溫 鵬，張光明

（1.中鐵十一局集團(tuán)有限公司，武漢 430061；2.中鐵十一局集團(tuán)漢江重工有限公司，湖北襄陽 441006）

0 引言

我國高鐵橋梁以24 m、32 m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁為主，為進(jìn)一步發(fā)揮高速鐵路“綠色、智能、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)保護(hù)”的技術(shù)優(yōu)勢，增大簡支箱梁的跨度，建造技術(shù)的智能化和信息化是高鐵橋梁的發(fā)展方向。2013 年《鐵路主要技術(shù)政策》（原鐵道部第34 號(hào)令）第38 條指出：“開展大跨度橋梁研究”，中國鐵路總公司（以下簡稱“鐵總”）《鐵路工程設(shè)計(jì)措施優(yōu)化指導(dǎo)意見》（鐵總建設(shè)〔2013〕103 號(hào)文）規(guī)定：“梁部結(jié)構(gòu)宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)并以簡支為主”，這是我國高鐵大跨度簡支梁發(fā)展的政策依據(jù)和技術(shù)導(dǎo)向，也是高鐵橋梁的發(fā)展方向。2016 年，鐵總設(shè)立重大課題《高速鐵路大跨度簡支梁建造關(guān)鍵技術(shù)研究》，對(duì)40 m 簡支箱梁的建造技術(shù)開展研究[1-3]，并將40 m簡支箱梁進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用。

40 m 大跨度簡支箱梁與32 m 箱梁相比，長度增加8 m、截面變大、質(zhì)量近1 000 t，研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等安全可靠的基礎(chǔ)上，要充分考慮隧道通行、大坡度、小曲線、隧道口近距離架梁等特殊工況，并兼容32 m、24 m 箱梁運(yùn)架?；诖?，國內(nèi)許多專家、學(xué)者開展了千噸級(jí)配套設(shè)備的研究，萬鵬[4]、郭春暉[5]、梁盼盼[6]、陸慧[7]分別對(duì)高鐵1 000 t/40 m 梁昆侖號(hào)架橋機(jī)總體方案、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、起吊系統(tǒng)等進(jìn)行了研究；安志剛[8]等開展了1 000 t/40 m 梁昆侖號(hào)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究；李方柯[9]等研究了1 000 t/40 m 梁昆侖號(hào)架橋機(jī)對(duì)高鐵簡支梁的適應(yīng)性；唐坤元[10]等開展了1 000 t/40 m 過隧運(yùn)梁車設(shè)計(jì)研究；郭吉祥[11]對(duì)1 000 t 輪胎式搬梁機(jī)研究與分析等。

40 m 大跨度簡支箱梁建造技術(shù)及配套設(shè)備研究之前，世界各國均未開展40 m 及以上跨度箱梁橋建造技術(shù)研究，相關(guān)施工設(shè)備的研制和應(yīng)用還處于空白。本文結(jié)合32 m 簡支箱梁配套設(shè)備設(shè)計(jì)研究經(jīng)驗(yàn)、施工技術(shù)要求、以及相關(guān)研究成果等，研究開發(fā)了1 000 t 分體式架橋機(jī)，解決了隧道出口3 m、隧道進(jìn)口-40 m 架梁等技術(shù)難題，提高了施工工效及安全性。該設(shè)備在南沿江城際鐵路投入使用以來，性能穩(wěn)定、效率高、安全可靠，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

1 千噸級(jí)分體式架橋機(jī)組成及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 分體式架橋機(jī)組成

千噸級(jí)分體式架橋機(jī)采用一跨式結(jié)構(gòu)，主要由主梁總成、前支腿、后支腿、輔助支腿、起重小車、起升機(jī)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。架橋機(jī)后支腿采用液壓均衡以降低喂梁高度并達(dá)到降低整機(jī)高度的目的；起重小車走行系統(tǒng)采用重型移運(yùn)器替代傳統(tǒng)的鋼質(zhì)車輪或減摩板，以利于隧道口低位架梁。架橋機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 分體式架橋機(jī)

表1 分體式架橋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

（1）主梁采用雙梁箱型結(jié)構(gòu)，中心距6 m，總長90.5 m，主梁分6個(gè)節(jié)段，滿足公路運(yùn)輸條件。主梁上設(shè)有起重小車軌道及前支腿托輪機(jī)構(gòu)、掛輪機(jī)構(gòu)、水平導(dǎo)向輪機(jī)構(gòu)軌道。

（2）前支腿由后托輪總成、前托輪總成、掛輪組、水平輪組、支腿結(jié)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)折疊機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、加高節(jié)等組成。主支腿和下墊梁間可發(fā)生輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，滿足曲線梁橋的架設(shè)需要。

（3）后支腿采用O 形結(jié)構(gòu)，由馬鞍梁、上橫梁、加高節(jié)、下曲梁、走行及升降機(jī)構(gòu)等組成。后支腿所有走行機(jī)構(gòu)設(shè)有液壓均衡機(jī)構(gòu)，能適時(shí)均衡。

（4）輔助支腿由支腿結(jié)構(gòu)、頂升油缸、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成，主要作用是輔助架橋機(jī)過孔。

（5）起重小車由小車架、走行機(jī)構(gòu)、動(dòng)滑輪組、定滑輪組、吊具等組成。架橋機(jī)設(shè)有前、后兩臺(tái)起重小車，兩臺(tái)小車共同抬吊整孔箱。

（6）起升系統(tǒng)由4 臺(tái)卷揚(yáng)機(jī)及鋼絲繩、鋼絲繩端固定組件、平衡組件等組成。采取四點(diǎn)取吊三點(diǎn)平衡的方式進(jìn)行吊梁作業(yè)。

（7）動(dòng)力系統(tǒng)配置一臺(tái)300 kW 發(fā)電機(jī)組提供施工動(dòng)力及照明，也可外接電源施工。

1.2 分體式架橋機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

分體式架橋機(jī)可以滿足時(shí)速350 km和時(shí)速250 km的高速鐵路及客運(yùn)專線20 m、24 m、32 m、40 m 等雙線整孔箱梁的架設(shè)作業(yè)，并能實(shí)現(xiàn)隧道出口3 m、隧道進(jìn)口-40 m 架梁。適應(yīng)線路最大縱坡30‰、最小曲線半徑2 000 m。分體式架橋機(jī)主要關(guān)鍵技術(shù)如下。

（1）自動(dòng)插拔銷技術(shù)：在頻繁拆裝鋼銷處安裝插銷油缸，采用遙控系統(tǒng)對(duì)油缸控制，同時(shí)對(duì)限位進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)鋼銷自動(dòng)插拔。

（2）走行均衡技術(shù)：架橋機(jī)后支腿走行機(jī)構(gòu)采用液壓均衡裝置，使后支腿底橫梁頂面距離地面高度降低至1.3 m，實(shí)現(xiàn)隧道口架梁需求。

（3）快速變跨技術(shù)：架橋機(jī)主支腿安裝有掛輪機(jī)構(gòu)，可快速自行移動(dòng)就位，實(shí)現(xiàn)了不同跨度架梁要求。該機(jī)變跨最為快捷，是目前國內(nèi)變跨最快的架橋機(jī)。

（4）自動(dòng)變形技術(shù)：架橋機(jī)上設(shè)置自動(dòng)翻轉(zhuǎn)、折疊機(jī)構(gòu)，可遙控操作，快速拆解可直接利用配套千噸級(jí)運(yùn)梁車馱運(yùn)過隧。

（5）實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)：利用高清紅外網(wǎng)絡(luò)攝像頭監(jiān)控關(guān)鍵部位，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻在線監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)視；利用壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，不僅實(shí)時(shí)呈現(xiàn)故障診斷信息，還為設(shè)備安全施工起到了預(yù)警作用等。

（6）信息化管理系統(tǒng)：實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過控制系統(tǒng)預(yù)留的遠(yuǎn)程監(jiān)控接口傳輸至信息化平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、施工進(jìn)度等實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 分體式架橋機(jī)施工作業(yè)流程

分體式架橋機(jī)施工作業(yè)流程主要包括架梁施工流程、架橋機(jī)過孔等，具體如下。

（1）架梁施工作業(yè)流程：運(yùn)梁車運(yùn)梁就位，頂升梁片并將馱梁機(jī)構(gòu)駛?cè)胂淞旱撞浚获W梁機(jī)構(gòu)將梁片前移、架橋機(jī)前起重小車取梁，并與運(yùn)梁車后馱梁機(jī)構(gòu)同步拖拉喂梁；后起重小車取梁；前、后起重小車同步喂梁，運(yùn)梁車返回梁場裝梁；起重小車完成落梁，并澆筑砂漿。

（2）架橋機(jī)過孔作業(yè)流程：架橋機(jī)架梁完成，準(zhǔn)備進(jìn)行過孔作業(yè)；架橋機(jī)前行并支撐輔助支腿使前支腿脫空；前支腿前行至前方橋墩，收縮輔助支腿，使前支腿支撐；架橋機(jī)第二次前行到位并翻折輔助支腿，過孔完成。

3 工業(yè)試驗(yàn)與應(yīng)用

3.1 工程概況

南沿江城際鐵路是中國江蘇省境內(nèi)一條正在建設(shè)的鐵路線路，最高設(shè)計(jì)速度350 km/h。起于南京南站，止于太倉站后利用滬蘇通鐵路進(jìn)入上海樞紐，正線全長278.53 km。江蘇南沿江城際鐵路是繼鄭濟(jì)高速鐵路、福廈鐵路試驗(yàn)使用40 m 簡支箱梁后，中國第一條正式大規(guī)模采用此新型梁建設(shè)的高速鐵路。南沿江城際鐵路10個(gè)站前標(biāo)段中有2個(gè)標(biāo)段采用了40 m箱梁，共計(jì)869榀。

3.2 工業(yè)試驗(yàn)測試

為驗(yàn)證千噸分體式架橋機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)，按照型式試驗(yàn)要求，逐項(xiàng)進(jìn)行空載試驗(yàn)、額定荷載試驗(yàn)、靜載試驗(yàn)、動(dòng)載試驗(yàn)、安全保護(hù)裝置試驗(yàn)、鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)（應(yīng)力測試）等。本文以千噸分體式架橋機(jī)靜載試驗(yàn)為例進(jìn)行測試分析。

針對(duì)架（喂）梁典型工況，在1.1 倍額定荷載作用下對(duì)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力進(jìn)行測試。如圖2（a）所示，沿架橋機(jī)主梁縱向布置豎向變形測點(diǎn)9 個(gè)、應(yīng)變測點(diǎn)24 個(gè)；圖2（b）所示，架橋機(jī)主梁選擇3 個(gè)應(yīng)力測試斷面，即S1、S2、S3 斷面。通過各工況主梁變形測試結(jié)果可以看到，當(dāng)前車吊點(diǎn)位于跨中時(shí)，主梁跨中下?lián)献畲鬄?8.9 mm，小于理論計(jì)算結(jié)果89 mm，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。當(dāng)前車吊點(diǎn)位于跨中時(shí)，選擇最惡略工況斷面進(jìn)行分析，即主梁S2斷面處應(yīng)力測試結(jié)果顯示，主梁跨中應(yīng)力最大為202.2 MPa，同樣符合設(shè)計(jì)規(guī)范。如圖3所示。

圖2 架橋機(jī)主梁變形及應(yīng)力測點(diǎn)布置

圖3 各工況主梁實(shí)測變形結(jié)果

3.3 工程應(yīng)用效果

高速鐵路40 m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁分體式運(yùn)架設(shè)備，主要由千噸分體式架橋機(jī)和U 型運(yùn)梁車組成。該型號(hào)運(yùn)架設(shè)備進(jìn)行箱梁架設(shè)至今，已完成架梁160 余榀。千噸分體式運(yùn)架設(shè)備具有行駛安全性能好、調(diào)頭效率高、變跨快捷高效、監(jiān)控中心遠(yuǎn)程監(jiān)視等優(yōu)勢，大大減少了人力、物力等投入。如圖4所示。

圖4 千噸分體式架橋機(jī)

4 結(jié)束語

本文在32 m簡支箱梁配套設(shè)備設(shè)計(jì)研究經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合工程施工技術(shù)要求及工況等，研究開發(fā)了1 000 t 分體式架橋機(jī)。該設(shè)備投入使用以來，性能穩(wěn)定、操作便捷、施工效率高、安全可靠，現(xiàn)場反映良好，贏得用戶好評(píng)。該設(shè)備成功研制，非常有助于完善我國具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速鐵路橋梁建造技術(shù)體系，對(duì)于我國高速鐵路長期發(fā)展和實(shí)現(xiàn)“走出去”戰(zhàn)略具有積極推動(dòng)作用。