樊榴麗+屈拓拓

【摘要】西寶鐵路客運(yùn)專線因咸陽(yáng)西立交特大橋的地理環(huán)境約束，施工設(shè)計(jì)從跨咸陽(yáng)西上行聯(lián)絡(luò)線開始進(jìn)入-20‰坡度。實(shí)際施工中機(jī)械設(shè)備（架橋機(jī)）是屬于老式900T設(shè)備，由一、二、三號(hào)柱組成的雙主梁門式起重機(jī)，一號(hào)柱支立在即將架設(shè)箱梁前端，二號(hào)柱和三號(hào)柱均支立在已架箱梁梁面。設(shè)計(jì)要求架橋機(jī)機(jī)臂（由一、二、三號(hào)柱支立于上端位置，它的水平即能說(shuō)明一、二、三號(hào)柱是否水平）水平度不超出設(shè)計(jì)范圍的7‰，要求一號(hào)柱垂直度在±15mm以內(nèi)，這就嚴(yán)重制約了架梁、增加了架梁的不安全因素。鐵路建設(shè)越來(lái)越傾向于理性、合理、環(huán)保以及可持續(xù)的能源發(fā)展。國(guó)家 “十二五”規(guī)劃中不斷將高鐵、客專向各類地質(zhì)、地形延伸，這也同時(shí)要求在高鐵、客專建設(shè)過(guò)程中架橋機(jī)能滿足不同地形的架設(shè)箱梁任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】架橋機(jī)；機(jī)臂水平；垂直度；安全因素

【Abstract】Xibao Railway Passenger Dedicated Line is bounded by the geographical environment of Xianyang West Interchange Bridge， and the construction design enters the -20 ‰ slope from the westward line of Xianyang West Line. The actual construction of machinery and equipment （bridge machine） is the old 900T equipment， by the first， second and third column composed of double main girder gantry crane， one column stand in the erection of box girder front， Pillars are supported in the frame beam beam surface. The design requirements of the bridge machine arm （from one， two， three pillars stand in the upper position， its level that can explain the first， second and third column is the level） level does not exceed the design range of 7 ‰， Column verticality within ± 15mm， which severely restricted the beam， an increase of the beam of unsafe factors. Railway construction is becoming more and more rational， rational， environmentally friendly and sustainable energy development. National "Twelfth Five-Year Plan" will continue to high-speed rail， passenger dedicated to all types of geology， terrain extension， which also requires high-speed rail， passenger construction process bridge function to meet the different terrain erection box girder task.

【Key words】Bridge machine；Arm level；Vertical degree；Safety factor

1. 高鐵現(xiàn)狀

（1）隨著我國(guó)客運(yùn)專線鐵路建設(shè)高潮的不斷深入，鐵路建設(shè)越來(lái)越傾向于理性、合理、環(huán)保以及可持續(xù)的能源發(fā)展。國(guó)家 “十二五”規(guī)劃中不斷將高鐵、客專向各類地質(zhì)、地形延伸——隧道、曲線、高山等等，這也同時(shí)要求在高鐵、客專建設(shè)過(guò)程中架橋機(jī)能滿足不同地形的箱梁架設(shè)任務(wù)。為了避免資源浪費(fèi)，在選擇過(guò)程中，需要同時(shí)結(jié)合架橋機(jī)安全性能、使用性能、技術(shù)參數(shù)以及環(huán)保性能。

（2）新運(yùn)公司現(xiàn)擁有的架橋機(jī)和國(guó)內(nèi)其他兄弟單位使用的架橋機(jī)種類繁多，每種設(shè)備都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，怎樣根據(jù)不同地形條件選擇不同的架橋機(jī)呢？在選擇過(guò)程中需要考慮架橋機(jī)的安全性能、使用性能、技術(shù)參數(shù)、環(huán)保性能，尤其突出重點(diǎn)為技術(shù)參數(shù)和使用性能要符合相應(yīng)客專的施工特點(diǎn)，不能盲目投資，避免成本加大投入。

（3）西寶鐵路客運(yùn)專線因咸陽(yáng)西立交特大橋的地理環(huán)境約束，施工設(shè)計(jì)從跨咸陽(yáng)西上行聯(lián)絡(luò)線開始進(jìn)入-20‰坡度。實(shí)際施工中機(jī)械設(shè)備（架橋機(jī)）是屬于老式900T設(shè)備，由一、二、三號(hào)柱組成的雙主梁橋式起重機(jī)，一號(hào)柱支立在即將架設(shè)的箱梁前端，二號(hào)柱和三號(hào)柱均支立在已架箱梁的梁面。設(shè)計(jì)要求架橋機(jī)機(jī)臂（由一、二、三號(hào)柱支立于上端位置，它的水平即能說(shuō)明一、二、三號(hào)柱是否水平）水平度不超出設(shè)計(jì)范圍的7‰，這就嚴(yán)重制約了架梁、增加了架梁的不安全因素。

（4）如何保證架橋機(jī)機(jī)臂水平不超出設(shè)計(jì)范圍呢？三號(hào)柱因設(shè)計(jì)要求必須增墊鋼墊箱，三號(hào)柱落到最低孔位仍比一號(hào)柱高330mm（即鋼墊箱高度）。我們不能改變?nèi)?hào)柱設(shè)計(jì)，只能著手調(diào)整一、二號(hào)柱的高低。

2. 方案可行性分析

2.1技術(shù)分析。

（1）根據(jù)中鐵科工提供的《JQ900B架橋機(jī)使用說(shuō)明書》要求在架設(shè)-10.5‰～ -20.‰坡度箱梁時(shí)（正常架梁，除末跨），三號(hào)柱插銷孔位必須為最低插銷孔位BF，一號(hào)柱為最高插銷孔位BC，同時(shí)一號(hào)柱還必須支墊240mm枕木才能保證架橋機(jī)機(jī)臂水平度在設(shè)計(jì)7‰。endprint

（2）同時(shí)由于此臺(tái)架橋機(jī)屬于老式900T架橋機(jī)，三號(hào)柱即便插銷孔位為最低位置，在寬式狀態(tài)（窄式）下均需要支墊330mm鋼墊箱，才能進(jìn)入到架梁工況。如若不支墊鋼墊箱，將導(dǎo)致三號(hào)柱無(wú)法支立，支立在鋼筋網(wǎng)上，需要將每孔箱梁三號(hào)柱支立相應(yīng)位置的鋼筋網(wǎng)砸倒，在最后架設(shè)完成后恢復(fù)。

（3）由上面兩種情況疊加起來(lái)，那么一號(hào)柱相應(yīng)需要支墊240mm+330mm枕木高度。枕木縱向尺寸為200mm*250mm。一號(hào)柱下柱體柱體腳蹼尺寸為1350mm*1020mm，下柱體中心尺寸為488mm*445mm，架設(shè)箱梁過(guò)程中，必須要滿足下柱體中心對(duì)應(yīng)位置有承力部分，即支墊枕木必須要支墊在中心位置。由下柱體中心位置確定了枕木支墊必須兩層以及縱斷面為兩根枕木才能滿足受力要求。

（4）支墊枕木給架梁增加了危險(xiǎn)因素，因一根枕木的受力面積較小，同時(shí)幾根枕木不是一個(gè)整體。架橋機(jī)在同步出梁時(shí)，架橋機(jī)一號(hào)柱（根據(jù)中鐵科工提供的荷載分布圖）受力最大，一號(hào)柱受力達(dá)到極限值。若在此期間出現(xiàn)其中一根枕木變形，則會(huì)導(dǎo)致一號(hào)柱垂直度偏差增大，為避免此類現(xiàn)象出現(xiàn)以及事故的發(fā)生，最終摒棄枕木支墊方法。

（5）采用鋼支墩支墊，受力面積大，且與下柱體中心密貼并由螺栓進(jìn)行固接，故不會(huì)出現(xiàn)局部變形，即便局部變形?？紤]用高強(qiáng)螺栓連接。

2.2經(jīng)濟(jì)分析。

（1）一號(hào)柱若支墊枕木，需要大量的人力、物力。

（2）一號(hào)柱在35號(hào)至15號(hào)墩之間，墩柱高度均在20m以上，一號(hào)柱在架橋機(jī)整機(jī)過(guò)跨后必須要支墊好，等待下一孔箱梁架設(shè)任務(wù)。支墊一號(hào)柱必須同時(shí)滿足垂直度，也要滿足整機(jī)機(jī)臂水平度在7‰以內(nèi)。每孔均需要重新支墊，需要至少多余前橋臺(tái)一倍的工人投入其中，支墊還需要保證支墊的枕木水平，一般一號(hào)柱支立時(shí)間為5分鐘，若支墊枕木則需要30分鐘。大大增加了工序時(shí)間。

（3）枕木如何從已架箱梁梁面到達(dá)待架箱梁前端呢？需要雇傭25T吊車（主臂可達(dá)31.5m高度，重量隨工作半徑不同而吊車起吊重量不同），由吊車每孔梁跟班作業(yè)，進(jìn)行一號(hào)柱支墊。臺(tái)班費(fèi)增加，人工費(fèi)增加。

（4）采用鋼支墩固定在一號(hào)柱下柱體腳蹼位置，不需要拆卸，在整機(jī)過(guò)跨過(guò)程中，便支立良好，支立時(shí)間仍然為五分鐘。

2.3確定方案。

（1）選用了鋼支墩支墊一號(hào)柱，鋼支墩高度為360mm，對(duì)比零坡度，一號(hào)柱仍然比三號(hào)柱低210mm左右。210mm相對(duì)高差計(jì)算出一號(hào)柱和三號(hào)柱之間水平度為-2.19‰，滿足機(jī)臂水平度要求。

（2）但是在測(cè)算機(jī)臂水平度只是滿足了水平方向要求，同時(shí)還要求一號(hào)柱必須滿足垂直度要求，即一號(hào)柱支立完成后垂直度在±15mm以內(nèi)。

3. 實(shí)施過(guò)程

3.1一號(hào)柱下柱體連接螺栓受力分析。

3.1.1在確定了采用鋼支墩支墊后，如何保證鋼支墩與一號(hào)柱下柱體密貼的同時(shí)還能滿足受力要求。采用多大的螺栓進(jìn)行連接，怎么樣才能滿足受力要求？在同步出梁過(guò)程中一號(hào)柱下柱體連接螺栓所承受的剪力以及壓力，通過(guò)計(jì)算單個(gè)螺栓的承壓力以及抗剪力以及一號(hào)柱載荷分布圖設(shè)計(jì)要求值，從而計(jì)算出螺栓直徑。由于一號(hào)柱腳蹼位置限制，只能打孔7個(gè)，這就限制只能采取相應(yīng)螺栓才能滿足要求。（此處不考慮摩擦型螺栓，原因此處無(wú)摩擦板，也無(wú)相應(yīng)設(shè)計(jì)，忽略為普通高強(qiáng)螺栓）。

單栓承壓承載力 [Nc]=dΣδ·[σc ] 公式1

單栓抗剪承載力 [Nj]= nj · πd2 4·[τ] 公式2

式中 d——螺栓直徑；

Σδ——在同一方向承壓的板件總厚度，取兩個(gè)方向板件總厚度較小者；此處四面板件厚度相同，均為30mm（腳蹼下鋼板厚度）+16mm（新加鋼板厚度）=46mm；

nj ——剪切面數(shù)目，單剪nj =1，雙剪 nj =2；此處屬于單剪，原因?yàn)橹挥猩舷聝蓧K板，其余作用載荷不存在；

σc ——孔壁的許用承壓應(yīng)力，對(duì)粗制螺栓 [σc ] =1.4[σ]，精制螺栓 [σc ]=1.8[σ]（ [σ]為螺栓材料許用正應(yīng)力）；此處采用的是粗制螺栓，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)1， [σ]=360Mpa，即 [σc ]=1.4[σ]=504MPa；

[τ] ——螺栓的許用剪應(yīng)力，對(duì)粗制螺栓[τ] =0.6 [σ]，對(duì)精制螺栓 [τ] =0.8 [σ]；此處采用粗制螺栓，即 [τ]=0.6[σ]=216Mpa；

計(jì)算出單個(gè)螺栓承壓為[Nc ] =24mm×46mm ×504Mpa=55416Kg·m/s2；

單個(gè)螺栓抗剪力為[Nj]=1 ×3.1415×242×10-54×216Mpa=97713Kg·m/s2

根據(jù)中鐵科工提供一號(hào)柱荷載分布圖，一號(hào)柱單側(cè)受力為266.84T，

F [Nj]·n/K 公式3

式中 K ——表示安全系數(shù)，查《設(shè)備吊裝便攜手冊(cè)》吊裝作業(yè)時(shí) K一般為2～3，此處取K=2 ；

n——表示螺栓數(shù)量；

通過(guò)公式3可計(jì)算出螺栓數(shù)量：n4.699 ，取 n=5。實(shí)際操作過(guò)程中，可取大于5條以上的螺栓。

3.1.2架橋機(jī)一號(hào)柱在同步出梁過(guò)程中下柱體承受著壓力，而此時(shí)由于鋼支墩與下柱體不是一體，靠螺栓連接，說(shuō)明高強(qiáng)螺栓承受著同步出梁產(chǎn)生的動(dòng)能帶來(lái)的摩擦力。通過(guò)動(dòng)量定理，可計(jì)算出螺栓所承受摩擦力f 大小。

mv-ft=0 公式4

式中 m ——梁片重量，按照32m梁重量計(jì)算，32m梁重為862.9T，m=862900Kg ；

v——起重小車重載走行速度，按照中速進(jìn)行計(jì)算，取 v=1.4m/min；

t ——兩小車同步出梁時(shí)間，t=8min ；

計(jì)算公式4，可得摩擦力：endprint

f=151008Kg·m/min2=41.95Kg·m/s2=41.95KN；

比較單個(gè)螺栓抗剪力，可知摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于螺栓抗剪力。

對(duì)比單個(gè)螺栓螺栓抗剪力和承壓力，取單側(cè)螺栓分布數(shù)量在5條以上。

3.2機(jī)加工。

（1）通過(guò)受力分析計(jì)算，可采用高強(qiáng)螺栓M24*80，10.9級(jí)螺栓連接，配以平墊、彈墊，保證螺栓受力。鋼支墩為中鐵科工集團(tuán)提供，如何將鋼支墩與一號(hào)柱下柱體腳蹼連接？鋼支墩無(wú)螺栓孔，而且單純地想將鋼支墩與下柱體連接，是無(wú)法完成的。因?yàn)橄轮w中心為空心柱體且下柱體腳蹼尺寸為1350mm*1020mm，而鋼支墩尺寸為600mm*700mm，正好在腳蹼邊緣，無(wú)法連接，只能將鋼支墩與16mm鋼板通過(guò)焊接固接在一起，在鋼板上打孔，才能保證鋼支墩與一號(hào)柱下柱體能密貼。

（2）為了達(dá)到足夠的密貼，保證在沖擊力足夠大的情況下，鋼支墩不產(chǎn)生縱向滑移，將鋼支墩與鋼板連接，鋼板尺寸為1350mm*1020mm*16mm。鋼板與鋼支墩通過(guò)采用JH507焊條、焊芯為￠4.0mm進(jìn)行結(jié)構(gòu)焊接，保證焊縫無(wú)夾渣、無(wú)氣泡等等。

（3）一號(hào)柱腳蹼筋板較多，空隙位置有至少7處，為了保證施工安全，取7條螺栓。打孔按照下圖位置進(jìn)行，每側(cè)為7個(gè)孔，螺栓孔徑為￠26mm。采用高強(qiáng)螺栓M24*80，10.9級(jí)螺栓連接，配以平墊、彈墊，保證螺栓受力要求（見圖1）。

4. 架橋機(jī)架梁工況分析

4.1零坡度架梁。

4.1.1一號(hào)柱插銷孔位（下柱體）（見圖2）。

4.1.2三號(hào)柱插銷孔位（見圖3）。

（1）按照?qǐng)D中的插銷孔位為BE，由于三號(hào)柱支墊鋼墊箱高度為330mm，為保證設(shè)計(jì)高度不變，那么三號(hào)柱插銷孔位必須往上走一孔即BF。正好能保證架橋機(jī)安全架梁，保證機(jī)臂水平度不超過(guò)7‰。三號(hào)柱插銷位置為BF（寬式），BE（窄式即整機(jī)走行）。

（2）一、二、三號(hào)柱測(cè)量數(shù)值均在空載工況下測(cè)量，兩臺(tái)小車退回至二號(hào)柱之后時(shí)測(cè)量。觀測(cè)值越大表示實(shí)際高度越高，反之。在以下計(jì)算中，均取一號(hào)柱與二號(hào)柱之間的中心距為32.6m，二號(hào)柱與三號(hào)柱之間的中心距為22m。采用反余切公式計(jì)算坡度（測(cè)量數(shù)據(jù)見表1）。

（3）說(shuō)明一號(hào)柱比三號(hào)柱高276mm，計(jì)算機(jī)臂水平坡度。一號(hào)柱與三號(hào)柱之間的縱向距離為55m。計(jì)算機(jī)臂坡度為+2.88‰（上坡），即一號(hào)柱比三號(hào)柱高。機(jī)臂坡度在設(shè)計(jì)范圍的7‰以內(nèi)，滿足架梁工況，保證了設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）測(cè)量一號(hào)柱垂直度通過(guò)如下示意圖（見圖4）：

（5）測(cè)量得出一號(hào)柱中心線距梁面的高度h1=8.21m ，鉛垂線距梁面的高度h2=8.210014m ，利用余弦定理計(jì)算出，鉛垂線在梁面相交的點(diǎn)與一號(hào)柱中心距在梁面上相交的點(diǎn)之間的距離 Δs=15mm。左右兩側(cè)通過(guò)全站儀測(cè)量均在垂直度允許范圍。

一號(hào)柱插銷位置為AB，即此時(shí)一號(hào)柱高度已經(jīng)上升為最高孔位，無(wú)法再進(jìn)行調(diào)節(jié)。下柱體下部按照要求必須支墊240mm以上的枕木，設(shè)計(jì)院提供的為360mm的鋼支墩，為保證鋼支墩和下柱體連接為一體，需要將鋼支墩于下柱體腳蹼相連。打孔按照適當(dāng)孔位進(jìn)行打孔，聯(lián)接采用10.9S高強(qiáng)螺栓。原因經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院計(jì)算，此處為受力較大部位，必須采用高強(qiáng)螺栓進(jìn)行聯(lián)接。

4.2.2三號(hào)柱插銷孔位（見圖5）。

外套A-B中心距550mm；內(nèi)套C-D中心距330mm；D-E中心距330mm；E-F中心距360mm；F-G中心距870mm。三號(hào)柱插銷位置為BF（寬式），BE（窄式即整機(jī)走行）。

一、二、三號(hào)柱測(cè)量數(shù)據(jù)如下表：互差正值表示一號(hào)柱低，負(fù)值表示一號(hào)柱高（見圖6）（見表2）。

（1）從測(cè)量表計(jì)算以及柱狀圖分析，機(jī)臂水平度均在-3‰（下坡）以內(nèi)，滿足架梁工況，不需要變化插銷孔位。

（2）對(duì)比之前測(cè)量示意圖，可知一號(hào)柱鉛垂線為負(fù)值，即垂直度也為負(fù)值，超出允許范圍要求的±15mm，為-150mm。一號(hào)柱低頭。

4.3架設(shè)末跨箱梁。

4.3.1一號(hào)柱插銷孔位（上柱體）。

線路坡道：10.5～-20‰銷孔位置：AB，上伸縮柱下支墊枕木（枕木高度：240mm）。

一號(hào)柱實(shí)際在架設(shè)過(guò)程中已是最高孔位，下面需要支墊300mm加長(zhǎng)柱、360mm鋼支墩，加長(zhǎng)柱與鋼支墩之間加20mm厚防滑膠皮。

4.3.2三號(hào)柱插銷孔位（見圖7）。

（1）實(shí)際架橋機(jī)三號(hào)柱已是最低孔位，但是此時(shí)三號(hào)柱在架梁過(guò)程中仍需要支立330mm鋼墊箱。

（2）二號(hào)柱在架設(shè)末孔時(shí)，均衡已落至最低位置?？蓮谋?中可知：

（3）一號(hào)柱此時(shí)仍較低，坡度已達(dá)到-5.7‰（下坡），此時(shí)測(cè)量一號(hào)柱垂直度（示意圖）為-426mm，極大地超出了設(shè)計(jì)允許范圍（±15mm），說(shuō)明一號(hào)柱下柱體與二號(hào)柱之間的中心已由設(shè)計(jì)的32.6m變?yōu)楝F(xiàn)在的32.174m。而一號(hào)柱與機(jī)臂采用為鉸座連接，縱向活動(dòng)量較大，同時(shí)上面的垂直度已說(shuō)明一號(hào)柱往前傾斜。

（4）垂直度配以示意圖來(lái)表示。測(cè)量顯示一號(hào)柱垂直度此時(shí)為-426mm，嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)允許范圍。由于未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故重新確定支立方案。

（5）在一號(hào)柱下柱體多增加一個(gè)鋼支墩，即由原來(lái)一個(gè)鋼支墩360mm高度，變?yōu)楝F(xiàn)在的740mm高度，這樣即保證了整機(jī)機(jī)臂水平坡度基本保持在2‰以內(nèi)，垂直度也達(dá)到了設(shè)計(jì)允許范圍。

5. 總述

前期鐵路項(xiàng)目的發(fā)展高峰期帶來(lái)了設(shè)備購(gòu)置數(shù)目增多，這些設(shè)備隨著高鐵、客專鐵路項(xiàng)目的逐漸萎縮將會(huì)封存擱置，投入的成本無(wú)法收回。隨之產(chǎn)生了更多的投入，拆解設(shè)備、轉(zhuǎn)場(chǎng)、封存一系列費(fèi)用投入。為了避免架橋機(jī)的出現(xiàn)這種情況，亟待需要將設(shè)備能進(jìn)行改造，適應(yīng)各種施工領(lǐng)域、施工環(huán)境架梁。此處所說(shuō)的改造為技術(shù)改造，改造在《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》允許范圍。設(shè)備將是一項(xiàng)艱巨卻又是可持續(xù)發(fā)展的重中之重。

參考文獻(xiàn)

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[文章編號(hào)]1619-2737（2017）10-23-820endprint