張耀輝,張 平,逯久喜

(石家莊鐵道大學(xué)國(guó)防交通研究所,石家莊 050043)

1 概述

近幾年來,我國(guó)高速鐵路的建設(shè)正在進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期,在高速鐵路的高密度施工建設(shè)中,無砟軌道板的鋪設(shè)是高速鐵路施工中的重要一環(huán)。軌道板的鋪設(shè)任務(wù)重,工期要求時(shí)間短,鋪設(shè)精度要求高,施工作業(yè)空間條件受到限制等因素的制約,使得鋪板設(shè)備的選擇和合理的工序安排尤為重要。目前我國(guó)在建高速鐵路,如:京滬線、滬寧線、滬杭線、哈大線、石武線等線路的無砟軌道板主要是 CRTSⅠ型和 CRTSⅡ型兩種規(guī)格,所以,針對(duì)無砟軌道板的鋪設(shè)施工,由石家莊鐵道大學(xué)國(guó)防交通研究所最新研發(fā)的 LGM10新型高速鐵路軌道板多功能大懸臂門吊設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。由于其功能的多樣性、操作的方便性和便于升級(jí)改造的模塊化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn),該型設(shè)備已經(jīng)正在應(yīng)用于在建的多條高速鐵路的施工中,受到了用戶的青睞。

2 大懸臂門吊的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案的確定

鑒于施工環(huán)境條件、施工工期和施工的合理性等方面的考慮,無砟軌道板的鋪設(shè)施工是具有一定難度并有很大的研究性的。以下就從幾個(gè)方面來闡述該新型多功能軌道板門吊的方案確定問題。

(1)從橋面的斷面尺寸和橋面的實(shí)際情況來看(圖1),門吊最好采用輪胎走行方式,因?yàn)槠渥咝徐`活,對(duì)橋面路況的適應(yīng)性好;走行輪胎的走行空間是橋面上兩側(cè)軌道板底座的外側(cè)邊緣與擋墻之間的狹窄縫隙,不同的線路該縫隙的寬度大約在 0.6～0.4m,這就要求在選擇設(shè)計(jì)走行系統(tǒng)時(shí),它的下部輪廓寬度要小于空間尺寸,并且兩側(cè)至少要有10cm左右的富余空間,門吊走行時(shí)要有左右的方向調(diào)整空間;走行機(jī)構(gòu)應(yīng)具有轉(zhuǎn)向功能以便適應(yīng)在線路的曲線段或進(jìn)行走向微調(diào)。

圖1 高速鐵路橋梁無砟軌道橋面斷面

(2)每個(gè)施工標(biāo)段,軌道板的數(shù)量少說也有幾萬塊,它們都在軌道板的預(yù)制廠進(jìn)行預(yù)制加工,那么等到鋪設(shè)時(shí),這些軌道板應(yīng)提前順序運(yùn)到沿整個(gè)施工標(biāo)段的線路兩側(cè)的施工便道或臨時(shí)空地上,按要求的存放位置,疊放要求進(jìn)行存放。它很少大量集中存放,因?yàn)椴粌H需要很大的場(chǎng)地,而且還得進(jìn)行二次倒運(yùn),工期和費(fèi)用都不允許。那么,這就需要軌道板門吊在橋上施工時(shí),應(yīng)帶有兩側(cè)的大懸臂結(jié)構(gòu)伸到橋梁外側(cè),進(jìn)行軌道板的吊裝作業(yè)。

(3)考慮到橋上線路施工的交叉作業(yè)情況出現(xiàn),有時(shí)電氣化的電桿也許會(huì)先于軌道板的施工而提前豎起,那么就要求軌道板門吊的大懸臂能夠輕松方便地折疊下來,以便在走行時(shí)不和電桿相碰,同時(shí)也要能夠很方便的恢復(fù)。

(4)當(dāng)遇到高鐵線路的隧道時(shí),門吊要能夠在折轉(zhuǎn)大懸臂后,其空間的輪廓尺寸應(yīng)能夠穿越隧道并進(jìn)行隧道內(nèi)軌道板的鋪設(shè)施工。

(5)目前高鐵上的軌道板有兩種規(guī)格,CRTSⅠ型和 CRTSⅡ型,所以門吊的吊具要能夠適應(yīng)吊取兩種板的情況,這樣門吊才有更好的適應(yīng)性,減少施工方重復(fù)的設(shè)備投資,降低工程成本;起重小車和吊具配合要具有軌道板的空間狀態(tài)的微調(diào)功能,以便適應(yīng)在曲線上鋪設(shè)軌道板時(shí)的需要。

(6)懸臂門吊要自帶動(dòng)力系統(tǒng)。因?yàn)楦咚勹F路的每個(gè)施工標(biāo)段往往幾十公里,所以必須自帶動(dòng)力才能方便快捷。

(7)整個(gè)門吊采用模塊化設(shè)計(jì)制作,變化和升級(jí)靈活,便于長(zhǎng)短途運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組裝、拆解和轉(zhuǎn)場(chǎng);同時(shí)要考慮門吊的成本費(fèi)用,因?yàn)槊總€(gè)標(biāo)段的需要量都比較大,且門吊的故障率要低,維修要方便。

2.2 大懸臂門吊的構(gòu)造組成與設(shè)計(jì)特點(diǎn)

門吊的整體結(jié)構(gòu)形式見圖2、圖3。門吊的主體框架結(jié)構(gòu)部分是由 4根懸臂梁、2根主梁、4根立柱(2根活動(dòng)立柱和 2根固定立柱)和 2個(gè)下橫梁組成。主梁與懸臂梁間的連接方式為:梁橫截面的下部采用鋼銷連接,梁橫截面的上部采用高強(qiáng)度精軋螺紋鋼連接(圖4)。只要抽掉上面的鋼精軋螺紋鋼,則懸臂梁即可在折臂油缸的作用下,繞下部的鋼銷鉸點(diǎn)向下翻轉(zhuǎn)90°,呈垂直狀態(tài)(圖5)。上部連接點(diǎn)之所以采用高強(qiáng)度精軋螺紋鋼,而沒有采用鋼銷連接,是因?yàn)樯喜恳?jīng)常拆解,如果用鋼銷,根據(jù)以前的經(jīng)驗(yàn),拆解起來非常困難。主梁與立柱之間采用高強(qiáng)螺栓連接,且主梁的螺栓孔是預(yù)留富余孔位的,可實(shí)現(xiàn)左右立柱中心間距從 8m到 8.4m的10cm級(jí)的連續(xù)變化,這樣就非常容易適應(yīng)不同高鐵線路橋面尺寸的變化要求。立柱和下橫梁間采用螺栓法蘭連接。

圖2 門吊正面

圖3 門吊側(cè)面

圖4 主梁、懸臂梁和立柱連接

門吊的起升系統(tǒng)包括起重小車系統(tǒng)和吊具兩部分,見圖6、圖7。起重小車橫梁可沿懸臂梁和主梁頂面上的方鋼軌道行走,采用電機(jī)驅(qū)動(dòng);小車橫梁上在 4個(gè)點(diǎn)布置了 4臺(tái)電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)。卷揚(yáng)機(jī)和吊具之間通過定滑輪和動(dòng)滑輪連接,其中懸吊吊具一端的鋼絲繩是連通的,而另一端是各自獨(dú)立的,這樣吊具的 4個(gè)吊點(diǎn)就形成了三點(diǎn)平衡的受力模式,保證了吊具的 4個(gè)吊點(diǎn)的受力均衡性。

圖5 懸臂梁折轉(zhuǎn)后效果

圖6 起重小車俯視圖

圖7 吊具俯視圖

吊具是一個(gè)平面框架結(jié)構(gòu),在它上面除了安裝有4個(gè)動(dòng)滑輪吊點(diǎn)以外,還有 4個(gè)可 90°轉(zhuǎn)動(dòng)的鏟狀的卡爪,用來卡住軌道板的 4個(gè)位置,進(jìn)行起吊?？ㄗΦ目v向設(shè)計(jì)位置考慮了 2種型號(hào)軌道板的縱向尺寸,能夠同時(shí)滿足它們的吊取;卡爪在吊具上的橫向位置,是通過卡爪和吊具橫桿間采用螺栓連接的方式,預(yù)留多個(gè)孔位,當(dāng)軌道板橫向?qū)挾茸兓瘯r(shí),只要挪動(dòng)卡爪在橫桿上的連接位置,就能夠滿足寬度變化要求。吊具下落到軌道板上方起吊位置后,手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 4個(gè)卡爪 90°,完成卡住軌道板的動(dòng)作,同時(shí)將定位銷穿入卡爪的轉(zhuǎn)盤和吊具框架的定位孔中,保證吊具位于半空中起吊過程中,不會(huì)出現(xiàn)軌道板墜落事故的發(fā)生。當(dāng)需釋放軌道板時(shí),只需將定位銷拔出,手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 4個(gè)卡爪使其與軌道板脫離即可,簡(jiǎn)單方便。

門吊的大車走行系統(tǒng),為適應(yīng)在高速鐵路橋梁和路基上鋪設(shè)軌道板的施工要求,走行機(jī)構(gòu)采用 4個(gè)走行輪胎組方式,每組由兩個(gè)走行輪胎組成,配套有均衡梁、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向等裝置,兩個(gè)走行輪有一個(gè)為主動(dòng)輪,走行驅(qū)動(dòng)裝置為 K系列斜齒輪 -傘齒輪減速機(jī),通過鏈輪鏈條傳動(dòng)對(duì)主動(dòng)輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)(圖8)。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)形式為液壓獨(dú)立轉(zhuǎn)向,采用轉(zhuǎn)向液壓缸驅(qū)動(dòng),轉(zhuǎn)向角度 ±17°,最大負(fù)荷靜止?fàn)顟B(tài)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。走行輪胎選用橡膠工業(yè)輪胎,輪胎規(guī)格:8.25-20工業(yè)充氣輪胎,單只最大負(fù)荷:58.45kN。

圖8 大車走行輪組及轉(zhuǎn)向平面

門吊的立柱分為可升降的活動(dòng)立柱和固定立柱,活動(dòng)立柱靠?jī)蓚€(gè)升降油缸實(shí)現(xiàn)立柱的高度調(diào)節(jié),其作用就是可隨時(shí)實(shí)現(xiàn)門吊高低水平調(diào)節(jié)。門吊的輔助支撐系統(tǒng)在下橫梁的下部,其目的就是,當(dāng)門吊懸臂吊板時(shí),由于輪胎的承載能力(限于橋面走行空間的狹窄尺寸)是有限的,所以用其來幫助輪胎組受力,從而解決了輪胎規(guī)格選擇的難題。

門吊的電氣控制系統(tǒng)分為發(fā)電機(jī)組、司機(jī)室、遙控器、電氣控制柜、變頻器、電機(jī)和電纜等部分。大車、起重小車和吊具的起升均采用變頻控制,從而使得各種動(dòng)作平穩(wěn)、安全;遙控器的使用,可使得施工人員在橋上鋪軌道板精確對(duì)位時(shí)更加方便。

2.3 大懸臂門吊的設(shè)計(jì)參數(shù)

門吊的主要設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表1。

表1 門吊主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3 大懸臂門吊的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

每個(gè)標(biāo)段數(shù)量龐大的軌道板,各施工單位一般都在預(yù)制場(chǎng)地進(jìn)行集中流水線預(yù)制加工。那么等到鋪設(shè)時(shí),應(yīng)采用什么樣的施工方案,設(shè)備投資既少,工期短且合理,要根據(jù)具體標(biāo)段的線路所處的地理環(huán)境等情況具體而定,根據(jù)已完成的京津城際等客運(yùn)專線施工經(jīng)驗(yàn)來看,一般會(huì)有以下幾種情況。

(1)對(duì)于橋梁兩側(cè)比較平坦,且有施工臨時(shí)便道時(shí)。提前將軌道板順橋向依次擺在橋梁兩側(cè)的便道空地上,注意擺放的軌道板板內(nèi)側(cè)邊距橋梁的外側(cè)邊緣的距離在 0～1m時(shí),最有利于橋上懸臂門吊的吊取。對(duì)于橋比較長(zhǎng)時(shí),可采用兩臺(tái)懸臂門吊從橋的梁端相向鋪設(shè),也可以從靠近中間的位置反向鋪設(shè)。施工方案一示意見圖9。

圖9 施工方案一

(2)對(duì)于橋梁兩側(cè)有河流、水塘、湖泊等不適合在橋梁兩側(cè)存儲(chǔ)軌道板時(shí),只有在線路合適位置部分集中存放,利用一臺(tái)懸臂門吊定點(diǎn)吊到軌道板運(yùn)輸平板車上,然后長(zhǎng)距離運(yùn)到橋上待鋪位置,再利用橋上的另外一臺(tái)懸臂門吊進(jìn)行正面卸車并鋪設(shè)。這樣一來增加定點(diǎn)起吊設(shè)備和長(zhǎng)距離運(yùn)板車,并且施工工期會(huì)增加。施工方案二示意見圖10。

圖10 施工方案二

(3)對(duì)于路基上鋪設(shè)軌道板時(shí),軌道板不能夠存到路基兩側(cè),因?yàn)閼冶坶T吊的懸臂沒有那么長(zhǎng),所以只能從路基上正面運(yùn)輸軌道板并由懸臂門吊正面鋪設(shè)。

(4)當(dāng)線路上遇到隧道時(shí),隧道內(nèi)軌道板的鋪設(shè)要通過門吊的正面吊取進(jìn)行鋪設(shè)。那么,此時(shí)懸臂門吊的懸臂要向下折轉(zhuǎn) 90°,呈豎直狀態(tài),門吊的輪廓尺寸在設(shè)計(jì)之初就已經(jīng)考慮了隧道內(nèi)施工的工況要求,所以成功解決了隧道內(nèi)施工的難題。施工方案示意見圖11。

圖11 門吊隧道內(nèi)施工

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),1臺(tái)懸臂門吊的鋪設(shè)速度為每天40～50片軌道板,基本上每 10～15km必須配備 1臺(tái)懸臂門吊才能滿足工期要求。

4 結(jié)語

LGM10新型多功能大懸臂軌道板門吊目前已經(jīng)生產(chǎn)幾十臺(tái),正在京滬線、滬寧線、滬杭線、廣深港線、哈大線等在建的高速鐵路施工中發(fā)揮著重要作用。由于其具有模塊化設(shè)計(jì)、跨度可調(diào)、高度水平可調(diào)、懸臂自由折轉(zhuǎn)、側(cè)面和正面均可吊板、可實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)鋪設(shè)、吊具可適應(yīng)兩種軌道板類型、遙控操作、拼組方便等眾多優(yōu)點(diǎn),所以受到眾多工程施工單位的青睞。

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