高鐵40m簡支箱梁運(yùn)架設(shè)備及運(yùn)架施工關(guān)鍵技術(shù)

梁新華, 葉玉森, 林國輝

(中鐵二局集團(tuán)新運(yùn)工程有限公司， 四川成都 610031)

2006年合寧高鐵首次采用32 m整孔箱梁預(yù)制架設(shè)施工技術(shù)，之后我國相繼在京津城際、哈大、武廣、京滬等高速鐵路項(xiàng)目大量推廣應(yīng)用這種橋梁建造技術(shù)，經(jīng)過十余年的技術(shù)積累和發(fā)展，高鐵32 m/900 t級(jí)箱梁運(yùn)架施工技術(shù)已非常成熟[1]。2016年開工建設(shè)的新建鄭州至濟(jì)南高鐵首次采用40 m整孔預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)型式，比傳統(tǒng)的32 m箱梁跨度和體積更大、單片箱重接近1 000 t，無論預(yù)制生產(chǎn)還是運(yùn)架施工在國內(nèi)外均為技術(shù)空白[2-3]，傳統(tǒng)32 m/900 t級(jí)箱梁運(yùn)架施工裝備[4-6]已經(jīng)不能滿足40 m箱梁運(yùn)架施工作業(yè)。深入研究高鐵40 m簡支箱梁成套設(shè)備及運(yùn)架施工技術(shù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義，本文結(jié)合筆者供職單位在鄭濟(jì)高鐵項(xiàng)目工程施工實(shí)踐，對(duì)40 m箱梁運(yùn)架施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行總結(jié)。

1 40 m簡支箱梁結(jié)構(gòu)簡介

新建鄭州至濟(jì)南高鐵項(xiàng)目首次采用40 m簡支箱梁結(jié)構(gòu)型式，箱梁全長40.6 m，計(jì)算跨度為39.3 m，支座中心距4.4 m，梁高3.235 m，頂板寬度12.6 m，底板寬5.4 m，腹板中心距為6.166 m，單片整孔箱梁混凝土使用量為370 m3，單片梁重約925 t。用于350 km/h高鐵的40 m箱梁跨中截面如圖1所示。

圖1 40m簡支箱梁跨中截面示意(單位：mm)

2 40 m箱梁運(yùn)架需要解決的主要技術(shù)難題

2.1 運(yùn)架施工組織模式

結(jié)合國內(nèi)大噸位箱梁制運(yùn)架成熟技術(shù)和施工經(jīng)驗(yàn)，40 m箱梁運(yùn)架施工可以借鑒國內(nèi)現(xiàn)有高鐵32 m箱梁運(yùn)架施工經(jīng)驗(yàn)，提升上橋采用軌行式跨線提梁機(jī)，梁上運(yùn)梁采用多輪軸輪胎式運(yùn)梁車，架梁施工采用分體式步履架橋機(jī)或?qū)Я菏郊軜驒C(jī)，從國內(nèi)現(xiàn)有施工經(jīng)驗(yàn)來看，步履式架橋機(jī)架梁效率較高，有利于加快橋梁工程建設(shè)，縮短項(xiàng)目周期實(shí)現(xiàn)早日投產(chǎn)運(yùn)營目標(biāo)。

2.2 提運(yùn)架設(shè)備配套與選型

40 m箱梁比已建成高鐵采用的32 m簡支箱梁跨度更大，梁更重，國內(nèi)現(xiàn)有施工設(shè)備無法滿足40 m箱梁運(yùn)架施工要求，針對(duì)40 m箱梁的結(jié)構(gòu)特征、外形尺寸和梁片重量研制相應(yīng)的施工設(shè)備是解決運(yùn)架施工技術(shù)難題的關(guān)鍵所在?？缇€提梁機(jī)需要解決起吊能力、提升高度等主要技術(shù)問題；運(yùn)梁車需解決承載能力、裝載方式、對(duì)梁面的施工荷載、行駛速度、爬坡能力以及制動(dòng)安全等技術(shù)問題，同時(shí)要兼顧馱運(yùn)架橋機(jī)整機(jī)轉(zhuǎn)場的功能；架橋機(jī)需要解決起吊能力、縱向和橫向穩(wěn)定性、支反力荷載對(duì)橋墩臺(tái)和已架梁面結(jié)構(gòu)的影響，同時(shí)要考慮其馱運(yùn)轉(zhuǎn)場時(shí)的支撐體系轉(zhuǎn)換問題。

另外，運(yùn)架施工需要運(yùn)梁車和架橋機(jī)配合完成，運(yùn)架設(shè)備除滿足承載能力、適應(yīng)于多種跨度、首末跨架梁、馱運(yùn)架橋機(jī)進(jìn)行橋間轉(zhuǎn)移等基本功能和技術(shù)要求以外，還應(yīng)結(jié)合我國西部地區(qū)隧道多、橋梁坡度起伏變化等實(shí)際情況，充分考慮運(yùn)架設(shè)備對(duì)大坡道、小曲線、隧道口架梁等特殊工況等適應(yīng)性問題，有利于提高大型裝備的適應(yīng)范圍、減少施工單位設(shè)備投入，這些需要綜合考慮的因素對(duì)40 m箱梁運(yùn)架設(shè)備的設(shè)計(jì)制造提出了新的課題。

3 提運(yùn)架施工關(guān)鍵設(shè)備

跨線提梁機(jī)為運(yùn)架施工配套設(shè)備，通常由兩臺(tái)大型門式起重機(jī)組成，采用抬吊方式將箱梁提升上橋，便于為運(yùn)梁車裝梁?，F(xiàn)有32 m箱梁運(yùn)架設(shè)備大體分為兩種，一種是不通過隧道的分體式運(yùn)架設(shè)備，主要含架橋機(jī)和運(yùn)梁車，一種是能夠載梁通過隧道的運(yùn)架一體機(jī)，目前也在開發(fā)研制能夠通過隧道的分體式運(yùn)架設(shè)備[7]，但并不常見。下面對(duì)40 m簡支箱梁運(yùn)架施工設(shè)備及進(jìn)行介紹。

3.1 MG500型跨線提梁機(jī)

40 m簡支箱梁采用兩臺(tái)500 t跨墩提梁機(jī)提梁上橋，該輪軌式提梁機(jī)單臺(tái)額定起重量為500 t。主要由起重小車總成、主梁總成、支腿(剛、柔)總成、行走大車、爬梯走臺(tái)、電氣控制、副鉤總成、安全裝置以及液壓系統(tǒng)組成?？蓪?shí)現(xiàn)大噸位箱梁起吊、走行和橫移對(duì)位三維運(yùn)動(dòng)功能，具有提升箱梁上橋?yàn)檫\(yùn)梁車裝梁等功能。500 t提梁機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 MG500型提梁機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.2 YLS1000型輪胎式運(yùn)梁車

40 m簡支箱梁的橋上運(yùn)輸采用YLS1000型運(yùn)梁車，運(yùn)梁車主要由車體、走行輪組及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、馱梁臺(tái)車、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及制動(dòng)系統(tǒng)等組成。運(yùn)梁車主梁采用槽型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適用于時(shí)速250～350 km鐵路客運(yùn)專線24 m、32 m、40 m雙線整孔混凝土預(yù)制箱梁的運(yùn)輸。YLS1000型運(yùn)梁車采用液壓驅(qū)動(dòng)、液壓懸掛、液壓升降、機(jī)-電-液協(xié)調(diào)控制多軸線轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)直行、八字轉(zhuǎn)向、半八字轉(zhuǎn)向和斜行等運(yùn)動(dòng)模式。可實(shí)現(xiàn)“整升整降”和“單點(diǎn)升降”功能，滿足運(yùn)梁車自動(dòng)調(diào)平和喂梁時(shí)精確對(duì)位要求。YLS1000型運(yùn)梁主要技術(shù)參數(shù)見表2。

3.3 JQS1000型步履式架橋機(jī)

40 m簡支箱梁采用全新設(shè)計(jì)的JQS1000型架橋機(jī)進(jìn)行架設(shè)，JQS1000步履式架橋機(jī)為無導(dǎo)梁型式，采用單跨架梁模式，步履式走行過孔。主要由前輔助支腿、前支腿、機(jī)臂、中支腿、起重小車、后支腿、后輔助支腿、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成。JQS1000型步履式架橋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表3。

4 40 m簡支箱梁運(yùn)架施工關(guān)鍵技術(shù)

40 m簡支箱梁運(yùn)架施工既沿用了32 m箱梁運(yùn)架施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，還采用了正位提梁上橋、大噸位分體式運(yùn)架設(shè)備過隧架梁等創(chuàng)新施工技術(shù),主要體現(xiàn)在以下方面：

表2 YLS1000型運(yùn)梁車主要技術(shù)參數(shù)

表3 JQS1000型步履式架橋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4.1 正位提梁上橋和“三點(diǎn)平衡”吊裝技術(shù)

鄭濟(jì)鐵路黃河特大橋北引橋采用“四線雙層”的設(shè)計(jì)方式，普通的提梁機(jī)跨度不能滿足40 m箱梁架設(shè)的要求，如采用傳統(tǒng)的側(cè)位提梁上橋方式，提梁機(jī)的跨度將達(dá)到50 m左右，設(shè)備結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有32 m箱梁提梁機(jī)更大，設(shè)備整機(jī)自重需增加約80 t，一方面設(shè)備制造成本和投入更高，另一方面設(shè)備安拆使用風(fēng)險(xiǎn)增加，為減少設(shè)備投入，降低設(shè)備安裝和拆卸風(fēng)險(xiǎn)，40 m箱梁提升上橋首次采用了正位提梁方式，跨線提梁機(jī)采用36 m跨度設(shè)計(jì)(與32 m箱梁提梁機(jī)一致)，吊具設(shè)計(jì)采用“四點(diǎn)起吊、三點(diǎn)平衡”系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了施工所需設(shè)備功能，又最大限度地降低了設(shè)備投入和使用風(fēng)險(xiǎn)，并且提高了設(shè)備通用性?？缇€提梁機(jī)正位提梁上橋?yàn)檫\(yùn)梁車裝梁如圖2所示。

圖2 MG500型提梁機(jī)正位提梁上橋

4.2 低位運(yùn)梁施工技術(shù)

運(yùn)梁車兩側(cè)主梁采用槽型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與40 m梁的截面形狀相貼合，最大程度上利用隧道和箱梁兩側(cè)的空間。馱梁臺(tái)車采用板式結(jié)構(gòu)，鏈條牽引滑動(dòng)走行，見圖3。懸掛輪組采用雙胎并置結(jié)構(gòu)型式和寬基小輪胎方案，可有效降低整機(jī)高度。馱架高度僅1 500 mm，遠(yuǎn)低于高位運(yùn)梁車馱梁高度3 530 mm，實(shí)現(xiàn)了低位運(yùn)梁[8]，解決了傳統(tǒng)的分體式運(yùn)梁車不能過隧道運(yùn)梁的技術(shù)難題。運(yùn)梁作業(yè)見圖4。

圖3 滑板式馱梁臺(tái)車

圖4 低位運(yùn)梁車梁上運(yùn)梁作業(yè)

4.3 運(yùn)梁作業(yè)通過液壓懸掛實(shí)現(xiàn)輪組荷載自動(dòng)均衡

輪胎式運(yùn)梁車共有62個(gè)液壓懸掛輪組,見圖5，前后左右分成四組，各組輪組通過液壓懸掛形成“四點(diǎn)支撐、三點(diǎn)平衡”受力體系，可使所有輪軸均勻受載，保證箱梁在運(yùn)輸過程中支點(diǎn)均勻受力且為同一平面。承載時(shí)任意軸線間負(fù)荷的偏差小于5 %，保證全車輪胎載荷分布均勻，同組懸掛油缸負(fù)荷相同，每組懸掛具有位移自動(dòng)補(bǔ)償功能,對(duì)運(yùn)梁車、梁片和已架梁面均能起到很好的保護(hù)作用。

圖5 液壓懸掛輪組

4.4 架梁施工采用頂板吊梁施工技術(shù)

40 m箱梁架設(shè)施工沿用了32 m箱梁的頂板吊裝施工技術(shù)，并取得了成功應(yīng)用，與兜底吊梁方式相比，操作簡單，綜合效率高，通過吊具實(shí)現(xiàn)“四點(diǎn)起吊、三點(diǎn)平衡”，既保證了架梁施工安全，又能避免箱梁結(jié)構(gòu)受扭。

4.5 運(yùn)架設(shè)備同步縱移控制技術(shù)

架橋機(jī)起重小車取梁后，運(yùn)梁車馱梁小車與架橋機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，由架橋機(jī)操作司機(jī)集中控制，確保運(yùn)梁車的馱梁小車與起重小車同步縱移，避免吊梁鋼絲繩傾斜和受力不均等現(xiàn)象，同步控制技術(shù)對(duì)于確保架梁施工安全具有重要意義。

4.6 適應(yīng)大坡道架梁技術(shù)[9]

通過調(diào)節(jié)架橋機(jī)前、后支腿高度實(shí)現(xiàn)大坡度架梁作業(yè)。在高度受限的情況下，通過前支腿多級(jí)循環(huán)伸縮可實(shí)現(xiàn)架橋機(jī)±30 ‰大坡度調(diào)整。大坡道架梁見圖6。

4.7 隧道口架梁施工技術(shù)[9]

架橋機(jī)起重小車采用分列式結(jié)構(gòu)，中支腿和后支腿采用可翻折式設(shè)計(jì)，前支腿和前輔助支腿采用多級(jí)循環(huán)伸縮結(jié)構(gòu)，采用后懸臂取梁形式，解決了運(yùn)梁車喂梁時(shí)和后支腿干涉問題，架橋機(jī)通過運(yùn)梁車低位馱運(yùn)通過隧道，可滿足隧道口架梁工況?？蓪?shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)350 km/h、250 km/h的高速鐵路進(jìn)隧道-20 m，出隧道口7 m架梁。

4.8 分體式運(yùn)架設(shè)備整機(jī)馱運(yùn)通過隧道技術(shù)

250 km/h高鐵隧道半徑為R6 410 mm，350 km/h隧道輪廊尺寸為R6 650 mm，運(yùn)架設(shè)備設(shè)計(jì)以隧道輪廊尺寸作為限界條件，運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)過250 km/hR6 410 mm隧道時(shí)，中支腿與隧道寬度方向最小間隙為264 mm，高度方向最小間隙為344 mm，慢速通過滿足安全距離要求，350 km/h 高鐵的隧道輪廊尺寸更大，馱運(yùn)架橋機(jī)慢速通過隧道更沒有問題。

4.9 智能化和信息化應(yīng)用技術(shù)

運(yùn)架設(shè)備加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)[10]，利用4G網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備管理云平臺(tái)對(duì)接，將運(yùn)架設(shè)備重要工作參數(shù)和現(xiàn)場視頻信息等實(shí)時(shí)傳輸至云平臺(tái)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，對(duì)運(yùn)梁車和架橋機(jī)的GPS信息、整機(jī)狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警提示，實(shí)現(xiàn)了大型裝備智能化和信息化管理，為確保運(yùn)架設(shè)備的安全運(yùn)行提供了新的技術(shù)手段。40 m箱梁運(yùn)架施工智能化和信息化技術(shù)應(yīng)用見圖7。

圖6 30‰大坡道架梁工況示意

圖7 遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)梁作業(yè)參數(shù)

5 結(jié)束語

箱梁運(yùn)架設(shè)備技術(shù)隨著橋梁結(jié)構(gòu)、重量、跨度的變化而變化，40 m箱梁施工技術(shù)不是在32 m整孔箱梁上簡單地放大，對(duì)所需運(yùn)架設(shè)備在施工荷載、機(jī)構(gòu)優(yōu)化、高效運(yùn)行、安全可靠方面，提出了更高和更嚴(yán)格的要求，首套40 m箱梁運(yùn)架設(shè)備的研制和應(yīng)用既促進(jìn)了預(yù)制箱梁施工技術(shù)進(jìn)步，也加快了運(yùn)架設(shè)備體系的提升和完善，實(shí)現(xiàn)箱梁運(yùn)架施工技術(shù)的升級(jí)，為高鐵大跨度橋梁的運(yùn)架施工提供了技術(shù)支撐，也將為逐步全面推行40 m整孔預(yù)制箱梁運(yùn)架的實(shí)施提供有益的借鑒。