高鐵1 000 t/40 m過隧道運梁車研究

唐坤元 李 明 梁志新

（1.中鐵十一局集團漢江重工有限公司 湖北襄陽 441006；2.中鐵十一局集團有限公司 湖北武漢 430061；3.中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

隨著國內(nèi)外高速鐵路的不斷發(fā)展，鐵路混凝土預(yù)制箱梁的應(yīng)用越來越廣泛，箱梁架設(shè)施工面臨的工況越來越復(fù)雜，特別是山嶺地區(qū)的橋隧相連地段隧道口箱梁架設(shè)施工時，對箱梁運架設(shè)備提出了更高要求，箱梁能運輸通過隧道［1］。傳統(tǒng)運梁車運梁通過隧道通常采取兩種解決方案，一是隧道仰拱施工分2次澆筑，第一次比設(shè)計降低475 mm，當(dāng)預(yù)制箱梁架設(shè)完成運梁車不再通過隧道時，可進行仰拱二次澆筑，標(biāo)高達到設(shè)計要求［2］；另一種方案是采用割翼箱梁制運架方案，即在梁場預(yù)制時，擋渣墻以外1.75 m翼緣板暫不澆筑，待架設(shè)完成現(xiàn)場澆筑翼緣板［3］。

通常采取的翼緣板切割及隧道仰拱分二次澆筑方案，必然涉及到箱梁制造過程的二次澆筑及仰拱施工的二次回填，施工質(zhì)量、周期及成本均難以控制，特別是長大鐵路干線往往跨多個行政區(qū)，行經(jīng)多個地貌單元，協(xié)調(diào)難度大、控制工程多［4］，翼緣板二次澆筑及仰拱二次回填涉及到施工單位、業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計等多家單位的溝通、協(xié)調(diào)，溝通時間長、協(xié)調(diào)難度大。

隨著1 000 t/40 m簡支箱梁的應(yīng)用，我國工程機械行業(yè)的制造能力完全滿足40 m梁的運架需要，但通過隧道情況下的低高度運梁車和適應(yīng)隧道口架梁的架橋機是研究的重點與難點［5］，傳統(tǒng)運梁車結(jié)構(gòu)很難滿足40 m跨簡支箱梁過隧要求。因此，研究一種運梁高效、快速穿隧的運梁車日益迫切。

2 簡支箱梁參數(shù)對比

時速350 km無砟軌道1 000 t/40 m箱梁與900 t/32 m箱梁簡支梁設(shè)計均采用單箱單室等高設(shè)計，梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加厚。

兩種箱梁的主要區(qū)別在于外形尺寸及箱梁自重，詳細如表1所示。

表1 900 t箱梁與1 000 t箱梁參數(shù)對比

根據(jù)表1對比可知，1 000 t/40 m高鐵簡支箱梁除跨度大以外，較32 m箱梁重量更大、高度更高，在隧道截面半徑仍然保持R6650 mm的情況下，現(xiàn)有傳統(tǒng)運梁車運輸過隧道的難度較32 m梁難度更大，因此需要設(shè)計一種新型運梁車來解決運輸1 000 t/40 m箱梁過隧難題。

3 運梁過隧道空間分析

根據(jù)1 000 t/40 m高鐵簡支箱梁截面尺寸及隧道斷面設(shè)計尺寸進行分析，結(jié)合現(xiàn)場運梁駕駛實際操控經(jīng)驗綜合考慮，箱梁運輸通過隧道時，箱梁與隧道壁最小橫向距離應(yīng)不低于150 mm；根據(jù)隧道與箱梁整體布置要求，箱梁運輸過程中離地高度不應(yīng)超過1.329 m。如圖1所示。

圖1 時速350 km雙線箱梁過隧空間分析

4 運梁車總體方案

4.1 運梁車組成

1 000 t/40 m高鐵過隧運梁車由車架、懸掛總成、前后馱梁機構(gòu)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及動力系統(tǒng)等組成，如圖2所示。

圖2 1 000 t/40 m過隧道運梁車組成示意

運梁車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計采用U型結(jié)構(gòu)，砼梁支撐在下層軌道梁上，主箱梁設(shè)計在兩側(cè)，位于砼梁翼板下方；懸掛走行系統(tǒng)采取雙胎并置布置型式和寬基小輪胎方案，通過回轉(zhuǎn)支承反裝在主箱梁下端，有效降低整機高度；箱梁運輸過程中，前端支撐點設(shè)計為承梁臺座，后端支撐點設(shè)計為馱梁臺車，馱梁臺車走行系統(tǒng)采用重型移運器替代傳統(tǒng)鋼質(zhì)車輪，采取鏈條驅(qū)動設(shè)計，有效降低運梁空間；車架配置有箱梁頂升系統(tǒng)及液壓支腿系統(tǒng)，各系統(tǒng)的支座表面設(shè)有防滑的硬橡膠［6］。

4.2 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》及《高速鐵路箱梁運梁車》的規(guī)范要求，新型運梁車的主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)滿足運梁通過隧道和橋面，主要技術(shù)參數(shù)如表2所示［7］。

表2 主要技術(shù)參數(shù)

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 U型車體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

由2條梯形截面主箱梁、2條矩形軌道梁和8根箱型橫梁組成。梯形主箱梁布置于車體兩側(cè)，縱梁和橫梁位于車體下層，整體呈U型網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)。見圖3、圖4。

圖3 車體結(jié)構(gòu)示意

圖4 車體結(jié)構(gòu)橫截面示意

車架后端第2、3、4根橫梁上安裝有砼梁頂升油缸，配合架橋機前起重小車將砼梁從低位運輸狀態(tài)切換到高位喂梁狀態(tài)，可滿足40 m、32 m、24 m三種長度梁過隧道運輸。

5.2 低位馱梁臺車設(shè)計

馱梁臺車走行機構(gòu)由傳統(tǒng)的鋼輪走行機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計為低位重型移運器，馱梁臺座由傳統(tǒng)的箱型梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化為板式結(jié)構(gòu)，采用雙排滾子鏈條牽引機構(gòu)牽引走行，無彈性滑動和打滑、傳動效率高、結(jié)構(gòu)較為緊湊、制造安裝精度要求較低、成本低廉［8］。該新型低位馱梁臺車與傳統(tǒng)馱梁機構(gòu)相比，馱梁承臺高度由傳統(tǒng)的0.57 m降低至0.3 m，有效降低了箱梁運輸過程中的離地高度。低位馱梁機構(gòu)見圖5。

圖5 低位馱梁機構(gòu)示意

5.3 定制非標(biāo)準(zhǔn)重載寬基小輪胎的應(yīng)用

相對于傳統(tǒng)32 m過隧道運梁車所采用的12.00R20型號輪胎，該運梁車在設(shè)計過程中，采用與國內(nèi)輪胎制造廠進行定制設(shè)計的非標(biāo)準(zhǔn)重載寬基小輪胎，輪胎型號命名為355/65-R18，該型號輪胎直徑小、承載能力大，并且采取雙胎并置方案，每個懸掛4個輪胎，在減小懸掛走行系統(tǒng)體積和有效降低整機高度的同時，增大單點懸掛的承載力。兩種規(guī)格輪胎主要參數(shù)對比見表3。

表3 輪胎主要參數(shù)對比

6 施工工藝

運梁車施工工藝主要包含：裝梁、運梁、頂梁及匹配架橋機喂梁4步工序。

6.1 裝梁

通常采用提梁機進行裝梁作業(yè)，裝梁前運梁車應(yīng)先調(diào)整到三點支撐狀態(tài)，馱梁臺車運行至運梁車最尾端，在車體結(jié)構(gòu)運梁支撐部位安裝臨時支撐臺座。裝梁過程中梁體落放要保持水平，接近馱梁臺車時觀察3個支撐點的懸掛壓力，如出現(xiàn)偏載，應(yīng)利用提梁機進行調(diào)整，保證三點支撐壓力基本一致，再將箱梁整體緩慢降落，使箱梁完全放置于馱梁臺座上，完成裝梁作業(yè)。

6.2 運梁

運梁車在路基上可以正常中位行駛，運梁行駛過程中，運梁車懸掛系統(tǒng)應(yīng)保持3點支撐狀態(tài)［9］，并確保液壓系統(tǒng)自動均衡，防止運梁過程中箱梁受扭［10］。

運梁車可以中位運輸通過隧道，中位運輸通過隧道時，箱梁與隧道壁橫向距離約為150 mm。由于運梁車設(shè)計不再要求隧道仰拱分層施工，一次澆筑成型后的仰拱填充施工完畢后平整度較好，加上運梁車液壓懸掛高度具有±250 mm的調(diào)整量，運梁過隧道時運梁車可以在中位的基礎(chǔ)上懸掛降低100 mm，運梁高度可降低至1.2 m，此時箱梁距離隧道壁橫向距離可以達到180 mm。橫向距離變大后，對運梁車的運行更容易進行控制，降低駕駛難度、提高施工效率。另外，運梁車配置有過隧道自動駕駛功能，可以實現(xiàn)運梁過隧道自動對中，解除駕駛?cè)藛T運梁過隧道的駕駛勞動強度?，F(xiàn)場運梁工況見圖6。

圖6 1 000 t/40 m箱梁運輸現(xiàn)場

6.3 頂梁

當(dāng)運梁車將箱梁運輸達到架橋機尾部并對位完畢，可以通過架橋機前起重小車提吊箱梁前端，頂梁系統(tǒng)頂升箱梁尾端，共同將待架箱梁抬高350 mm，馱梁臺車駛?cè)胂淞何捕说撞?、頂梁油缸縮回，將箱梁尾端放置于馱梁臺車上，完成喂梁前的準(zhǔn)備工作。

6.4 喂梁

喂梁采取拖梁起吊的方式進行，拖梁起吊就是混凝土梁一端由架橋機前天車吊起前進，另一端由馱梁小車拖動在運梁車平臺上運行［11］。運梁車喂梁前，懸掛系統(tǒng)應(yīng)調(diào)整到8點支撐狀態(tài)，并且使前、后端支腿系統(tǒng)油缸支撐于橋面。后馱梁臺車配合架橋機前起重小車喂梁，待架橋機后起重小車提取整孔箱梁至完全脫離運梁車后，運梁車收起全部支撐油缸，恢復(fù)運梁模式，返回梁場繼續(xù)裝梁?，F(xiàn)場喂梁工況見圖7。

圖7 1 000 t/40 m箱梁匹配架橋機喂梁現(xiàn)場

7 結(jié)論

目前，該1 000 t/40 m高速鐵路過隧運梁車，重載在已架好的橋梁上通行經(jīng)橋梁設(shè)計單位檢算確認［12］，并于2020年7月16日在中鐵二十二局南沿江高速鐵路江陰東制梁場正式投入使用，截止目前為止，累計運輸并匹配架橋機進行箱梁架設(shè)45榀，使用結(jié)果表明運梁車各項性能均達到設(shè)計指標(biāo)，滿足使用要求。

根據(jù)現(xiàn)場試用及試驗表明，該型運梁車可以實現(xiàn)1 000 t/40 m箱梁運輸過隧道，成功解決傳統(tǒng)切割翼緣及隧道仰拱分次填筑導(dǎo)致的施工難題，降低對其他工序的施工影響，提高整體施工效率，減少施工成本，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>