機(jī)總體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 DF240架橋機(jī)總體結(jié)構(gòu)(單位：mm)

2.2.1 DF240架橋機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

(1)采用組合桁架兩跨半主梁和三支腿兩天車系統(tǒng)，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。

(2)主梁在過孔及架梁工況均為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，受力明確、安全性高。

(3)架橋機(jī)整機(jī)過孔是由運(yùn)梁車后天車配合中支腿托輥完成。運(yùn)梁車不但對(duì)線路曲線適應(yīng)能力強(qiáng)，而且有效降低對(duì)槽型混凝土梁的正壓力，也為架橋機(jī)過孔節(jié)約了一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)效益好。

(4)中支腿支撐主梁的上下兩層橫梁可相對(duì)橫向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，便于實(shí)現(xiàn)線路小曲線架設(shè)。

(5)天車可橫移，利用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)、精確度高。

(6)天車吊具可橫向折疊，便于天車取、落梁。

(7)過孔采用輪軌、托輥技術(shù)，連續(xù)性好、方便快捷。

(8)架橋機(jī)過孔、前后天車走行均采用變頻技術(shù)，啟動(dòng)、制動(dòng)平穩(wěn)；整機(jī)采用遙控器控制，便于操作。

(9)液壓系統(tǒng)采用獨(dú)立單元設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化和模塊化，減少沿程損失和功率損耗，方便維修和搬運(yùn)。

(10)設(shè)備操作配置遙控，可以實(shí)現(xiàn)就近操作，避免因視線不同、溝通不暢、判斷失誤等因素造成的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 DF240架橋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

架設(shè)跨度:18 m、25 m、30 m；

天車數(shù)量:2個(gè)；

單天車起吊能力:120 t；

天車起升速度:重載0.5 m/min、空載1 m/min；

天車縱移行走速度:重載3 m/min、空載6 m/min；

天車橫移速度:0.33 m/min；

整機(jī)縱移過孔速度:4.2 m/min；

起升高度:7 m；

天車橫移范圍:±3 m；

適應(yīng)曲線:R≥300 m；

適應(yīng)坡度:縱坡3%、橫坡3%；

喂梁方式:運(yùn)梁車配合喂梁；

夜間施工照明:滿足夜間作業(yè)需要；

裝機(jī)容量:75 kW；

發(fā)電機(jī)組功率:100 kW；

整機(jī)自重:207 t；

外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高):64 m×13.2 m×10.8 m；

控制方式:遙控。

3 施工流程

整套設(shè)備施工流程分為架梁、架橋機(jī)過孔、架橋機(jī)變小跨、架橋機(jī)變大跨[9-10]。

3.1 架梁流程

步驟一:

(1)架橋機(jī)空載，運(yùn)梁車運(yùn)梁到位；

(2)架橋機(jī)準(zhǔn)備架梁；

(3)前天車安裝吊具、提梁。

步驟二:

(1)前天車提梁與后運(yùn)梁車同步前進(jìn)到位后停車；

(2)后天車安裝吊具、提梁；

(3)運(yùn)梁車返回梁廠取梁。

步驟三:

(1)前、后天車提梁縱移到位；

(2)前、后天車攜梁橫移、對(duì)位、落梁；

(3)架橋機(jī)完成一幅梁的架設(shè)。

步驟四:

(1)前、后天車退回原架橋機(jī)空載待架梁位置；

(2)架橋機(jī)重復(fù)步驟一至步驟三(運(yùn)梁車在橋面等待配合過孔)；

(3)架橋機(jī)架設(shè)完成另一幅梁，架橋機(jī)準(zhǔn)備過孔。

3.2 過孔流程

(1)運(yùn)梁車運(yùn)梁進(jìn)入架橋機(jī)；

(2)前天車吊過孔橫梁與主運(yùn)梁車連接；

(3)前天車吊中支腿向前運(yùn)行；

(4)前天車吊中支腿向前運(yùn)行30 m，到達(dá)前支腿后方；

(5)前天車回到后天車附近；

(6)前后支腿收起，主運(yùn)梁車推動(dòng)架橋機(jī)主梁向前運(yùn)行30 m，前支腿到達(dá)前方蓋梁；

(7)前天車吊過孔橫梁放置于中支腿位置，并回到吊梁位置。

此時(shí)，過孔完成，準(zhǔn)備架梁。

3.3 架橋機(jī)變小跨流程(30 m變25 m)

步驟一:

(1)運(yùn)梁車與架橋機(jī)機(jī)臂連接；

(2)按標(biāo)準(zhǔn)施工流程過孔；

(3)前、中支腿及運(yùn)梁車支撐架橋機(jī)。

步驟二:

(1)利用倒鏈將后天車與后支腿連接；

(2)脫空后支腿，后天車吊運(yùn)到25 m梁架設(shè)安裝位；

(3)變跨流程結(jié)束；

(4)運(yùn)梁車返回取梁，架橋機(jī)準(zhǔn)備架梁。

3.4 架橋機(jī)變大跨流程(25 m變30 m)

步驟一:

(1)架橋機(jī)配合運(yùn)梁車架完一孔梁；

(2)準(zhǔn)備過孔。

步驟二:

(1)架橋機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)流程過孔；

(2)前、中支腿及運(yùn)梁車支撐架橋機(jī)；

(3)天車與后支腿連接。

步驟三:

(1)后天車吊運(yùn)后支腿到架設(shè)30 m梁安裝位；

(2)變跨結(jié)束。

4 關(guān)鍵技術(shù)

(1)運(yùn)梁車采用分布式動(dòng)力系統(tǒng)和集中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置，前車動(dòng)力系統(tǒng)僅為前車提供轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，后車動(dòng)力系統(tǒng)提供后車轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，并為整機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力。簡(jiǎn)化整機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，提高了整機(jī)運(yùn)行同步性。

(2)懸掛輪組為單輪胎承載，寬度窄，適應(yīng)有預(yù)埋鋼筋的狹小空間的橋面運(yùn)行，見圖3。

(3)運(yùn)梁車配置有超聲波測(cè)距裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)車輛中心與道路中心的間距，自動(dòng)修正走行輪轉(zhuǎn)角，保證運(yùn)梁車沿道路中心行走，避免運(yùn)梁車運(yùn)行過程中偏移路線碾壓預(yù)埋鋼筋。

圖3 運(yùn)梁車運(yùn)梁斷面

(4)運(yùn)梁車采用液壓懸掛、液壓分組，軸載均勻，可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)三四點(diǎn)分組，運(yùn)架U型梁采用三點(diǎn)分組，避免U型梁受扭；馱運(yùn)架橋機(jī)時(shí)采用四點(diǎn)分組，增強(qiáng)整機(jī)穩(wěn)定性。

(5)架橋機(jī)吊機(jī)通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)四點(diǎn)起升、三點(diǎn)平衡，U箱梁起吊受力明確。

(6)架橋機(jī)吊具由滑輪組、吊具支架和小吊具等組成。小吊具通過銷軸與吊具支架連接，吊梁完成后，吊具旋轉(zhuǎn)，從已架好梁內(nèi)升起吊具，見圖4。

圖4 吊具及工作狀態(tài)

(7)小吊具上安裝有扁擔(dān)梁，扁擔(dān)梁與小吊具通過銷軸連接。該銷軸孔為長(zhǎng)圓孔，扁擔(dān)梁會(huì)隨著吊梁尺寸的變化而相應(yīng)移位以適應(yīng)吊梁孔的變化以及不同梁型的吊裝。

(8)運(yùn)梁車與架橋機(jī)配合喂梁，采用液壓驅(qū)動(dòng)輪胎走行與電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪軌同步控制喂梁技術(shù)[11-12]。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

青島藍(lán)色硅谷軌道交通快線，中鐵十四局集團(tuán)承擔(dān)了約1 200片U型梁的預(yù)制架設(shè)任務(wù)。沿線多河流，路線坡度最大2.9%，最小曲線半徑450 m。采用DCY240輪胎式運(yùn)梁車和DF240架橋機(jī)施工作業(yè)，不受線路環(huán)境狀況和復(fù)雜工況的影響，實(shí)現(xiàn)2%以上大坡和450 m小曲線半徑架梁，整體效率比傳統(tǒng)輪軌方式高50%以上，施工安全高效，創(chuàng)造了單機(jī)單班日架梁6片的全線最高紀(jì)錄，以全線第一成績(jī)完成施工任務(wù)。施工現(xiàn)場(chǎng)見圖5。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

6 結(jié)束語(yǔ)

240 t級(jí)U型梁運(yùn)架裝備是U型梁架設(shè)的專用設(shè)備，解決了以往施工技術(shù)存在的困難，填補(bǔ)了U型梁架設(shè)專用設(shè)備的空白。隨著基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)，在城際軌道交通高架橋建設(shè)過程中，U型梁會(huì)得到廣泛應(yīng)用，此項(xiàng)技術(shù)通過實(shí)際檢驗(yàn)值得推廣和借鑒。