杭甬復(fù)線橋梁施工與架運(yùn)成套設(shè)備方案

王小飛

中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江湖州313000

0 引 言

基于國(guó)內(nèi)大型高速跨海大橋運(yùn)架技術(shù)高速發(fā)展，采用預(yù)制整孔架設(shè)施工法及箱梁運(yùn)架成套設(shè)備，以解決箱梁在不同工況下運(yùn)架難題已成為當(dāng)下主流。

本文通過(guò)對(duì)已建杭州灣大橋［1］、三門灣大橋高速運(yùn)架設(shè)備的借鑒，同時(shí)研究大量架橋機(jī)在不同類型道路上的運(yùn)用效果［2］，研發(fā)并使用YL1800型運(yùn)梁車及JQ1800型架橋機(jī)，解決了該項(xiàng)目標(biāo)段箱梁運(yùn)架跨度大，雙幅架梁及橋跨承載受限，施工最小曲線半徑1 800 m，左右幅橋墩存在高差，需要帶橫坡運(yùn)輸和架設(shè)等難題，并在杭甬復(fù)線寧波段一期工程投入使用，效果顯著，可為后續(xù)此類施工提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目研制的跨海大橋50 m跨1 800 t箱梁架運(yùn)成套設(shè)備用于杭甬復(fù)線寧波段一期工程高架橋雙幅預(yù)制箱梁的架設(shè)。杭甬復(fù)線高架橋是繼杭州灣大橋、三門灣大橋之后，我國(guó)境內(nèi)再次將大型預(yù)制箱梁采用架運(yùn)成套設(shè)備進(jìn)行施工。JQ1800型架橋機(jī)滿足路線分離式高低墩、平曲線小半徑和超高緩和段落梁旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜工況，是目前國(guó)內(nèi)具備自主產(chǎn)權(quán)的世界最大噸位的整孔預(yù)制箱梁架運(yùn)設(shè)備［3］。本項(xiàng)目具有以下特點(diǎn)：橋梁部結(jié)構(gòu)采用左右幅分離式整孔預(yù)制箱梁，線路設(shè)計(jì)最大縱坡1.9%，最大橫坡4%，最小曲線半徑1 800 m，小曲線路段左右幅橋墩有高差。標(biāo)準(zhǔn)跨箱梁跨度50 m，調(diào)整跨箱梁跨度40 m，箱梁最重達(dá)1 800 t。同時(shí)項(xiàng)目存在以下技術(shù)難點(diǎn)：工程所在區(qū)域的施工環(huán)境比較特殊，超高段箱梁安全架設(shè)方法及配套裝置的研究，以及如何通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適應(yīng)最小曲線半徑1 800 m。

2 架橋機(jī)總體方案

2.1 架橋機(jī)總體方案介紹

JQ1800型架橋機(jī)采用雙主梁四支腿式結(jié)構(gòu)，跨一跨架梁，運(yùn)梁車尾部喂梁，前后起重小車同時(shí)取梁，同步吊梁前行，空中橫移箱梁就位，步履式過(guò)孔的作業(yè)方式，既滿足跨海大橋的線路施工特點(diǎn)，保證設(shè)備的安全和高效，又嚴(yán)格控制設(shè)備自重和載荷的合理分配，確保了施工荷載滿足橋梁的承載能力。它主要由主梁、起重小車、前輔助支腿、前支腿、中支腿、后外支腿、后內(nèi)支腿等部分組成（圖1）。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 JQ1800型架橋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

圖1 架橋機(jī)結(jié)構(gòu)示意

本架橋機(jī)通過(guò)與YL1800型運(yùn)梁車配合，滿足一孔雙幅箱梁的架設(shè)作業(yè)。前中后支腿設(shè)有橫移裝置，滿足最小1 800 m曲線梁的架設(shè)需要。通過(guò)運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)，可以快捷地實(shí)現(xiàn)橋間轉(zhuǎn)移。

本架橋機(jī)架梁作業(yè)：架橋機(jī)就位處于待架梁狀態(tài)，運(yùn)梁車運(yùn)梁至架橋機(jī)尾部，支撐好前運(yùn)梁車兩側(cè)支腿油缸，解除前托梁臺(tái)車和車體插銷，完成一次喂梁，后支腿翻下支撐，前后起重小車同步運(yùn)梁前移，箱梁到達(dá)落梁位置，后支腿收縮，運(yùn)梁車返回梁場(chǎng)，前后起重小車同時(shí)落梁。

本架橋機(jī)過(guò)孔作業(yè)：過(guò)孔時(shí)，前后起重小車通過(guò)調(diào)節(jié)絲桿與前支腿、中支腿連接在一起，完成架橋機(jī)主梁過(guò)孔。架橋機(jī)尾部裝備卷?yè)P(yáng)拖拉機(jī)構(gòu)，由卷筒驅(qū)動(dòng)循環(huán)鋼絲繩，牽引前中支腿過(guò)孔。通過(guò)各支腿和起重小車配合，完成整機(jī)的過(guò)孔作業(yè)。

2.2 運(yùn)梁車總體方案介紹

YL1800型運(yùn)梁車由4臺(tái)450 t單車［4-5］、前承載橫梁、后承載橫梁和連接左右單車的鋼桁架組成，箱梁通過(guò)前后承載橫梁作用在4 臺(tái)單車上，適用于跨海大橋及接線工程40、50 m 整體箱梁及拼寬梁的運(yùn)輸要求，能夠方便快捷地把箱梁從預(yù)制場(chǎng)地運(yùn)至架梁工位，并配合架橋機(jī)完成相應(yīng)的架梁作業(yè)，且能馱運(yùn)架橋機(jī)實(shí)現(xiàn)橋間短途運(yùn)輸。同時(shí)通過(guò)“交點(diǎn)法”規(guī)劃路徑實(shí)現(xiàn)了運(yùn)梁車的自動(dòng)駕駛，可減少監(jiān)護(hù)人員，降低司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

YL1800 型運(yùn)梁車整機(jī)采用4 個(gè)單車呈矩形分布結(jié)構(gòu)，其中1號(hào)車和4號(hào)車組成前車組，2號(hào)車和3號(hào)車組成后車組，前后車組之間通過(guò)控制實(shí)現(xiàn)“軟剛性”連接。其結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 YL1800型運(yùn)梁車主要技術(shù)參數(shù)

圖2 YL1800型運(yùn)梁車結(jié)構(gòu)示意

馱運(yùn)架橋機(jī)作業(yè)：運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)不需要額外的馱運(yùn)支架，架設(shè)完末孔梁之后，僅通過(guò)在承載橫梁上增設(shè)兩個(gè)馱運(yùn)支座即可實(shí)現(xiàn)架橋機(jī)的無(wú)拆卸馱運(yùn)。

3 架運(yùn)成套設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 小曲線超高段運(yùn)梁喂梁技術(shù)研究

最小曲線半徑1 800 m，為了保證架橋機(jī)站位支撐的箱梁承載合理，架橋機(jī)的支腿需要具有橫移功能。面對(duì)線路橋面縱坡、橫坡疊加漸變的工況，架橋機(jī)各條支腿均采用了螺旋機(jī)構(gòu)與伸縮柱的組合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)支撐點(diǎn)的“長(zhǎng)短可變，無(wú)級(jí)調(diào)整”，再在主梁的前中后共6個(gè)點(diǎn)上配置有精度10 mm以內(nèi)的高差傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)確認(rèn)。實(shí)現(xiàn)了架橋機(jī)在復(fù)雜橋面上的平穩(wěn)站位，架梁動(dòng)作的平穩(wěn)安全，提高施工效率。漸變橫坡2%～0%，0%～-2%，±2%～±3%梁段均采用底板水平，通過(guò)調(diào)整箱梁腹板高度適應(yīng)橫坡變化的方式實(shí)現(xiàn)；橫坡±3%～±4%梁段通過(guò)±2%～±3%梁段繞頂板上緣箱梁中心線處旋轉(zhuǎn)1%得到；橫坡±4%梁段通過(guò)±2%梁段繞頂板上緣箱梁中心線處旋轉(zhuǎn)2%得到。所以轉(zhuǎn)體梁架設(shè)時(shí)需要將梁體旋轉(zhuǎn)1%和2%。針對(duì)轉(zhuǎn)體梁架設(shè)的需求，喂梁時(shí)操作如下：

運(yùn)梁車在一次喂梁到位后，二次喂梁前，前后運(yùn)梁車組同時(shí)作如下調(diào)整：

1）待架梁不需要轉(zhuǎn)體時(shí)，分別升降運(yùn)梁車左右輪組均衡，調(diào)整承載橫梁橫向?yàn)樗健?/p>

2）待架梁需要轉(zhuǎn)體1%時(shí)，分別升降運(yùn)梁車左右輪組均衡，沿待架梁橫向順坡方向（圖3）調(diào)整承載橫梁帶1%的橫坡。

圖3 順坡方向示意

3）待架梁需要轉(zhuǎn)體2%時(shí)，分別升降運(yùn)梁車左右輪組均衡，沿待架梁橫向順坡方向調(diào)整承載橫梁帶2%的橫坡。圖4為待架梁需轉(zhuǎn)體2%調(diào)整到位后的截面示意圖。

圖4 待架梁需轉(zhuǎn)體2%調(diào)整到位后的截面示意

3.2 超高段單向大橫坡段箱梁旋轉(zhuǎn)架設(shè)問(wèn)題研究

為了減少預(yù)制梁模板的種類數(shù)量，在線路的超高段，不同的橫坡都是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制梁在架設(shè)時(shí)整體旋轉(zhuǎn)不同角度的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了形成3%～4%的不同橋面橫坡，需要架設(shè)過(guò)程中運(yùn)架配合，對(duì)預(yù)制箱梁進(jìn)行1%～2%的整體旋轉(zhuǎn)操作。由于在吊裝過(guò)程中對(duì)重達(dá)1 800 t的箱梁進(jìn)行整體旋轉(zhuǎn)操作，風(fēng)險(xiǎn)較高。采用的方案是在運(yùn)梁車車體上，通過(guò)輪組升降來(lái)實(shí)現(xiàn)梁體的整體旋轉(zhuǎn)。但是梁體旋轉(zhuǎn)后，重心位置相對(duì)吊孔的位置發(fā)生偏移，對(duì)此，架橋機(jī)上特別設(shè)計(jì)了一套“偏心可調(diào)吊具”，通過(guò)無(wú)級(jí)調(diào)整吊點(diǎn)相對(duì)于吊具中心的位置，來(lái)適應(yīng)箱梁各種不同旋轉(zhuǎn)角度帶來(lái)的重心偏移，使得吊具中心線始終與“超高段旋轉(zhuǎn)箱梁”重心重合，確保鋼絲繩均勻受力，同時(shí)保證整個(gè)取梁落梁過(guò)程中，“超高段旋轉(zhuǎn)箱梁”姿態(tài)不發(fā)生變化。

通過(guò)運(yùn)梁車的輪組升降，配合架橋機(jī)的偏心可調(diào)吊具，實(shí)現(xiàn)了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制梁不同角度的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而滿足了橋面不同的橫坡超高設(shè)計(jì)要求。操作既簡(jiǎn)單又安全，大大減少了預(yù)制梁模板的種類數(shù)量，節(jié)約了建造成本。

3.3 懸掛高度檢測(cè)技術(shù)研究

跨海大橋施工線路上存在最小1 800 m的小曲線段，在小曲線彎道上設(shè)置了最大4%橫坡的超高段以及超高緩和段，同時(shí)這段線路需要跨過(guò)通航航道，所以整個(gè)橋梁梁面不僅上下波浪起伏，還同時(shí)伴隨著空間扭轉(zhuǎn)。運(yùn)梁車需要在適應(yīng)橋面不斷變化的縱橫坡疊加的小曲線段運(yùn)輸箱梁。在空間扭轉(zhuǎn)起伏的橋面，運(yùn)梁車通過(guò)橫梁上的傾角傳感器和液壓懸掛高度實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，在運(yùn)行中實(shí)時(shí)分析并判定車組的整體姿態(tài)與左右車高差。在通過(guò)超高段和超高緩和段時(shí)，整車能根據(jù)橋面的橫坡情況，運(yùn)用程序控制左右車的懸掛作出升降動(dòng)作來(lái)隨時(shí)抵消橫坡的高度變化，實(shí)現(xiàn)運(yùn)梁車運(yùn)梁中的動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證整個(gè)車組與承載橫梁的基本水平，確保運(yùn)輸箱梁的平穩(wěn)不受路面橫向坡度的影響。因此懸掛高度檢測(cè)技術(shù)是保證運(yùn)梁車超高段以及超高緩和段安全可靠運(yùn)輸箱梁的重要前提。

現(xiàn)有的技術(shù)是采用人工觀察或者激光測(cè)距技術(shù)觀察車體和走行橋面的間距，然后人工調(diào)節(jié)車體的高度。人工觀察，首先是勞動(dòng)量大，另外橋面兩邊空間有限，運(yùn)梁車較長(zhǎng)，存在觀察盲區(qū)，難以做到整體觀察到位。激光測(cè)距原理簡(jiǎn)單，操作方便，但是對(duì)使用環(huán)境要求高，必須無(wú)遮擋、視野開(kāi)闊；由于隧道內(nèi)空間狹窄，施工現(xiàn)場(chǎng)混亂，車體周邊的雜物（如鋼筋、枕木、施工工具等）遮擋激光時(shí)常發(fā)生，測(cè)距儀失去測(cè)距功能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成安全事故。

運(yùn)梁車懸掛的彎臂和擺臂通過(guò)銷軸鉸接，油缸的兩端分別活動(dòng)連接在彎臂和擺臂上，油缸伸縮運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)擺臂運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)整走行輪組的高度。

為解決上述問(wèn)題，本運(yùn)梁車提供運(yùn)梁車懸掛總成，包括擺臂、銷軸和角度檢測(cè)裝置；擺臂套設(shè)于銷軸上；角度檢測(cè)裝置包括撥叉機(jī)構(gòu)和角度傳感器，撥叉機(jī)構(gòu)的一端拆卸式連接在擺臂上，另一端拆卸式連接在角度傳感器的旋轉(zhuǎn)軸上；角度傳感器固定連接在銷軸上，且旋轉(zhuǎn)軸與銷軸同軸設(shè)置。

頂升油缸伸縮時(shí)，彎臂和擺臂的夾角大小會(huì)發(fā)生變化，由三角形邊長(zhǎng)計(jì)算公式可得到油缸伸縮量的大小，通過(guò)相應(yīng)計(jì)算可得車體的高度變化。同時(shí)設(shè)置車體最高和最低位置報(bào)警裝置，當(dāng)車體高度超過(guò)這個(gè)限制就會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒工作人員注意，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)梁車快速安全運(yùn)梁。

4 結(jié) 語(yǔ)

跨海大橋50 m跨1 800 t箱梁架運(yùn)成套設(shè)備已應(yīng)用于杭甬復(fù)線寧波段一期工程，截至2022年8月底，累計(jì)架設(shè)箱梁330余片，實(shí)現(xiàn)馱運(yùn)過(guò)現(xiàn)澆3次。該套設(shè)備共取得6項(xiàng)發(fā)明專利和5項(xiàng)實(shí)用新型專利。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，對(duì)交通的便利性要求也越來(lái)越高，長(zhǎng)期來(lái)看，大型跨海大橋的建設(shè)會(huì)越來(lái)越多，對(duì)施工裝備的要求也會(huì)越來(lái)越高，大跨度大起重量的整孔預(yù)制箱梁施工裝備必不可少，雙幅1 800 t箱梁架運(yùn)成套設(shè)備能夠提高施工裝備及工業(yè)產(chǎn)品制造技術(shù)的整體水平，也為其他后續(xù)施工裝備的研發(fā)提供經(jīng)驗(yàn)積累，為施工裝備走向世界打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，具有廣闊的發(fā)展前景。