高鐵1 000 t/40 m梁新型吊運(yùn)分體式架橋機(jī)總體方案研究

蔣中明 王治斌

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600）

1 前言

我國高鐵建設(shè)經(jīng)歷了十余年從引進(jìn)、消化、吸收到再創(chuàng)新的發(fā)展之路，目前已全面掌握了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套建造核心技術(shù)。而伴隨著鐵路特別是高鐵建設(shè)的不斷加快［1］，相關(guān)運(yùn)架設(shè)備研制技術(shù)也不斷改進(jìn)，架設(shè)跨度不斷增大，吊重與結(jié)構(gòu)形式也得到不斷完善。從早期的T梁架橋機(jī)［2］到550 t箱梁架橋機(jī)，再到現(xiàn)在施工中主要應(yīng)用的900 t簡支箱梁架橋機(jī)［3］，目前國產(chǎn)運(yùn)架設(shè)備已經(jīng)形成了基于不同種類和型號的一系列產(chǎn)品，極大滿足了不同高鐵橋梁工程建設(shè)需求，不僅為國內(nèi)高鐵橋梁的建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的設(shè)備保障，同時(shí)部分架橋機(jī)已進(jìn)入國際市場［4-5］。

目前，我國正在開展基于高鐵40 m簡支箱梁（以下簡稱“40 m梁”）建造關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用［6］，這對于相關(guān)運(yùn)架設(shè)備也提出了更高的要求，而既有的運(yùn)架設(shè)備均無法滿足40 m梁施工需要，因此有必要針對40 m梁的梁型尺寸和施工環(huán)境開展相關(guān)運(yùn)架設(shè)備研究。

2 現(xiàn)有運(yùn)架設(shè)備分析

為最大程度保證40 m梁運(yùn)架設(shè)備方案的安全性和可行性，提高其作業(yè)效率，并保證特殊工況的架梁施工需求，本文在方案設(shè)計(jì)階段首先對于現(xiàn)有的運(yùn)架設(shè)備進(jìn)行了全面系統(tǒng)的調(diào)研、歸納、總結(jié)和分析［7-8］，并在此基礎(chǔ)上做到“揚(yáng)長避短”。

2.1 現(xiàn)有運(yùn)梁車種類及特點(diǎn)分析

運(yùn)梁車常與分體式架橋機(jī)配合使用，現(xiàn)有的梁車多采用馱運(yùn)式運(yùn)梁的方式。如表1所示，按照運(yùn)梁的高度不同可分為高位運(yùn)梁車和低位運(yùn)梁車。

表1 運(yùn)梁車特點(diǎn)種類及總結(jié)

高位運(yùn)梁車通常采用大規(guī)格輪胎，由于整體高度的限制，難以運(yùn)梁過隧，因此多適用于平原地帶。近年來，隨著高鐵施工向西部山嶺地區(qū)的挺進(jìn)，運(yùn)梁車的研制開始不斷向低位、超低位方向發(fā)展。

低位運(yùn)梁車通常采用多軸線雙胎并置的小輪胎方式以盡可能降低運(yùn)梁整體高度，從而一定程度實(shí)現(xiàn)馱運(yùn)箱梁和架橋機(jī)過隧道，但即便如此也只能通過350 km/h的隧道，且根據(jù)之前相關(guān)機(jī)型的現(xiàn)場反饋情況來看，重載運(yùn)行時(shí)運(yùn)梁車驅(qū)動輪組的輪胎非正常損壞情況較多，常表現(xiàn)為爆胎、胎圈趾口密封破壞、輪胎碾壞等，后期雖對輪胎趾口和密封圈形式進(jìn)行了改進(jìn)，但由于小輪胎單胎荷載太大，密封效果仍不理想，目前只能通過及時(shí)充氣保證輪胎氣壓正常來減少因缺氣原因?qū)е螺喬p壞的數(shù)量［9］。

2.2 現(xiàn)有架橋機(jī)種類及特點(diǎn)分析

如表2所示，歸納列舉了目前市場上幾種主要投產(chǎn)應(yīng)用的架橋機(jī)種類及特點(diǎn)?？梢钥吹?，現(xiàn)有架橋機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，概括來講，高位步履式架橋機(jī)采用運(yùn)架分離的作業(yè)方式，施工效率高，但較難適應(yīng)小曲線架梁和隧道口架梁等特殊施工作業(yè)需求；運(yùn)架一體機(jī)雖能滿足上述需求，但當(dāng)運(yùn)距較遠(yuǎn)時(shí)作業(yè)效率較低；而隧道內(nèi)外通用步履式架橋機(jī)、導(dǎo)梁式架橋機(jī)等部分機(jī)型雖然也能夠滿足隧道口零距離及負(fù)距離架梁，但自重大，造價(jià)較高，同時(shí)安全性相對較差。

表2 常用架橋機(jī)種類及特點(diǎn)

2.3 40 m梁運(yùn)架設(shè)備總體方案確定

通過對現(xiàn)有運(yùn)架設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行分析后可知，在確定40 m梁運(yùn)架設(shè)備總體方案時(shí)，需兼顧提高作業(yè)效率和滿足特殊施工需求兩方面要求。為此，本文分別吸取了分體機(jī)施工高效和一體機(jī)適用范圍廣的各自優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)造性地提出了吊運(yùn)分體式架橋機(jī)方案，即整機(jī)采用運(yùn)架分離的方式，極大地保證了施工的效率，同時(shí)避免了低位運(yùn)梁車小輪胎容易爆胎的問題。運(yùn)梁車通過采用吊運(yùn)箱梁的方式有效降低了運(yùn)梁過程中運(yùn)梁車整機(jī)高度，從而確保運(yùn)梁過隧和隧道口架梁等特殊施工需求，同時(shí)提出了與運(yùn)梁車相配套的架橋機(jī)方案，通過兩者的巧妙配合有效實(shí)現(xiàn)了整機(jī)轉(zhuǎn)場和快速喂梁。

3 吊運(yùn)分體式架橋機(jī)設(shè)備組成

如圖1所示，吊運(yùn)分體式架橋機(jī)由吊運(yùn)式運(yùn)梁車和兩跨分置式架橋機(jī)組成［10-12］，整體采用運(yùn)梁車提吊運(yùn)梁、架橋機(jī)架梁的施工方式，其中架橋機(jī)留置在架梁工位，運(yùn)梁車往返于梁場與架梁工位之間運(yùn)梁，整機(jī)主要技術(shù)性能參數(shù)見表3。

圖1 吊運(yùn)分體式架橋機(jī)總圖

表3 吊運(yùn)分體式架橋機(jī)主要技術(shù)性能參數(shù)

3.1 吊運(yùn)式運(yùn)梁車

如圖2所示，吊運(yùn)式運(yùn)梁車由主梁、過渡輪組、牛腿、前車、后車、起重提升系統(tǒng)以及液壓、動力、電控系統(tǒng)等部分組成，整機(jī)自重約400 t。

圖2 吊運(yùn)式運(yùn)梁車

其中，主梁為運(yùn)梁車的主要受力結(jié)構(gòu)，采用單主梁箱形斷面，前端依次安裝有過渡輪組、牛腿和前車，后端安裝有后車，前車與后車之間設(shè)有用于吊設(shè)箱梁的起重提升系統(tǒng)。

如圖3所示，過渡輪組設(shè)置在主梁前端，由縱梁和走行系統(tǒng)組成，過渡輪組在待架箱梁運(yùn)達(dá)待架橋位時(shí)，輔助前車實(shí)現(xiàn)運(yùn)梁車后撤。在運(yùn)梁機(jī)過渡輪組和前車之間設(shè)有整機(jī)起吊牛腿，通過架橋機(jī)上的起重小車配合，實(shí)現(xiàn)運(yùn)梁車前端的起吊支撐。

圖3 運(yùn)梁車過渡輪組及牛腿

如圖4所示，前車由縱梁、升降機(jī)構(gòu)、前車走行系統(tǒng)等組成。其中，前車走行系統(tǒng)又包含走行輪組、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等。

圖4 運(yùn)梁車前車

走行輪組由左右兩套輪胎式承重走行裝置組成，升降機(jī)構(gòu)采用液壓油缸驅(qū)動，可將左右兩套走行裝置提升3.5 m，便于前車越過箱梁面。走行系統(tǒng)懸架自身具有±300 mm調(diào)節(jié)功能，分上、中、下三種懸掛工況。主梁的兩側(cè)均設(shè)有縱向延伸的滑槽，前車左、右兩側(cè)走行輪組的內(nèi)側(cè)均設(shè)有向上延伸的滑柱，滑柱在通過起升油缸的帶動下沿所述滑槽上下滑動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)前車的豎向起降。

前車為運(yùn)梁車的主要走行機(jī)構(gòu)，同時(shí)配合運(yùn)梁車的運(yùn)梁及喂梁。當(dāng)運(yùn)梁車馱運(yùn)箱梁達(dá)到待架橋位后，前車向上提升至懸空，進(jìn)而可將箱梁進(jìn)一步向孔位吊運(yùn)，箱梁就位后，前車可直接從箱梁的頂部退回，完成吊運(yùn)，為箱梁的整體起吊做好準(zhǔn)備。

后車由縱梁、橫梁、后車走行系統(tǒng)等組成。其中，后車走行系統(tǒng)又包含走行輪組、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等。走行輪組由左、右兩套輪胎式承重走行裝置組成，液壓驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)向。

起重提升系統(tǒng)由起重機(jī)構(gòu)、吊具、吊桿及橫移機(jī)構(gòu)等組成，用于運(yùn)梁過程中起吊箱梁。

3.2 兩跨分置式架橋機(jī)

如圖5所示，兩跨分置式架橋機(jī)由導(dǎo)梁、前支腿、中支腿、后支腿、輔助支腿、起重小車以及液壓、動力、電控系統(tǒng)等部分組成，整機(jī)自重約500 t。

其中，導(dǎo)梁采用雙主梁箱形斷面，由前至后依次設(shè)有前支腿、中支腿、后支腿、輔助支腿，并至少設(shè)有兩臺可沿其長度方向移動的起重小車。

前支腿設(shè)置在導(dǎo)梁前端并與導(dǎo)梁鉸接，可繞鉸軸轉(zhuǎn)動。前支腿由上下兩部分組成，可實(shí)現(xiàn)±1.2 m高度調(diào)節(jié)，便于調(diào)節(jié)縱坡架梁。

中支腿為O型支腿，由上部橫聯(lián)、左右兩側(cè)C型腿、底部支撐梁以及走行機(jī)構(gòu)等部分組成，各部分可快速拆裝，滿足整機(jī)過隧要求。

后支腿為Ω型支腿，由上部橫聯(lián)、左右兩側(cè)C型腿以及底部滑塊等部分組成。支腿可伸縮，便于調(diào)節(jié)縱坡架梁。底部滑塊可橫向調(diào)整，便于曲線架梁支腿正確就位。支腿各部分可快速拆裝，滿足整機(jī)過隧的要求。

如圖6所示，輔助支腿設(shè)置在導(dǎo)梁后端并與導(dǎo)梁鉸接，可繞鉸軸轉(zhuǎn)動。輔助支腿由立柱和走行系統(tǒng)組成，液壓驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)向。其中，架橋機(jī)過孔時(shí)支腿支撐并驅(qū)動架橋機(jī)前移，運(yùn)梁車喂梁時(shí)支腿折起便于運(yùn)梁車通行。

圖6 架橋機(jī)輔助支腿

起重小車由卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)、定滑輪組、動滑輪組、走行機(jī)構(gòu)、吊具等組成，兩臺起重小車配合使用，用以起吊箱梁及落梁就位。

4 吊運(yùn)分體式架橋機(jī)施工步驟

該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)梁過隧、隧道口架梁、曲線架梁、坡度架梁等施工要求。

4.1 無隧道過孔

如圖7所示，翻折并頂升輔助支腿，后支腿脫空，收起前支腿，使中支腿和輔助支腿支撐。鋪設(shè)中支腿走行軌道，架橋機(jī)前移過孔到位，分別伸長前、后支腿并支撐，折起輔助支腿，架橋機(jī)完成過孔。

圖7 無隧道過孔

4.2 無隧道架梁

如圖8所示，運(yùn)梁車運(yùn)梁行駛至前車到達(dá)中支腿處，架橋機(jī)起重小車與運(yùn)梁車牛腿連接，起升前車。起重小車與運(yùn)梁車后車同步前移，至箱梁前端到達(dá)中支腿處落放箱梁，然后起重小車與運(yùn)梁車后車同步后移至前車越過箱梁后端，落放前車并解除起重小車與牛腿連接，運(yùn)梁車返回運(yùn)梁，架橋機(jī)起重小車提吊箱梁，前移至箱梁到待架孔位后落梁就位。

圖8 無隧道架梁

4.3 進(jìn)隧道口架梁

如圖9所示，架橋機(jī)前支腿下節(jié)拆除后支撐在橋臺上，即可架梁，其余步驟同上。

4.4 整機(jī)過隧

如圖10所示，隧道外折起前支腿，拆解輔助支腿走行系統(tǒng)并折起輔助支腿，部分拆解中支腿、后支腿并將中、后支腿左右C型腿折轉(zhuǎn)90°，安裝連接座及銷軸，降低馱運(yùn)高度，運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)過隧。

圖10 設(shè)備部分拆解過隧

4.5 出隧道口架梁

如圖11所示，運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)至出隧道口待架梁處，組裝架橋機(jī)中支腿，使得架橋機(jī)前支腿、中支腿支撐，此時(shí)整機(jī)處于低位狀態(tài)。運(yùn)梁車返回梁場運(yùn)梁，放下架橋機(jī)輔助支腿并支撐。

圖11 出隧道口架梁

隧道內(nèi)放置兩臺馱梁小車，運(yùn)梁車運(yùn)梁到位后將箱梁放于馱梁小車上，運(yùn)梁車前端支撐于輔助支腿上，起升運(yùn)梁車前車。馱梁小車馱梁前移至輔助支腿處，運(yùn)梁車過渡輪組支撐運(yùn)梁車后移，落放前車，運(yùn)梁車?yán)^續(xù)后移。

折起輔助支腿，馱梁小車同步前移至中支腿處后，放下輔助支腿并支撐，起重小車提吊箱梁，同步前移至箱梁到達(dá)待架孔位，落梁就位。

5 結(jié)論

本文提出的吊運(yùn)分體式架橋機(jī)總體方案綜合了現(xiàn)有分體機(jī)、一體機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)新穎、操作方便、安全可靠、施工高效，可完成40 m及以下不同跨度簡支箱梁架設(shè)任務(wù)，徹底解決了運(yùn)梁過隧和隧道口近距離架梁等施工難題，主要具有以下特點(diǎn)：

（1）本設(shè)備通過對中支腿和后支腿結(jié)構(gòu)合理分塊，利用銷軸＋螺栓聯(lián)結(jié)等臨時(shí)轉(zhuǎn)軸支撐使各單元轉(zhuǎn)置，實(shí)現(xiàn)過隧時(shí)中、后支腿的快速拆裝，從而有效降低架橋機(jī)支腿高度，設(shè)備過隧轉(zhuǎn)場性能優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備。

（2）利用馱梁小車喂梁架設(shè)隧道出口梁以及吊運(yùn)式運(yùn)梁車輔助架橋機(jī)架設(shè)隧道進(jìn)口梁等手段解決分體式架橋機(jī)不能近距離架梁的難題。

（3）采用吊運(yùn)式運(yùn)梁車吊運(yùn)箱梁過隧道，徹底解決運(yùn)梁過隧難題，同時(shí)走行系統(tǒng)采用大輪胎，結(jié)構(gòu)合理，受力明確，使用壽命高。

（4）采用兩跨式架橋機(jī)，中支腿、輔助支腿支撐過孔，折起前支腿運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)進(jìn)行，過孔、轉(zhuǎn)場施工效率高。

（5）前車采用分體固結(jié)，與主梁豎向滑槽聯(lián)系，六條油缸上下拖動，銷軸固定。后車與主梁采用球鉸聯(lián)結(jié)，通過自動化控制，可確保運(yùn)梁車的前車設(shè)計(jì)及其與后車的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向、驅(qū)動。

（6）考慮到將來40 m梁將與32 m和24 m箱梁作為預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)梁共同存在，因此本裝備在滿足40 m架設(shè)需求的情況下，也兼顧32 m、24 m等其他不同跨度箱梁的架設(shè)需求，具體可通過調(diào)整前支腿和后支腿支撐位置進(jìn)行無級變跨。

本設(shè)備的不足之處在于運(yùn)輸架橋機(jī)過隧道時(shí)，中支腿、后支腿，仍然需要部分解體，且與既有分體機(jī)比，本案又增加了一個(gè)支腿，喂梁時(shí)間稍長，后續(xù)設(shè)計(jì)中可進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。同時(shí)如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)梁車前車左右兩側(cè)的同步升降也是后期技術(shù)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)解決的問題。