李 達

（中鐵二局集團新運工程有限公司， 四川 成都 610031）

1 國內(nèi)外高鐵箱梁發(fā)展歷程

1.1 高鐵箱梁國外現(xiàn)狀及趨勢

國外高速鐵路發(fā)展至今已有50 多年，日、德等高速鐵路起步較早國家采用的橋梁常用跨度為25～60 m，其中，32 m 以下跨度多采用簡支箱梁，大于32 m 跨度的混凝土箱梁以頂推和現(xiàn)場支架現(xiàn)澆為主。大于32 m 跨度簡支箱梁尚無預制架設施工先例，32 m 跨度以上到60 m 跨度高鐵箱梁多采用移動模架、鷹架法橋位灌注施工方案。

世界上第一條高速鐵路——日本的東海道新干線于1966 年10 月1 日正式投入營運，時速達210 km，突破了多年的鐵路運行速度世界記錄，其線路大量采用22～35 m 跨度連續(xù)鋼架現(xiàn)澆結構及局部采用桁架式斜吊懸梁施工。

德國新建高速鐵路干線上的橋梁幾乎全部是預應力混凝土簡支梁和連續(xù)梁，其橋跨主要是44 m 和58 m 兩種。一般采用移動模架、鷹架法橋位灌注現(xiàn)場制梁。

國外高速鐵路發(fā)展較早，在施工實踐設計中應用了多種型式、多種跨度的組合箱梁橋。32 m 跨度箱梁及以下主要采用整體預制、梁上運輸架設施工，32 m 跨度以上主要采用橋位現(xiàn)澆形式。

1.2 高鐵箱梁國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展

目前，我國已擁有世界上運營里程最長、在建規(guī)模最大、運營速度最高的高速鐵路網(wǎng)，高鐵已成為中國新“四大發(fā)明”。

1998 年，秦沈高速鐵路線首次設計應用了整體預制、梁上運輸、架設技術，采用了跨度為20 m、24 m兩種箱梁，最大重量達570 t。同年，臺北到高雄修建的高速鐵路橋梁跨度被設計為30 m、35 m 等多種規(guī)格，最大重量約900 t，其橋梁結構設計和運架施工技術與秦沈客運專線相似。

我國高速鐵路箱梁施工技術的應用自1998 年伴隨著秦沈線的建設而展開。采用國內(nèi)集中研制配套進口的原則，研發(fā)出了第一套有自主產(chǎn)權的高鐵箱梁運架裝備，最大施工能力達600 t 級。

2004 年，國內(nèi)高速鐵路客運專線建設進入了新的高潮，武廣、京津城際鐵路等客運專線陸續(xù)開工，高鐵簡支箱梁以及配套運架裝備在秦沈鐵路的基礎上得到創(chuàng)新升級，研發(fā)32 m 跨高鐵簡支箱梁及配套運架裝備取得了巨大成功。

近些年，鐵科院致力于高速鐵路大跨度預應力簡支梁建造技術研究，聯(lián)合業(yè)內(nèi)主要的設計單位和高鐵設備制造單位研發(fā)40 m 跨度后張法預應力混凝土高鐵簡支箱梁，同時研究應用40 m 高鐵簡支梁信息化建造技術，開發(fā)相應的運架技術及裝備，取得圓滿成功。

2 40 m/1 000 t 鐵路簡支箱梁技術研究的目的及意義

據(jù)統(tǒng)計，2017 年我國高速鐵路運營里程高達2.9萬km，占世界高鐵運營里程66%以上，是當之無愧的“世界冠軍”。為保證列車運行的安全與舒適、合理利用自然資源和保護線路周邊環(huán)境，在跨越河谷及平原區(qū)段時，高速鐵路主要以橋梁跨越的形式通過。目前，我國高速鐵路橋梁約占運營線路總長的50%以上，梁橋跨度主要為32 m 及以下標準跨度預應力混凝土簡支梁橋。隨著我國對高速鐵路提高通車速度與乘坐舒適度、合理利用自然資源、提高土地使用率的要求的提高，對既有簡支梁橋的跨越能力也提出了更高需求。在國家“九五”科技攻關項目“高速鐵路線橋結構與技術（標準）”中，對合理的結構型式以及橋面寬度、橋面布置規(guī)劃進行了研究，認為我國高速鐵路橋梁采用大跨度等跨布置預應力混凝土簡支梁是經(jīng)濟合理的，同時，考慮彎矩、慣性矩、整體性能等方面的優(yōu)點，確定箱型截面是高速鐵路橋梁的理想截面型式。經(jīng)過大量科技攻關，我國已經(jīng)突破高速鐵路40 m 預制簡支箱梁建造技術，奠定了中國高速鐵路橋梁技術發(fā)展基礎。40 m 鐵路箱梁斷面如圖1所示。

圖1 40 m/1000 t 鐵路箱梁跨中斷面圖（單位：mm）

3 40 m/1 000 t 簡支箱梁運架施工創(chuàng)新技術應用

40 m 簡支箱梁運架施工技術是在既有32 m 運架施工技術的基礎上創(chuàng)新的，同時沿用了32 m 箱梁運架施工技術的優(yōu)點。還創(chuàng)新發(fā)明了正位提梁上橋專利、大噸位分體式運架設備過隧施工等技術，主要體現(xiàn)在以下方面：

3.1 正位提梁上橋施工技術

鄭濟鐵路黃河特大橋北引橋采用“雙層”設計，其中下層為“四線并置”鐵路，上層為“雙向四車道”快速路。國內(nèi)已投入使用的提梁機在起吊力、跨度上均不能滿足40 m 箱梁架設的要求，而此項創(chuàng)新技術在滿足提升40 m 梁起吊力的情況下采用側位提梁上橋方式，提梁機的跨度將達到50 m 左右，設備結構比例、設備體積、設備自重以及占地面積都將增大，通用性受限。一方面，設備制造成本高、占地面積大，另一方面，設備安裝拆卸使用風險增加。為減少設備投入、增強設備通用性、降低設備安裝和拆卸風險，中鐵二局集團新運工程有限公司鄭濟項目部進行多次分析討論，發(fā)明了正位提梁上橋技術，即跨“四線并置”鐵路布置提梁機，預留三個橋墩暫不澆筑，利用暫不澆筑的橋墩位置設置換裝臺位，從而實現(xiàn)正位提梁上橋?？缇€提梁機采用36 m 跨度設計，與32 m 箱梁提梁機跨度一致，提高了設備的通用性，同時沿用“四點起吊、三點平衡”原理。提梁機正位上橋如圖2 所示。

3.2 過隧運梁技術

根據(jù)時速250 km/h 高鐵隧道（R6 410 mm）設計運梁車車寬，運梁車整體結構設計為槽型，兩側馱梁與40 m 梁的截面形狀相貼合，最大程度利用隧道的空間。懸掛輪組采用雙胎并置結構型式和寬基小輪胎方案，馱梁臺車采用板式滑摩結構，前馱梁臺車采用循環(huán)鏈條牽引，后馱梁臺車采用開式固定鏈條傳動，有效降低了整機高度。應用過隧運梁技術，解決了傳統(tǒng)的分體式運梁車不能過隧道運梁的技術難題。運梁車裝梁運輸過隧道如圖3 所示。

圖2 提梁機正位提梁上橋示意圖

圖3 時速250 km/h 時40 m/1 000 t 箱梁過隧道示意圖（單位：mm）

3.3 運梁作業(yè)通過液壓懸掛編組實現(xiàn)三點定一面原理、輪組荷載自動均衡技術

輪胎式運梁車共有31 軸線62 個液壓懸掛輪組，通過合理的編組，即懸掛輪組按16 和15 組來編組，前端左16 個懸掛編1 組，右16 個懸掛編1 組，相當于形成兩點，后30 個懸掛編成1 組，形成一點，從而實現(xiàn)三點定一面原理，保證箱梁在運輸過程中處于同一平面。運梁車的液壓懸掛輪組通過三點編組連接，在液壓油缸的有效行程內(nèi)能夠根據(jù)路況自動調整，保證車輛平臺水平和每個輪胎受力相等。懸掛軸能夠實現(xiàn)車橋擺動角±3°，滿足在橫向（人字）坡上的安全運行，保證運梁車行駛時每個輪受力均勻。懸掛編組如圖4 所示。

3.4 架梁施工采用頂板吊梁施工技術

40 m 箱梁架設、吊裝施工沿用頂板吊裝施工技術，操作簡單，綜合效率高，通過桁車以及吊具實現(xiàn)“四點起吊、三點平衡”，既保證了架梁施工安全，又能避免箱梁結構受扭，取得了很好的應用成效。

圖4 運梁車懸掛三點編組示意圖

3.5 運架設備同步拖拉控制技術

使運梁車對位架橋機并給運梁車接入主電源和控制線，由架橋機操作司機集中控制，確保在一次拖拉喂梁時運梁車的后馱梁小車與架橋機前起重小車同步縱移，避免滑輪組鋼絲繩傾斜和受力不均等現(xiàn)象。集中控制同步作業(yè)技術對于確保架梁施工安全具有重要意義。

3.6 過隧架橋機架梁施工技術

架橋機為輪軌走行式架橋機，設計采用龍門式雙主梁多支腿結構。其中，起重小車采用分列式結構，前輔助支腿、前支腿、后支腿、后輔助支腿均采用多級升縮結構。中支腿、后支腿、后輔助支腿采用可翻折式設計，采用后懸臂取梁形式，解決了運梁車馱運架橋機過隧時中支腿與隧道干涉問題，同時也解決了后輔助支腿、后支腿干涉運梁車喂梁問題。通過調整架橋機前輔助支腿、前支腿、后支腿多級循環(huán)伸縮可實現(xiàn)±30‰大坡道架梁作業(yè)。架橋機主要結構如圖5 所示。

圖5 架橋機主要結構圖

3.6.1 架橋機架梁作業(yè)原理

架橋機后支腿向后上方翻折，由運梁車運梁至架橋機尾部喂梁。二次喂梁到位后，前起重小車取梁并拖梁到位，后起重小車取梁，兩部起重小車同步吊梁前行，縱移到位后再橫移微調對位落梁。

3.6.2 架橋機過孔作業(yè)

在中支腿后方鋪設走行軌道，后支腿走行驅動輪落放到軌道上，和前支腿上部的托輪驅動機構共同驅動，實現(xiàn)整機的過孔作業(yè)。

3.6.3 架橋機馱運作業(yè)

安裝前，支腿與機臂間的斜撐成為剛腿，后輔助支腿鉸接為柔腿，前支腿和后輔助支腿共同支撐架橋機，形成簡支結構。拆除中支腿下橫梁，運梁車進入架橋機內(nèi)部支撐架橋機，實現(xiàn)整機馱運。

3.6.4 運梁車馱運架橋機過隧及隧道口架梁作業(yè)

架橋機馱運裝車作業(yè)時，需先拆解下橫梁并通過前小車吊將其放至前支腿后方，以便運梁車駛入；在架橋機由運梁車上的馱運支架（馱運支架采用多級循環(huán)升縮結構設計，低位高度近1 500 mm，遠小于運梁車車體高度）支撐后，拆解其聯(lián)系梁和機臂的連接螺栓，通過折翻機構繞銷軸旋轉90°，使其與機臂平行，然后拆解聯(lián)系梁和立柱的連接螺栓，繞銷軸向上拉升翻轉立柱（約70°）并固定。翻折作業(yè)由中支腿配備的翻折油缸和電動葫蘆完成，無需其他輔助起重設備，可實現(xiàn)設計時速350 km、250 km 的高速鐵路進隧道-20 m、出隧道口7 m 架梁。

3.7 智能化和信息化應用技術

運架設備加裝安全監(jiān)控管理系統(tǒng)，利用4G 網(wǎng)絡和設備管理云平臺對接，將運架設備重要工作參數(shù)和現(xiàn)場視頻信息等實時傳輸至云平臺和監(jiān)控計算機，對運梁車和架橋機的GPS 信息、整機狀態(tài)、設備運行參數(shù)等進行遠程實時監(jiān)控和預警提示，實現(xiàn)了大型裝備智能化和信息化管理，為確保運架設備的安全運行提供了新的技術手段。

4 40 m/1 000 t 級梁橋施工技術新型化的作用

40 m 箱梁梁體長度增加8 m，使橋墩間跨增加7.8 m，梁高僅增加0.2 m。采用40 m 箱梁，平均將每延米重量降低6%，且跨度增加使梁體和橋墩數(shù)量減少20%，有效節(jié)省了工程建設占地及提高資源利用率。1 000 t 級架橋機更加智能化，功能更全面，操作系統(tǒng)可實現(xiàn)人機界面交換、執(zhí)行動作時實時呈相、故障有提示、超限有報警、關鍵數(shù)據(jù)實時監(jiān)控等，通過云平臺可以同步監(jiān)控架橋機的姿態(tài)及作業(yè)動作并讀取關鍵數(shù)據(jù)。

5 結語

短短幾十載，在中國鐵路總公司的引領下，鐵路工程界人士嘔心瀝血忘我工作，使得中國鐵路建設及配套工程裝備位列世界前列。特別是40 m/1 000 t級高鐵簡支箱梁以及配套施工技術及裝備的投入使用，進一步提高了中國鐵路建設總體水平，推動了我國高鐵邁向新型化快速發(fā)展。