架橋機(jī)在斜拉橋上的應(yīng)用

羅興洪

摘要 地球表面是一個(gè)山巒起伏、河湖密布的離散體，橫向連接這些離散的地理單元將需要修路、架橋。經(jīng)濟(jì)、文化的全球化，更是加劇了大跨度橋梁修建的迫切性。文章以平塘特大橋?yàn)槔?，重點(diǎn)闡述架橋機(jī)在斜拉橋上的應(yīng)用。通過分析當(dāng)前架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)以及功能模塊，重點(diǎn)分析其在平塘特大橋上的安裝前準(zhǔn)備和架梁施工階段，以此來提供給后續(xù)學(xué)者一個(gè)理論實(shí)踐研究案例。

關(guān)鍵詞 架橋機(jī);斜拉橋;架梁

中圖分類號(hào) U445.36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）05-0095-03

0 引言

架橋機(jī)是一種將架設(shè)的預(yù)制梁段安裝到指定位置的大型橋梁施工設(shè)備，在架橋的效率與速度方面具有很大優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于架橋機(jī)的工作條件要求嚴(yán)格。在架設(shè)山區(qū)或不是平原地區(qū)的高速公路時(shí)，線路的規(guī)劃設(shè)計(jì)上應(yīng)用了數(shù)量龐大的隧道和橋梁，因此相繼出現(xiàn)了大縱坡橋、大橫坡橋、斜橋、小曲率圓弧橋等橋。而這些特殊的橋梁架設(shè)工況，對(duì)架橋設(shè)備的性能提出了新的挑戰(zhàn)。

國內(nèi)架橋機(jī)發(fā)展較晚，最初是通過引進(jìn)國外架橋機(jī)架設(shè)橋梁。1953年，起重量為65 t懸臂架梁式的架橋機(jī)被制造使用于架設(shè)24 m的預(yù)制梁。1970至1980年，生產(chǎn)制造出130 t架橋機(jī)，該機(jī)型架橋機(jī)由66型架橋機(jī)改進(jìn)而成[1]。從1996年開始，大噸位架橋機(jī)被國內(nèi)的企業(yè)研究生產(chǎn)，首次在秦沈客運(yùn)專線使用。2003年9月，經(jīng)過上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)，全國大多數(shù)的專家普遍認(rèn)為應(yīng)該采用輪軌式架橋機(jī)，用于架設(shè)高速鐵路客運(yùn)專線。近幾年，隨著我國橋梁建設(shè)不斷發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)架橋機(jī)的廠商有徐州徐工、華中建機(jī)、鄭州大方等，設(shè)計(jì)人員研制出多種型號(hào)的高性能架橋機(jī)，如輔助導(dǎo)梁架橋機(jī)（DF900型架橋機(jī)）、節(jié)段拼裝式架橋機(jī)（DP450型架橋機(jī)）等。

1 斜拉橋設(shè)備概況

1.1 橋梁簡(jiǎn)介

平塘特大橋是在2019年12月30日通車的，位于貴州省平羅高速公路平塘縣境內(nèi)，也是當(dāng)前世界第一高混凝土橋塔，整體長(zhǎng)2 135 m、寬30.2 m。主塔采用三塔雙索面疊合梁斜拉橋設(shè)計(jì)，最高為328 m。平塘特大橋的外觀設(shè)計(jì)非常美觀，因此也被稱之為“最高、最美”的空間索塔。

1.2 工法簡(jiǎn)介

平塘特大橋，由于混凝土塔身高，施工難度大，主橋鋼梁為鋼-混疊合梁。經(jīng)過國內(nèi)知名專家組研究，施工單位擬采用橋面懸臂吊機(jī)進(jìn)行對(duì)稱懸拼。

由于塔身高，懸臂吊機(jī)采用橋面取梁，臺(tái)車平移，吊具旋轉(zhuǎn)對(duì)位喂梁方式進(jìn)行鋼梁安裝。

平塘特大橋鋼梁節(jié)段長(zhǎng)度為12 m、10.5 m和9 m，寬度為26.6 m，最大吊裝重量為180 t（壓重段）。

2 架橋機(jī)簡(jiǎn)介

在當(dāng)前建筑施工發(fā)展歷史進(jìn)程中，架橋機(jī)已經(jīng)成為核心的施工技術(shù)，隨著建筑施工制造業(yè)需求量的逐步增加，使得架橋機(jī)朝著智能化、高效化、多樣化等趨勢(shì)發(fā)展。

2.1 JQJ180架橋機(jī)概述

JQJ180架橋機(jī)是應(yīng)用在平塘特大橋上的核心技術(shù)，應(yīng)用在主橋鋼梁整體吊裝、橋面板鋪設(shè)、斜拉索等環(huán)節(jié)中，提升整體的安裝效率。JQJ180架橋機(jī)包含多個(gè)結(jié)構(gòu)：金屬結(jié)構(gòu)、行車、起重小車、吊具，在施工過程中配置起吊行車安裝在主結(jié)構(gòu)上，順著橋的方向進(jìn)行移動(dòng);起重小車主要設(shè)置在行車上，并且朝著橫橋方向進(jìn)行移動(dòng);回轉(zhuǎn)吊具安裝在起重小車上，它能夠?qū)崿F(xiàn)鋼梁的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度為90°。如遇特殊工況，也能在結(jié)構(gòu)上設(shè)置液壓提升千斤頂擴(kuò)大起升高度[2]。JQJ180架橋機(jī)設(shè)計(jì)采用模塊化形式，可以根據(jù)不同的山區(qū)地勢(shì)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)改造，適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，因此可以提供多樣化的解決方案。

為了滿足橋梁架設(shè)反力（單點(diǎn)不大于220 t）及架橋機(jī)機(jī)體總重不超過145 t要求，結(jié)構(gòu)的主材料采用Q460B、Q345B以及Q345B和Q235B型材。

工作參數(shù)如表1所示：

2.2 JQJ180架橋機(jī)結(jié)構(gòu)

架橋機(jī)的具體組成結(jié)構(gòu)如下：

2.2.1 機(jī)架金屬結(jié)構(gòu)

機(jī)架采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件之間通過法蘭或銷軸連接，方便現(xiàn)場(chǎng)的組裝工作。為了便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)的安裝，機(jī)架的桿件重量均不大于20 t，長(zhǎng)度不大于14 m。

結(jié)構(gòu)主材料采用Q460B、Q345B鋼板，Q345B和Q235B型材。

機(jī)架金屬結(jié)構(gòu)由主梁、橫梁、支腿組成。

（1）主梁結(jié)構(gòu)。主梁采用三角桁架結(jié)構(gòu)，上弦桿為箱梁，下弦桿采用焊接工字梁，截面材質(zhì)均為Q460C，腹桿采用Q345C型材制造[3-4]。為了方便運(yùn)輸以及適應(yīng)部分特殊工況吊裝需求，將主梁分為4個(gè)節(jié)段。采用銷軸連接。

（2）橫梁結(jié)構(gòu)。橫梁為了保證整機(jī)高度，以及不影響旋轉(zhuǎn)吊具旋轉(zhuǎn)，采用變截面矩形桁架結(jié)構(gòu)，采用Q345C型材制造。為了方便運(yùn)輸分為3個(gè)節(jié)段。采用法蘭板連接。

（3）支腿結(jié)構(gòu)。為了減輕重量，支腿采用Q460材料薄鋼板制造。支腿集走行、支撐、錨定于一體。為了適應(yīng)支腿間距變化，與主梁采用法蘭連接。在需要的時(shí)候，先固定三個(gè)支腿，移動(dòng)一個(gè)支腿，依次進(jìn)行調(diào)整，從而能使前后支腿間距在15.5～18 m之間變換。

2.2.2 行車機(jī)構(gòu)

為了適應(yīng)吊梁施工，在外部框架上設(shè)置了180 t起重行車，行車為雙梁桁架結(jié)構(gòu)，輪軌式走行。軌道設(shè)置于主梁上弦桿上。

2.2.3 起重小車

為了適應(yīng)鋼梁對(duì)位置，以及安裝橋面板施工，在行車上設(shè)置了180 t起重小車，小車同樣采用輪軌式走行方式。小車上設(shè)置主起升卷揚(yáng)機(jī)以及定滑輪組。

2.2.4 起升機(jī)構(gòu)

起升機(jī)構(gòu)是非常重要的硬件設(shè)備，JQJ180架橋機(jī)中只用了一套起升結(jié)構(gòu)。它的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力為電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，數(shù)量為1，各個(gè)參數(shù)為：采用三層卷筒纏繞方式，每個(gè)卷筒直徑為φ1 200 mm;電機(jī)功率為45 kW;鋼絲繩的直徑為φ34 mm，拉力為200 kN[5]。起升結(jié)構(gòu)為了更好地提升裝配的安全，增加了鉗盤式制動(dòng)器安裝在卷筒上，此外還加裝了高速端制動(dòng)器。

2.2.5 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)符合《液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件》（GB3766—87）標(biāo)準(zhǔn)。液壓系統(tǒng)中各個(gè)元件選擇都是應(yīng)用國內(nèi)知名品牌的硬件設(shè)備，硬件設(shè)備質(zhì)量良好、售后服務(wù)良好。整體液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，使用封閉式油箱結(jié)構(gòu)，這就能夠確保其能夠在多樣化環(huán)境下工作，后期維護(hù)、吊裝都非常便利。但在使用過程中必須確保液壓系統(tǒng)具備良好的散熱性，避免出現(xiàn)安全問題。

液壓系統(tǒng)主要由一套全回轉(zhuǎn)起重機(jī)液壓站、4支頂油缸、2支走行油缸、4支吊具油缸吊具系統(tǒng)和管路組成[6]。該橋面吊機(jī)機(jī)身和吊具各用一個(gè)液壓站。

調(diào)試完成后，要立馬更換油箱中的油液。在后期維護(hù)過程中，初次使用半年后需要徹底更換一次油液，之后定期地進(jìn)行更換（通常以年為單位）。每次更換油液時(shí)，都要徹底清洗油箱，避免出現(xiàn)雜質(zhì)影響液壓系統(tǒng)性能。

2.2.6 電氣控制

電氣系統(tǒng)主要控制起重小車和行車的運(yùn)行，并為整機(jī)液壓和照明等系統(tǒng)供電。小車的左右移動(dòng)是通過一臺(tái)施耐德ATV340U75變頻器驅(qū)動(dòng)4臺(tái)1.5 kW電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，設(shè)置三擋速度，左右設(shè)置停止限位。卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的上升和下降采用一臺(tái)施耐德ATV340D55變頻器驅(qū)動(dòng)1臺(tái)45 kW變頻電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。其中單片機(jī)選用西門子S7-200 SMART系列?？刹捎眠b控方式及手電門控制方式進(jìn)行控制，兩種方式可互為備用，但同一時(shí)間內(nèi)只能采用一種控制方式，控制方式的選擇通過電源大車柜內(nèi)插頭，將遙控器插頭插入，則遙控操作，將手電門航空插頭插入，則為手電門操作。手電門操作方式為備用方式，只有一檔速度。

3 架橋機(jī)在斜拉橋上的應(yīng)用

3.1 架梁前準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行正式的架梁前必須進(jìn)行準(zhǔn)備工作，具體包含如下工作：

按照?qǐng)D紙檢查架橋機(jī)各部分是否完善，架橋機(jī)的站位位置是否正確。

對(duì)照說明書，檢查工作操作室內(nèi)各個(gè)儀表硬件指示燈是否都正常，各個(gè)操作手柄都處于初始化位置。

根據(jù)電氣原理圖，檢查各個(gè)電氣設(shè)備是否已經(jīng)正確連接，避免出現(xiàn)線路故障。

檢查各個(gè)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，每次啟動(dòng)前都需要進(jìn)行預(yù)熱，電機(jī)工作約10 min后沒有出現(xiàn)異常情況后再進(jìn)行日常作業(yè)操作，尤其是當(dāng)外部環(huán)境溫度較低（低于0°）時(shí)可以適當(dāng)增加預(yù)熱時(shí)間[7]。

檢查卷揚(yáng)機(jī)的各個(gè)硬件設(shè)備是否都正常工作，各個(gè)開關(guān)器件是否都處于初始化位置，制動(dòng)器是否正常工作。

檢查液壓系統(tǒng)中各個(gè)線路是否正常，內(nèi)部油箱的油量情況。此外還需要進(jìn)一步的檢查液壓系統(tǒng)內(nèi)部連接機(jī)構(gòu)是否出現(xiàn)松動(dòng)以及軸承潤滑等情況。

檢查完畢后，一切工作正常，進(jìn)入到架梁節(jié)段。

3.2 架梁施工階段

節(jié)段拼接式架橋機(jī)通過前支腿與后支腿的位置調(diào)整實(shí)現(xiàn)移動(dòng)架梁。在架梁作業(yè)時(shí)，架橋機(jī)的前支腿與后支腿使用錨固結(jié)構(gòu)與橋體固定，保障架設(shè)安全可靠。架橋機(jī)通過前支腿油缸頂升步履走行，具有成本低，易拼裝等優(yōu)點(diǎn)。

由于該橋塔區(qū)施工僅安裝3個(gè)節(jié)段，同時(shí)無法放置兩臺(tái)架橋機(jī)，為了讓安裝順利進(jìn)行，按如下步驟進(jìn)行施工。

步驟一：在鋼梁拼裝區(qū)域內(nèi)完成GL23-GL25節(jié)段的散拼操作，并在完成張拉操作后直接進(jìn)行架橋機(jī)的塔吊安裝。首先將一臺(tái)架橋機(jī)提前進(jìn)行安裝，然后將起重小車、活動(dòng)橫梁等結(jié)構(gòu)安裝在另一臺(tái)架橋機(jī)上。

步驟二：接下來需要完成GL22與GL26節(jié)段的架設(shè)工作。GL26梁段在被起重小車1提起后平放到主塔上;接下來通過起重小車2將GL26梁段直接放置到對(duì)應(yīng)的安裝處。重復(fù)上述工作，將GL22梁段在另一端進(jìn)行對(duì)稱懸拼。

步驟三：首先將架橋機(jī)的錨固向完整處進(jìn)行拆除，并將其固定在下一個(gè)節(jié)的吊裝處。接下來將后支架向后移動(dòng)，增加兩條腿間距到15.5 m，錨固。安裝第二臺(tái)的支腿，前懸臂腿。分離兩臺(tái)架橋機(jī)，不移動(dòng)第一臺(tái)架橋機(jī)，第二臺(tái)移動(dòng)到安裝處。最后將第一臺(tái)架橋機(jī)直接安裝在尾節(jié)位置處，并將吊梁直接安裝在跨梁處，實(shí)現(xiàn)兩者的同步安裝。

具體效果如圖1所示：

由于該橋梁型不全相同，具體梁型如下：

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)度為12 m，橫梁間距離為4 m;

GL10，長(zhǎng)度為10.5 m，橫梁間距離為4 m、3 m;

GL9-GL1，長(zhǎng)度為9 m，橫梁間距離為3 m;

GL24、GL26長(zhǎng)度為8 m，橫梁間距離為2.5 m、3 m。

施工過程中由于梁型節(jié)段變化，后支腿需要調(diào)整位置。選取幾個(gè)典型工況進(jìn)行說明。

工況一：初始位置移動(dòng)到GL22節(jié)段上（前移10 m）。

工況二：站位于GL22節(jié)段，已架好GL21節(jié)段后吊裝標(biāo)準(zhǔn)梁段此時(shí)吊裝的鋼梁均為12 m標(biāo)準(zhǔn)梁段，此時(shí)調(diào)整架橋機(jī)前后腿跨距為16 m，每個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝完畢后，向前走行12 m。

工況三：邊跨側(cè)架橋機(jī)GL10梁段，架設(shè)好GL9梁段后，由于節(jié)段長(zhǎng)度發(fā)生改變，架橋機(jī)站位同樣需要進(jìn)行調(diào)整，前后支腿距離由16 m調(diào)整為17 m，吊裝GL8梁段。

工況四：前后支腿距離由17 m調(diào)整為18 m，整機(jī)前移9 m，吊裝GL7梁段。

4 總結(jié)

該文以平塘特大橋?yàn)槔?，重點(diǎn)闡述架橋機(jī)在斜拉橋上的應(yīng)用。通過分析當(dāng)前架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)以及功能模塊，重點(diǎn)分析其在平塘特大橋上的安裝前準(zhǔn)備和架梁施工階段。由于特殊工況，也能在結(jié)構(gòu)上設(shè)置液壓提升千斤頂擴(kuò)大起升高度。架橋機(jī)使用模塊化設(shè)計(jì)，三角桁架結(jié)構(gòu)，能方便地改造成為其他結(jié)構(gòu)形式的架橋機(jī)。機(jī)架采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件之間通過法蘭或銷軸連接，方便現(xiàn)場(chǎng)的組裝工作。此架橋機(jī)結(jié)構(gòu)形式新穎，采用專利走行技術(shù)，同時(shí)配合全新的鋼梁架設(shè)工法，為山區(qū)超高凈空鋼混疊合梁橋梁的架設(shè)提供了一種新的解決方案。

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