孟凡田

（中鐵工程機(jī)械研究設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430066）

1 背景

隨著鐵路建設(shè)的發(fā)展，在鐵路客運(yùn)專(zhuān)線架橋施工中存在越來(lái)越多橋隧相連施工的工況，通過(guò)隧道運(yùn)架梁施工是鐵路客運(yùn)專(zhuān)線橋梁施工中的一大難題。主要是由于大噸位運(yùn)架設(shè)備的寬度和高度超過(guò)了隧道凈空尺寸，受隧道斷面限界的限制，目前架橋機(jī)非拆解即使配備了900 t最低位運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)[1]，都難以滿(mǎn)足隧道內(nèi)馱運(yùn)的需求。以往運(yùn)架設(shè)備馱運(yùn)通過(guò)隧道前需要經(jīng)過(guò)大范圍拆解來(lái)降低整體高度，縮短寬度，通過(guò)隧道后再通過(guò)應(yīng)用外部起重設(shè)備進(jìn)行安裝，整個(gè)拆裝過(guò)程對(duì)隧道進(jìn)出口的拆裝場(chǎng)地提出了較高的要求，設(shè)備馱運(yùn)通過(guò)隧道費(fèi)時(shí)費(fèi)力且安全風(fēng)險(xiǎn)較大。例如出隧道口首跨橋附近是深谷或大川，架橋機(jī)無(wú)法進(jìn)行安裝恢復(fù)，因此出隧道口無(wú)法架梁。通常遇到這種情況時(shí)需要改變橋隧施工的設(shè)計(jì)方案，例如出隧道口位置增加開(kāi)挖長(zhǎng)度或采用現(xiàn)澆施工等方法，這樣會(huì)增加施工投資成本和延長(zhǎng)施工工期。因此，如何解決這一施工難題，成為國(guó)內(nèi)外一個(gè)熱門(mén)的課題。

1 000 t過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備不僅可以用于1 000 t 20 m～40 m跨度預(yù)制箱梁架設(shè)，同時(shí)適用于900 t 20 m～32 m跨度預(yù)制箱梁的架設(shè)，能實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用”，并且不借助外部起重設(shè)備自折疊低位馱運(yùn)通過(guò)隧道、進(jìn)出隧道口架梁、不拆解馱運(yùn)橋間轉(zhuǎn)移等特殊工況進(jìn)行研究和應(yīng)用。該套運(yùn)架設(shè)備采用運(yùn)梁車(chē)運(yùn)梁，運(yùn)梁車(chē)配合架橋機(jī)架梁的作業(yè)方式。通常由運(yùn)梁車(chē)在預(yù)制梁場(chǎng)或提梁站裝梁后運(yùn)至架橋機(jī)尾部，由運(yùn)梁車(chē)配合架橋機(jī)完成箱梁的架設(shè)工作。針對(duì)高鐵線路隧道特點(diǎn)和隧道口架梁施工要求，首先由運(yùn)梁車(chē)安裝自升降馱架將架橋機(jī)低位馱運(yùn)通過(guò)隧道，在出隧道口通過(guò)運(yùn)梁車(chē)安裝的自升降馱架，將架橋機(jī)由馱運(yùn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換成架橋機(jī)過(guò)孔支撐狀態(tài)，然后運(yùn)梁車(chē)帶自升降馱架返回預(yù)制梁場(chǎng)并取梁，同時(shí)架橋機(jī)進(jìn)行過(guò)孔作業(yè)，運(yùn)梁車(chē)運(yùn)梁通過(guò)隧道到達(dá)架橋機(jī)尾部，由運(yùn)梁車(chē)配合架橋機(jī)完成架梁作業(yè)。

2016年，中國(guó)鐵路總公司開(kāi)始對(duì)高速鐵路大跨度簡(jiǎn)支梁建造關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究[2]。2017年，鄭濟(jì)客專(zhuān)試驗(yàn)段首次采用40 m大跨度預(yù)制箱梁運(yùn)架梁施工，該試驗(yàn)段為國(guó)內(nèi)外首次應(yīng)用大跨度運(yùn)架梁施工。2020年12月，該1 000 t過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備在新建福州至廈門(mén)客運(yùn)專(zhuān)線9標(biāo)段工程首次采用設(shè)備自折疊低位馱運(yùn)通過(guò)西行山一號(hào)隧道和西行山二號(hào)隧道，并完成出隧道口運(yùn)架梁施工，驗(yàn)證了1 000 t過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備隧道口架梁工況的經(jīng)濟(jì)型和可行性。

2 運(yùn)架設(shè)備總體結(jié)構(gòu)

1 000 t過(guò)隧運(yùn)梁車(chē)主要由車(chē)體、走行輪組及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、馱梁臺(tái)車(chē)、自頂升馱架、電氣系統(tǒng)、氣制動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)等組成，如圖1所示。該設(shè)備在路基、相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)隧道內(nèi)或已架橋面上行駛到架橋機(jī)尾部，通過(guò)一次喂梁、二次喂梁，配合架橋機(jī)完成箱梁的架設(shè)工作。

1 000 t過(guò)隧架橋機(jī)主要由前輔助支腿、前支腿、機(jī)臂、中支腿、起重小車(chē)、后支腿、后輔助支腿、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)等部分組成，如圖2所示。

3 運(yùn)架設(shè)備過(guò)隧架橋工況的研究

時(shí)速350 km的鐵路客運(yùn)專(zhuān)線標(biāo)準(zhǔn)隧道斷面半徑R為6 650 mm，時(shí)速250 km的鐵路客運(yùn)專(zhuān)線標(biāo)準(zhǔn)隧道斷面半徑R為6 410 mm[3]。以現(xiàn)有高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范的隧道尺寸限界和箱梁的結(jié)構(gòu)重量等參數(shù)為依據(jù)，考慮到設(shè)備的通用性，該運(yùn)架設(shè)備需要同時(shí)滿(mǎn)足2種隧道斷面的進(jìn)、出隧道口架梁。

圖1 1 000 t過(guò)隧運(yùn)梁車(chē)結(jié)構(gòu)圖

圖2 1 000 t過(guò)隧架橋機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2種隧道斷面相關(guān)尺寸如圖3所示。通過(guò)比較可以得知R6410 mm隧道斷面尺寸更小，以下根據(jù)R6410 mm隧道尺寸核實(shí)該過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備道內(nèi)低位馱運(yùn)及過(guò)隧運(yùn)梁車(chē)在隧道內(nèi)運(yùn)梁的狀態(tài)[2]，如圖4所示。

圖3 時(shí)速350 km/250 km的高速鐵路雙線隧道斷面

圖4 隧道內(nèi)低位馱運(yùn)及過(guò)隧運(yùn)梁車(chē)在隧道內(nèi)運(yùn)梁的狀態(tài)

3.1 過(guò)隧架橋機(jī)馱運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)出隧道口架梁工況技術(shù)研究

傳統(tǒng)架橋機(jī)受限于支腿凈空尺寸，架橋機(jī)中、后支腿無(wú)法在隧道內(nèi)展開(kāi)，通常需要出隧道預(yù)留一孔橋的空間才能站位施工，即出隧道口到橋頭32 m以上的距離才能滿(mǎn)足架梁作業(yè)要求。

此1 000 t過(guò)隧架橋機(jī)可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)隧道-20 m 距離架梁及出隧道+5 m 距離架梁。運(yùn)梁車(chē)低位馱運(yùn)架橋機(jī)到達(dá)隧道口，架橋機(jī)通過(guò)自身支腿折疊轉(zhuǎn)換支撐，不需要任何輔助吊裝設(shè)備。該設(shè)備低位馱運(yùn)出隧道+5 m工況時(shí)架梁作業(yè)步驟如下（以出隧道口架設(shè)24 m預(yù)支箱梁為例），如圖5和圖6所示。1）運(yùn)梁車(chē)高位馱運(yùn)架橋機(jī)到隧道進(jìn)口處。2）翻折并降低架橋機(jī)中支腿，前支腿和前輔助支腿收縮到過(guò)隧狀態(tài)，馱架整體降低了1.5 m，機(jī)臂底面離地4 m，準(zhǔn)備過(guò)隧道，通過(guò)隧道按R6410 mm校核（如通過(guò)R6650 mm隧道，機(jī)臂底面離地面4.3 m）。3）運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)架橋機(jī)通過(guò)隧道。4）運(yùn)梁車(chē)低位馱運(yùn)架橋機(jī)出隧道口5 m，前支腿支距離墩臺(tái)0.6 m處駐車(chē)。5）馱架升高300 mm，翻折前支腿支撐到位并和橋臺(tái)錨固，后起重小車(chē)運(yùn)行到架橋機(jī)前端。6）后輔助支腿翻折支撐在隧道內(nèi)路面上，安裝前支腿斜撐，降低運(yùn)梁車(chē)馱架，前支腿和后輔腿支撐架橋機(jī)，運(yùn)梁車(chē)緩慢退出回梁場(chǎng)取梁。7）后支腿翻折支撐在軌道上，兩起重小車(chē)運(yùn)行到架橋機(jī)尾端，拆除前支腿斜撐，后輔助支腿離地，整機(jī)準(zhǔn)備縱移。8）整機(jī)縱移36 m，中支腿出隧道后，通過(guò)中支腿外擺和整機(jī)縱移交替，直至中支腿完全展開(kāi)。前輔助支腿支撐在墩臺(tái)上。通過(guò)前輔助支腿、前支腿和后支腿循環(huán)頂升[4]，將整機(jī)升高900 mm。9）中支腿翻折到正常位置，通過(guò)起重小車(chē)安裝中支腿下橫梁。10）中支腿支撐到位后，再支撐前輔助支腿。11）前支腿縱移24.7 m，支撐到位并與機(jī)臂插銷(xiāo)連接。12）起重小車(chē)運(yùn)行到取梁位置；翻轉(zhuǎn)后輔助支腿和后支腿，架橋機(jī)出隧道口過(guò)孔完成達(dá)到待架梁狀態(tài)。13）運(yùn)梁車(chē)從梁場(chǎng)提升站運(yùn)梁通過(guò)隧道到達(dá)架橋機(jī)尾部。14）運(yùn)梁車(chē)喂梁進(jìn)入架橋機(jī)，兩馱梁臺(tái)車(chē)同步移梁到位。15）架橋機(jī)前起重小車(chē)取梁。16）架橋機(jī)前起重小車(chē)和運(yùn)梁車(chē)后馱梁臺(tái)車(chē)同步拖梁到位。17）架橋機(jī)后起重小車(chē)取梁，同時(shí)運(yùn)梁車(chē)退出架橋機(jī)返回梁場(chǎng)。18）前后起重小車(chē)吊梁同步走行到位。19）前后起重小車(chē)落梁到位。

3.2 過(guò)隧架橋機(jī)馱運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)支腿支撐關(guān)鍵技術(shù)研究

圖5 過(guò)隧架橋機(jī)隧道口過(guò)孔工況圖

圖6 過(guò)隧架橋機(jī)出隧道口架梁作業(yè)工況圖

1 000 t過(guò)隧運(yùn)梁車(chē)采用槽型車(chē)體結(jié)構(gòu)降低運(yùn)梁高度實(shí)現(xiàn)運(yùn)梁通過(guò)隧道，但是整車(chē)寬度較寬，達(dá)到8 000 mm，與以往運(yùn)架設(shè)備馱運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)相比，架橋機(jī)馱運(yùn)前的支撐支點(diǎn)位置離箱梁腹板位置較遠(yuǎn)，此套運(yùn)架設(shè)備按照以往設(shè)備馱運(yùn)會(huì)造成箱梁局部載荷過(guò)大的情況導(dǎo)致梁片翼緣損壞，因此常規(guī)馱運(yùn)方案不適用于該套運(yùn)架設(shè)備。

針對(duì)上述情況，1 000 t過(guò)隧架橋機(jī)增設(shè)U型后輔助支腿。運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)架橋機(jī)之前，后輔助支腿和前支腿形成簡(jiǎn)支的馱運(yùn)支撐形式，前支腿通過(guò)錨桿和斜撐形成剛性支腿，后輔助支腿通過(guò)橫向銷(xiāo)軸與機(jī)臂連接，形成柔腿，如圖7所示。采用一“剛”一“柔”的支撐方式，實(shí)現(xiàn)了架橋機(jī)馱運(yùn)之前的安全穩(wěn)定支撐。過(guò)隧架橋機(jī)馱運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)支腿支撐狀態(tài)，如圖8所示。

后輔助支腿采用U型結(jié)構(gòu)形式，扁平的下橫梁將后輔助支腿載荷轉(zhuǎn)移到箱梁腹板處，一方面保證了寬式運(yùn)梁車(chē)的通過(guò)性，另一方面保證了箱梁受力的安全性；其載荷傳遞原理如圖9所示。

3.3 低位馱運(yùn)架橋機(jī)過(guò)隧道中支腿自折翻關(guān)鍵技術(shù)研究

架橋機(jī)通過(guò)隧道時(shí)，受隧道斷面尺寸的限制，往往需要在進(jìn)、出隧道口位置借助其他起重設(shè)備對(duì)中支腿的整個(gè)部件進(jìn)行拆解，如圖10所示。設(shè)備部件拆裝過(guò)程需要提前在進(jìn)出隧道口預(yù)留拆裝場(chǎng)地，受場(chǎng)地限制拆裝過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)較大且效率較低。

為了較好地解決過(guò)隧拆裝的問(wèn)題，該過(guò)隧架橋機(jī)中支腿采用了雙向自折翻式設(shè)計(jì)[5]。此架橋機(jī)到達(dá)進(jìn)隧道口時(shí)，中支腿下橫梁由起重小車(chē)吊裝拆除并提運(yùn)至架橋機(jī)前方相應(yīng)馱運(yùn)位置，通過(guò)設(shè)備自帶折翻油缸將中支腿立柱和連系梁整體翻折90°，再通過(guò)設(shè)備自帶電動(dòng)葫蘆翻折立柱與聯(lián)系梁成75°，中支腿達(dá)到過(guò)隧狀態(tài)，如圖11所示。運(yùn)梁車(chē)低位馱運(yùn)架橋機(jī)通過(guò)隧道，中支腿折疊后在隧道內(nèi)的狀態(tài)如圖12所示。

圖7 準(zhǔn)備馱運(yùn)時(shí)過(guò)隧架橋機(jī)支撐狀態(tài)

圖8 過(guò)隧架橋機(jī)馱運(yùn)支撐狀態(tài)圖

圖9 U型后輔助支腿載荷傳遞原理圖

圖10 常規(guī)過(guò)隧架橋機(jī)支腿拆解作業(yè)

圖11 過(guò)隧架橋機(jī)中支腿折疊后的狀態(tài)

4 低位過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備過(guò)隧架橋工況的應(yīng)用

1 000 t過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備于2020年10月5日在新建福州至廈門(mén)鐵路9標(biāo)段投入使用，順利完成首榀箱梁的架設(shè)。新建福州至廈門(mén)客運(yùn)專(zhuān)線位于福建省沿海地區(qū)，是構(gòu)建京福廈高速鐵路客運(yùn)通道，也是東南沿海鐵路客運(yùn)通道的重要組成部分。

新建福廈線路為350 km/h的雙線客運(yùn)專(zhuān)線，線路全長(zhǎng)277.42 km，全線設(shè)車(chē)站7座，新建橋梁93座，總長(zhǎng)度為186.63 km，隧道33座，總長(zhǎng)度為55.2 km，橋隧比85.72%。其中新建福州至廈門(mén)客運(yùn)專(zhuān)線先行工程西山隧道至行山大橋段，DK255+949.62-DK265+853.20，該段線路全長(zhǎng)為9 890.53 m，包括6座橋梁，橋梁總長(zhǎng)度為5 965 m；4座隧道，分別為西山隧道、西行山一號(hào)隧道、西行山二號(hào)隧道和行山隧道，隧道總長(zhǎng)度為2 888 m；9段路基，總長(zhǎng)度為1 017 m。線路地理環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，該標(biāo)段隧道地質(zhì)條件差，隧道洞口危巖落石不良地質(zhì)。穿越地貌斷層節(jié)理發(fā)育、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，水量豐富，且路基基底不良地質(zhì)地段較多。

2020年12月3日，該過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備順利通過(guò)了福夏鐵路西行山一號(hào)和西行山二號(hào)隧道，并成功完成了出隧道口架梁作業(yè)，如圖13所示。這是1 000 t過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備在國(guó)內(nèi)外首次自折疊低位馱運(yùn)通過(guò)隧道架梁。

在新建福州至廈門(mén)鐵路9標(biāo)段截至2021年1月30日完成標(biāo)段內(nèi)92榀箱梁架設(shè)（32 m梁79榀，24 m梁9榀），通過(guò)6段路基和2座隧道，實(shí)現(xiàn)了自折疊低位馱運(yùn)通過(guò)隧道并在出隧道口架梁。應(yīng)用情況證明，達(dá)到了設(shè)計(jì)工況的要求。

該套過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備已申請(qǐng)多項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，分別為：1）大跨度過(guò)隧箱梁架橋機(jī)（專(zhuān)利號(hào)201810094137.6）。2）過(guò)隧運(yùn)梁車(chē)（專(zhuān)利號(hào)201810094189.3）。3）適應(yīng)寬式運(yùn)梁車(chē)通行的架橋機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)方法（專(zhuān)利號(hào)201810369716.7）。4）折疊伸縮式過(guò)隧架橋機(jī)中支腿及其應(yīng)用步驟（專(zhuān)利號(hào)201810531611.7） 。

5 結(jié)論

圖12 過(guò)隧架橋機(jī)中支腿折疊后在隧道內(nèi)的狀態(tài)

圖13 過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備隧道口架梁作業(yè)圖

1 000 t過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備過(guò)隧工況在福夏鐵路中得到了應(yīng)用，該運(yùn)架設(shè)備采用以下 3 種工況技術(shù)創(chuàng)新：1）采用雙向自折疊中支腿，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)梁車(chē)馱運(yùn)架橋機(jī)通過(guò)隧道，可以完成進(jìn)隧道口-20 m和出隧道口+5 m運(yùn)架梁施工。2）采用一“剛”一“柔”支撐方式，實(shí)現(xiàn)了大噸位架橋機(jī)的穩(wěn)定支撐。3）采用U型后輔助支腿結(jié)構(gòu)，在馱運(yùn)工況下滿(mǎn)足寬式運(yùn)梁車(chē)順利在內(nèi)凈空較小的架橋機(jī)下穿過(guò)。通過(guò)在新建福州至廈門(mén)鐵路9標(biāo)段應(yīng)用，采用上述工況技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)運(yùn)架設(shè)備難以解決的進(jìn)出隧道口運(yùn)架梁技術(shù)難題。該過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備具有自折疊低位馱運(yùn)過(guò)隧工序安全便捷、施工效率高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，得到了使用單位的高度評(píng)價(jià)。該運(yùn)架設(shè)備將成為山區(qū)及沿海地區(qū)橋隧相連、多路基、高橋墩以及多梁型施工項(xiàng)目的首選設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在修建的鄭濟(jì)、福廈、湖杭、杭衢、南沿江、汕汕高鐵以及擬建設(shè)的京雄商、渝昆、沈白、渝西、西延高鐵等線路對(duì)1 000 t過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備已有明確的市場(chǎng)需求。國(guó)外市場(chǎng)中，印尼雅萬(wàn)高鐵、俄羅斯莫喀高鐵均采用40 m跨度1 000 t預(yù)制箱梁。通過(guò)市場(chǎng)分析，該運(yùn)架設(shè)備將會(huì)在今后的鐵路建設(shè)中廣泛應(yīng)用。隨著高鐵建設(shè)的發(fā)展及高鐵技術(shù)的創(chuàng)新，該1 000 t過(guò)隧運(yùn)架設(shè)備有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。