箱梁隧道口倒裝設(shè)備的研制與應(yīng)用

邢立成

(秦皇島優(yōu)益重工科技有限公司 河北秦皇島 066000)

1 引言

箱梁隧道口倒裝設(shè)備是由秦皇島優(yōu)益重工科技有限公司研發(fā)設(shè)計(jì)，適用于鐵路雙線箱式預(yù)制梁在隧道口從運(yùn)梁車[1-3]卸下并滿足運(yùn)架一體機(jī)[4-6]裝梁的設(shè)備，該設(shè)備于2018年研制成功，并首次用于赤喀鐵路雙線預(yù)制箱梁運(yùn)輸?shù)寡b施工。圖1為該倒裝實(shí)景。

該設(shè)備可將運(yùn)梁車馱運(yùn)的預(yù)制箱梁卸下，并將卸下預(yù)制箱梁高度減低1.2 m，滿足運(yùn)架一體機(jī)裝梁。該設(shè)備替代傳統(tǒng)提梁機(jī)，不僅占用場地小，而且降低施工成本，將運(yùn)梁車運(yùn)梁速度快的優(yōu)點(diǎn)和運(yùn)架一體機(jī)可攜梁通過隧道的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，提高了多隧高鐵雙線箱梁的運(yùn)梁效率。

圖1 箱梁隧道口倒裝設(shè)備

2 設(shè)備簡介

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

橫梁型式:U型彎梁結(jié)構(gòu)

額定起重量:750 t

頂升速度:0.18 m/min

升降行程:1 200 mm

重 量:約70 t

最大部件運(yùn)輸尺寸:9.6 m×1.6 m×1.67 m

2.2 結(jié)構(gòu)組成

該設(shè)備主要由倒換橫梁、支撐倒換裝置、承載油缸、液壓系統(tǒng)及橫梁錨固裝置等組成。倒裝設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 倒裝設(shè)備結(jié)構(gòu)組成(單位：mm)

2.3 主要部件介紹

(1)倒裝橫梁:為避免運(yùn)梁車裝梁時與輪胎提梁機(jī)[7-9]的大車架干涉，倒換橫梁制作成U型彎梁結(jié)構(gòu)；倒換橫梁共制造兩件，分別支撐在混凝土箱梁的前后兩端，橫梁高1.67 m、寬1.6 m、長9.6 m，橫梁支撐混凝土箱梁的上蓋板上安裝有兩塊橡膠板；倒換橫梁是倒運(yùn)裝置承受荷載的主要構(gòu)件，為保證倒換橫梁強(qiáng)度，采用Q460C鋼板制造。

(2)支撐倒換裝置:由凹凸墊板、上橫梁、伸縮式導(dǎo)向柱、承載底座、承載油缸等組成，如圖3所示；支撐倒換裝置共制造四組，分別固定于倒梁隧道口處的混凝土基礎(chǔ)上，其上部分別對應(yīng)倒換橫梁的兩端，可支撐起倒換橫梁。

圖3 支撐倒換裝置結(jié)構(gòu)示意(單位：mm)

(3)液壓系統(tǒng):采用兩套液壓控制系統(tǒng)，分別控制前后兩組支撐倒換裝置的液壓缸，兩組系統(tǒng)交替工作，前部兩條液壓缸下降時，后部兩條液壓缸鎖死，通過系統(tǒng)中的節(jié)流閥，將兩條油缸獨(dú)立開來，保證左右是兩個支撐點(diǎn)；前部兩條動作的油缸將節(jié)流閥打開，使兩油缸之間管路串通[10]，在下降時可通過壓力分配油液，反之亦然，使一組中兩條油缸串通或獨(dú)立，始終保持混凝土箱梁三點(diǎn)受力不受扭力。

3 主要技術(shù)特點(diǎn)

(1)倒換橫梁制作成U型彎梁結(jié)構(gòu)，在運(yùn)梁車回到梁場裝梁時，可有效躲避開輪胎搬梁機(jī)的大車架，保證運(yùn)梁車可順利從搬梁機(jī)側(cè)門架通過，保證裝梁高效性，如圖4所示。

圖4 裝梁示意(單位：mm)

(2)支撐倒運(yùn)裝置升至高位，可與運(yùn)梁車上倒裝橫梁對接，將倒裝橫梁及混凝土箱梁頂起，運(yùn)梁車卸載，并在運(yùn)梁車退出后前后交替下降1 200 mm，滿足運(yùn)架一體機(jī)提梁需要，如圖5所示。

圖5 倒裝示意(單位：mm)

(3)運(yùn)架一體機(jī)從預(yù)制箱梁側(cè)面橫移過來，橫移至混凝土箱梁正上方，運(yùn)架一體機(jī)將混凝土箱梁提升100 mm后，混凝土箱梁底面可越過倒裝橫梁上頂部位置，順利橫移出去，如圖6所示。

圖6 運(yùn)架一體機(jī)提梁示意(單位：mm)

(4)倒裝橫梁與支撐倒換裝置上橫梁之間設(shè)有一組凹凸墊板，凹凸墊板之間接觸面為弧面結(jié)構(gòu)，沿順箱梁方向擺動±1°，橫箱梁方向擺動±0.5°，保證在前后交替下降和橫向油缸自適應(yīng)調(diào)節(jié)時起到球鉸的作用，避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力。

(5)支撐倒換裝置導(dǎo)向柱為伸縮套形式，底座為外套，銷軸孔處采用半孔式結(jié)構(gòu)，在倒換裝置攜梁下降前，需將銷軸插入上一個軸孔內(nèi)，作為保護(hù)銷；如油缸不正常卸載，混凝土箱梁突然下落，一個孔距后，銷軸落入半孔內(nèi)承載止動。

4 施工流程

4.1 倒裝場地處理

倒裝設(shè)備安裝場地位于運(yùn)梁進(jìn)隧道前的路基[11]上，路基需加寬約9.8 m，縱向長度105 m，并在后部留16 m斜行路基，加寬路基為方便運(yùn)架一體機(jī)主機(jī)縱向通過并橫移取梁，后部斜行路基為運(yùn)梁車斜行到加寬路基的過渡區(qū)域，因運(yùn)梁車只具備30°斜行功能[12]，不具備整體橫移功能，所以只能在支撐倒換裝置后部留出供運(yùn)梁車斜行的行走區(qū)域。

支撐倒運(yùn)裝置下部底座與地面基礎(chǔ)固定，固定位置事先澆筑混凝土基礎(chǔ)，如圖7所示；混凝土基礎(chǔ)承載力需滿足150 t/m2，基礎(chǔ)處需預(yù)埋錨固螺栓或預(yù)留鋼筋，以便與支撐倒運(yùn)裝置連接固定。

圖7 場地處理示意(單位：mm)

4.2 倒裝流程

場地處理完畢，支撐倒換裝置在倒裝場地安裝、調(diào)試完成，準(zhǔn)備倒裝，具體操作步驟如下:

(1)運(yùn)梁車在路基上運(yùn)梁，然后通過斜行區(qū)域，斜行到加寬的路基上。

(2)運(yùn)梁車在加寬路基上繼續(xù)前行，將倒換橫梁與支撐倒換裝置對接。

(3)用支撐倒換裝置支撐倒裝橫梁，運(yùn)梁車降低位狀態(tài)，與倒換橫梁脫離，然后運(yùn)梁車駛出預(yù)制梁下方。

(4)前后兩套支撐倒換裝置交替下降，將預(yù)制梁整體降低1 200 mm。

(5)運(yùn)架一體機(jī)行駛到路基加寬處。

(6)運(yùn)架一體機(jī)橫移取梁。

(7)運(yùn)架一體機(jī)提梁橫移回到運(yùn)梁通道，運(yùn)梁駛離。

5 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算

對于該倒裝設(shè)備來說，其最關(guān)鍵的受力結(jié)構(gòu)即為倒裝橫梁，且因空間等問題限制，倒裝橫梁必須制作成U型結(jié)構(gòu)，這就對其受力產(chǎn)生極大的考驗(yàn)，U型拐臂處極易造成應(yīng)力集中，為保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)之初對倒裝橫梁進(jìn)行了建模及受力分析。

通過對倒裝橫梁的受力分析計(jì)算，從而確定橫梁的應(yīng)力、變形等穩(wěn)定性條件。橫梁采用Q460C材質(zhì)鋼板焊接而成，內(nèi)部為箱形多室結(jié)構(gòu)，鋼板許用應(yīng)力280 MPa，泊松比0.3，對倒裝橫梁施加載荷，考慮動載系數(shù)，橫梁上兩支撐板各承載190×1.1＝210 t豎直方向壓力。

經(jīng)計(jì)算得出結(jié)果，橫梁主體部分應(yīng)力分布比較均勻，上下蓋板應(yīng)力約為100 MPa，支座下轉(zhuǎn)折處有應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力為250 MPa在許用范圍之內(nèi)，不會對U型梁整體承載性造成影響。

6 結(jié)束語

倒裝設(shè)備安裝于隧道口，赤喀項(xiàng)目大里程方向運(yùn)梁最遠(yuǎn)運(yùn)距約為29 km，隧道距梁場約15 km，運(yùn)梁車馱梁最快速度為6 km/h，而運(yùn)架一體機(jī)重載運(yùn)梁車最快速度僅為3 km/h，也就是在后半程箱梁運(yùn)輸時，倒裝設(shè)備可為運(yùn)梁節(jié)省1/2時間。該倒裝設(shè)備替代了傳統(tǒng)的提梁機(jī)，不僅占用施工場地小，同時極大節(jié)約了項(xiàng)目施工成本，是一種高效、經(jīng)濟(jì)的鐵路箱梁施工輔助設(shè)備。