高素斌

(邯鄲中鐵橋梁機械有限公司 河北邯鄲 056003)

1 概況

2018年9月我國高速鐵路40 m簡支箱梁在鄭(州)濟(南)高速鐵路(鄭濮段)首架成功，標(biāo)志著國內(nèi)高速鐵路40 m簡支箱梁工程化應(yīng)用的開始。40 m 1 000 t與32 m 900 t高鐵橋梁相比讓橋墩的用料和用地成本都節(jié)省了1/5左右，前景廣闊。在高鐵千噸級箱梁運架施工中，通過隧道和進出隧道口架梁施工屬于特殊作業(yè)。對架梁施工設(shè)備來說隧道口架梁施工的難易程度成為評價設(shè)備性能的重要因素，這也是架橋機設(shè)計單位和施工單位持續(xù)不斷研究的一個課題。

DJ1000型架橋機是針對最新高速鐵路雙線橋梁結(jié)構(gòu)而研發(fā)的單臂架橋機，滿足40 m 1 000 t及以下高鐵雙線橋梁架設(shè)施工。預(yù)制雙線箱梁梁寬12.6 m，梁高3.235 m，梁全長40.6 m，吊點中心在梁長度方向距離梁端1.25 m，寬度方向為3.9 m。線路曲線最小7 000 m，困難條件下為5 500 m，正線線間距為5.0 m。時速250 km高速鐵路隧道斷面半徑R＝6 410 mm，斷面尺寸小于時速350 km高速鐵路隧道斷面，同時通過鐵路鋼構(gòu)橋梁施工在架橋機設(shè)計時一并進行了考慮。雙線簡支箱梁斷面和時速250 km隧道斷面如圖1所示。

圖1 雙線箱梁與時速250 km隧道斷面圖(單位:mm)

2 DJ1000型架橋機結(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)

國內(nèi)32 m跨、900 t高鐵箱梁分體式運架設(shè)備多達700多套，且絕大多數(shù)是雙臂結(jié)構(gòu)，多數(shù)不能通過隧道。能滿足通過隧道的架橋機還需要拆解中部支腿與主梁的法蘭連接螺栓，隧道口小于5 m架梁無法實現(xiàn)[1]，目前無法滿足40 m跨度橋梁施工。

根據(jù)高鐵箱梁結(jié)構(gòu)特點，考慮到進出隧道口、多跨度變化、橋上調(diào)頭作業(yè)、橋隧相連以及單雙線共存這幾個橋梁施工關(guān)鍵因素，借鑒多年公路及鐵路上DJ型單臂架橋機設(shè)計施工經(jīng)驗，DJ1000型架橋機采用單臂結(jié)構(gòu)設(shè)計。在通過隧道時高度與寬度空間問題的處理上采用大伸縮量柱體構(gòu)造，利用二號柱體與機臂間的轉(zhuǎn)動功能滿足縮小寬度需求。機臂滿足規(guī)范對過隧道架橋機主梁剛度要求[2]。如圖2所示，架橋機主要由0號柱、1號柱、2號柱、3號柱、機臂、前后行車、動力及控制系統(tǒng)(包括發(fā)電機組、電液控制系統(tǒng))等組成，并按照規(guī)范要求配備安全監(jiān)控系統(tǒng)[3]。架橋機采用步履過孔方式，通過機臂上耳梁側(cè)面齒條與二號柱驅(qū)動機構(gòu)齒輪傳動實現(xiàn)行走和機臂縱移功能。架梁作業(yè)時行車通過驅(qū)動機構(gòu)齒輪與機臂底面上的雙排齒條傳動實現(xiàn)其行走功能。架梁作業(yè)時采用行車與運梁車拖拉喂梁方式架梁。架梁時1號柱與2號柱支撐機臂，尾部3號柱上翻成水平狀態(tài)滿足箱梁通過。通過運梁車的拖拉系統(tǒng)使混凝土箱梁梁端靠近2號柱，前行車在距離2號柱3.2 m位置懸臂起吊，與運梁車同步縱移向前。梁片尾部進入架橋機后3號柱向下翻折支撐，后行車起吊梁片，然后前后行車同步前移到達落梁位置，落梁安裝就位。架設(shè)有縱坡橋梁時通過柱體升降調(diào)平機臂，架設(shè)曲線橋時通過1號柱和2號柱的橫移機構(gòu)調(diào)整機臂與線路軸線一致實現(xiàn)梁片精準(zhǔn)對位。

圖2 DJ1000型架橋機總裝配圖(單位:mm)

架橋機關(guān)鍵性能指標(biāo)如表1所列，除此之外該機通過調(diào)整二號柱結(jié)構(gòu)能夠具備雙線和單線并存橋梁施工作業(yè)。

表1 DJ1000型架橋機整機性能指標(biāo)

3 出隧道口2.5 m及末跨進隧道施工

施工標(biāo)段為杭紹臺鐵路HSTZQ-2標(biāo)段，里程DK46＋780～DK56＋955區(qū)間共計5座橋梁，分別是打鐵嶺大橋、溪頭村特大橋、官莊特大橋、范洋江特大橋、寺后村大橋，共計164孔箱梁，其中32 m箱梁149孔、24 m箱梁15孔。所施工標(biāo)段內(nèi)共有4條隧道，其中顧山隧道長度4 125 m，存在出隧道口2.5 m首跨架梁和進隧道末跨架梁施工工況。

3.1 通過隧道及出隧道口2.5 m架梁的施工措施

運架設(shè)備通過隧道架梁作業(yè)要解決運梁車馱運高鐵箱梁通過隧道和運梁車馱運架橋機通過隧道兩個問題[4－5]。架橋機通過隧道的難點在于架橋機二號柱的柱體寬度15.6 m大于隧道斷面寬度尺寸12.8 m，機臂底面高度要能由架梁狀態(tài)的7.2 m降低到3.4 m，還要考慮隧道內(nèi)過孔時便于施工。針對上述三個關(guān)鍵控制因素，在設(shè)計上采取如下解決措施:(1)架橋機二號柱體相對機臂轉(zhuǎn)動72°以滿足通過隧道時的寬度要求；(2)柱體采用能夠向下穿過底橫梁的構(gòu)造設(shè)計，大大提高了柱體伸縮行程，滿足在不解體狀態(tài)下使機臂底面小于等于3.4 m的高度要求。這樣就解決了架橋機通過隧道以及出隧道口2.5 m工況首跨架梁作業(yè)的難題。除架橋機所采取的措施之外，運梁車設(shè)計參考國內(nèi)運梁車結(jié)構(gòu)設(shè)計[6－7]，將裝梁高度控制在1.6 m以內(nèi)也是架橋機能夠?qū)崿F(xiàn)隧道口架梁的關(guān)鍵因素。

運梁車馱運架橋機通過隧道時的運輸狀態(tài)如圖3所示，通過半徑6 410 mm隧道時二號柱轉(zhuǎn)動72°后在隧道內(nèi)的狀態(tài)如圖4所示。

圖3 運梁車馱運架橋機通過隧道狀態(tài)(單位:mm)

圖4 架橋機通過隧道時二號柱狀態(tài)斷面圖(單位:mm)

3.2 通過隧道以及出隧道口2.5 m架梁施工工藝

本著安全高效施工原則，通過隧道時將2號柱放置在前運梁車前面，避免了運梁車退出架橋機時需要通過二號柱的復(fù)雜作業(yè)，簡化了出隧道口過孔工序，提升了施工效率。通過隧道及出隧道口2.5 m首跨過孔工序如圖5所示。

圖5 架橋機出隧道口2.5 m過孔工序(單位:mm)

(1)運梁車馱運架橋機出隧道口，機臂前端距0號墩臺7 m，使1號柱過0號墩臺。前行車運行到中間，連接1號柱斜拉鋼絲繩；(2)將1號柱放垂直后，拆掉1號柱翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，整機繼續(xù)前移，當(dāng)2號柱出隧道口后，停止前移；(3)將2號柱旋轉(zhuǎn)擺正，2號柱后退到0號墩臺后路基上支撐，1號柱后退到0號墩臺上支撐。前行車開到后面；(4)通過前后運梁車交替支撐作業(yè)將后運梁車后移到距尾部2 m位置，1號柱、2號柱和主動運梁車同時驅(qū)動機臂前移，0號柱到達前橋臺后停止前移，支撐0號柱；(5)支2號柱，1號柱收起前移40.7 m支撐；(6)頂升1、2號柱到架梁位，過孔完成。

由于架橋機出隧道口2.5 m架梁作業(yè)避免了部件拆解工作，提高了作業(yè)效率，降低了施工難度，所以在橋隧相連出隧道口架梁施工中具有明顯優(yōu)勢。杭紹臺鐵路HSTZQ-2標(biāo)段采用該施工方式順利完成了顧山出隧道口2.5 m架梁任務(wù)，現(xiàn)場施工情況如圖6所示。

圖6 DJ1000型架橋機顧山隧道出口2.5 m首跨架設(shè)狀態(tài)

3.3 末跨進隧道口架梁的施工措施

進隧道口架梁屬于末孔架梁工況的特殊情形，與出隧道口架梁相比考慮架橋機0號柱和1號柱滿足隧道斷面空間就可以實現(xiàn)進隧道口架梁施工。為滿足這種作業(yè)工況，借鑒運架一體機前支腿結(jié)構(gòu)形式[8－9]，1號柱設(shè)計為機臂下掛式剛性支腿結(jié)構(gòu)，采用大行程柱體設(shè)計以及與機臂兩側(cè)重疊的布局形式，有效提升了柱體的高度行程，增強了隧道施工的適應(yīng)能力。同時，0號柱設(shè)計采用大行程和翻折相結(jié)合的結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效提高了柱體高度變化范圍。架梁作業(yè)時機臂成水平狀態(tài)，需要滿足行車在機臂尾部吊梁起升最低高度空間要求。在上坡橋和≤1%下坡橋進入隧道架梁工況下1號柱位置處機臂底面距橋面6.5 m為最低極限高度。在縱坡>1%的下坡橋進隧道口架梁工況下，架橋機需要考慮適當(dāng)調(diào)整機臂角度以解決尾部行車吊梁空間問題，并根據(jù)具體情況增加橋機縱向穩(wěn)固措施。但隧道進口有0號柱和1號柱站位空間的工況則不受上述限制。架橋機在杭紹臺施工進隧道口末跨橋時0號柱和1號柱的情況如圖7所示。

圖7 DJ1000型架橋機末跨進隧道架設(shè)梁施工狀態(tài)

與雙臂高鐵箱梁架橋機相比，DJ1000型架橋機利用了單根機臂與柱體橫梁之間可以轉(zhuǎn)動的特點，成功解決了架橋機2號柱體寬度大于隧道斷面而無法通過的難題，省去了雙臂架橋機通過隧道需要解體轉(zhuǎn)動中支腿部分的工作，使得施工更加快捷，作業(yè)量大大降低。

4 出隧道口零距離特殊工況施工措施

4.1 出隧道口零距離架梁設(shè)想的提出

對于高鐵橋梁施工而言，出隧道口幾米空間架梁本身就是橋機設(shè)計和施工單位面對的一個施工難題，出隧道口零距離屬于極特殊工況作業(yè)[10]，該工況下架橋機的主受力結(jié)構(gòu)2號支腿沒有位置支撐，除運架一體機外分體式運架設(shè)備尚無成功架梁的先例。基于架橋機出隧道口2.5 m成功架梁施工經(jīng)驗，做出如下設(shè)想:第一，2號支腿在0號橋墩位置搭設(shè)承載支架以提供2號柱站位空間，這就解決了2號柱沒有站位空間的問題；第二，按照正常架梁工藝行車吊梁運行至落梁位后，在2號支腿后方利用臨時支腿支撐機臂，將架橋機2號支腿的荷載轉(zhuǎn)移到臨時支腿上；第三，將2號支腿下橫梁分段，通過縱向拖拉方式將下橫梁移開進入隧道，實現(xiàn)梁片落梁就位。通過以上三個措施就解決了出隧道口零距離無法架梁施工的難題。為實現(xiàn)落梁目的，2號柱下橫梁結(jié)構(gòu)進行功能性優(yōu)化改進，將整體焊接結(jié)構(gòu)變?yōu)榉ㄌm栓接的三段式結(jié)構(gòu)。分段后下橫梁可以進入隧道以保證箱梁可以下降就位的要求。下橫梁與柱體法蘭接口處設(shè)有鉸耳，作用是向下翻折后梁片能夠順利落下，架完梁后又能夠順利向上折起。法蘭接口采用了帶抗剪板的止口設(shè)計，保證承載和快速定位安裝。

4.2 出隧道口零距離架梁施工工藝

隧道口零距離架梁施工工藝如圖8所示，圖中略去隧道內(nèi)過孔流程，從過孔完成2號柱支撐在0號橋臺開始。(1)按照常規(guī)架梁工藝前后行車吊梁縱移至落梁位置，運梁車退出架橋機，在2號柱后面安裝臨時支腿支撐機臂；(2)將2號柱下橫梁中間螺栓拆開，2號柱柱體向上收起，利用鋼軌作為滑道用倒鏈將下橫梁拖到隧道內(nèi)；(3)將柱體與下橫梁外端節(jié)螺栓松開，將下橫梁外端節(jié)向下翻轉(zhuǎn)。用倒鏈將0號墩臺上的臨時支架解體并拖到隧道內(nèi)；(4)前后行車將梁片落到墩臺上；(5)將2號柱下橫梁外端節(jié)用倒鏈翻轉(zhuǎn)回正，后行車將2號柱下橫梁中間段吊到2號柱下面；(6)伸縮柱體，連接柱體法蘭。出隧道口零距離架梁完成。

圖8 DJ1000型架橋機出隧道口零距離架梁工藝

4.3 出隧道口零距離架梁其他注意事項

出隧道口零距離架梁施工過程中，在施工前測量并確保梁底面與2號柱下橫梁頂面之間留有不少于100 mm的間隙，2號柱后面的臨時支腿支墊可靠，底橫梁法蘭螺栓連接應(yīng)按照設(shè)計扭矩值進行預(yù)緊，0號墩臺位置的安全防護到位，這些均是施工過程中的安全控制要素。

5 結(jié)束語

分體式高鐵箱梁運架設(shè)備在通過隧道以及進出隧道口等諸多特殊工況的施工研究較多[11－12]，這類研究也將隨著施工技術(shù)的進步而發(fā)展。DJ1000型架橋機的結(jié)構(gòu)特點使其在高鐵橋梁施工中的突出優(yōu)勢得以充分體現(xiàn)，不僅解決了施工中最關(guān)鍵的架橋機通過隧道、隧道進出口架梁這一難題，而且還解決橋上原地調(diào)頭作業(yè)和單雙線并存橋梁的施工難題，限于篇幅所限不一一列出。希望通過本文能夠為高鐵橋梁的施工提供一些有價值的參考和借鑒。