王小飛

中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江湖州313000

0 引 言

基于國內(nèi)大型高速跨海大橋運架技術(shù)高速發(fā)展，采用預(yù)制整孔架設(shè)施工法及箱梁運架成套設(shè)備，以解決箱梁在不同工況下運架難題已成為當下主流。

本文通過對已建杭州灣大橋［1］、三門灣大橋高速運架設(shè)備的借鑒，同時研究大量架橋機在不同類型道路上的運用效果［2］，研發(fā)并使用YL1800型運梁車及JQ1800型架橋機，解決了該項目標段箱梁運架跨度大，雙幅架梁及橋跨承載受限，施工最小曲線半徑1 800 m，左右幅橋墩存在高差，需要帶橫坡運輸和架設(shè)等難題，并在杭甬復(fù)線寧波段一期工程投入使用，效果顯著，可為后續(xù)此類施工提供借鑒。

1 項目概況

本項目研制的跨海大橋50 m跨1 800 t箱梁架運成套設(shè)備用于杭甬復(fù)線寧波段一期工程高架橋雙幅預(yù)制箱梁的架設(shè)。杭甬復(fù)線高架橋是繼杭州灣大橋、三門灣大橋之后，我國境內(nèi)再次將大型預(yù)制箱梁采用架運成套設(shè)備進行施工。JQ1800型架橋機滿足路線分離式高低墩、平曲線小半徑和超高緩和段落梁旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜工況，是目前國內(nèi)具備自主產(chǎn)權(quán)的世界最大噸位的整孔預(yù)制箱梁架運設(shè)備［3］。本項目具有以下特點：橋梁部結(jié)構(gòu)采用左右幅分離式整孔預(yù)制箱梁，線路設(shè)計最大縱坡1.9%，最大橫坡4%，最小曲線半徑1 800 m，小曲線路段左右幅橋墩有高差。標準跨箱梁跨度50 m，調(diào)整跨箱梁跨度40 m，箱梁最重達1 800 t。同時項目存在以下技術(shù)難點：工程所在區(qū)域的施工環(huán)境比較特殊，超高段箱梁安全架設(shè)方法及配套裝置的研究，以及如何通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計適應(yīng)最小曲線半徑1 800 m。

2 架橋機總體方案

2.1 架橋機總體方案介紹

JQ1800型架橋機采用雙主梁四支腿式結(jié)構(gòu)，跨一跨架梁，運梁車尾部喂梁，前后起重小車同時取梁，同步吊梁前行，空中橫移箱梁就位，步履式過孔的作業(yè)方式，既滿足跨海大橋的線路施工特點，保證設(shè)備的安全和高效，又嚴格控制設(shè)備自重和載荷的合理分配，確保了施工荷載滿足橋梁的承載能力。它主要由主梁、起重小車、前輔助支腿、前支腿、中支腿、后外支腿、后內(nèi)支腿等部分組成（圖1）。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 JQ1800型架橋機主要技術(shù)參數(shù)

圖1 架橋機結(jié)構(gòu)示意

本架橋機通過與YL1800型運梁車配合，滿足一孔雙幅箱梁的架設(shè)作業(yè)。前中后支腿設(shè)有橫移裝置，滿足最小1 800 m曲線梁的架設(shè)需要。通過運梁車馱運架橋機，可以快捷地實現(xiàn)橋間轉(zhuǎn)移。

本架橋機架梁作業(yè)：架橋機就位處于待架梁狀態(tài)，運梁車運梁至架橋機尾部，支撐好前運梁車兩側(cè)支腿油缸，解除前托梁臺車和車體插銷，完成一次喂梁，后支腿翻下支撐，前后起重小車同步運梁前移，箱梁到達落梁位置，后支腿收縮，運梁車返回梁場，前后起重小車同時落梁。

本架橋機過孔作業(yè)：過孔時，前后起重小車通過調(diào)節(jié)絲桿與前支腿、中支腿連接在一起，完成架橋機主梁過孔。架橋機尾部裝備卷揚拖拉機構(gòu)，由卷筒驅(qū)動循環(huán)鋼絲繩，牽引前中支腿過孔。通過各支腿和起重小車配合，完成整機的過孔作業(yè)。

2.2 運梁車總體方案介紹

YL1800型運梁車由4臺450 t單車［4-5］、前承載橫梁、后承載橫梁和連接左右單車的鋼桁架組成，箱梁通過前后承載橫梁作用在4 臺單車上，適用于跨海大橋及接線工程40、50 m 整體箱梁及拼寬梁的運輸要求，能夠方便快捷地把箱梁從預(yù)制場地運至架梁工位，并配合架橋機完成相應(yīng)的架梁作業(yè)，且能馱運架橋機實現(xiàn)橋間短途運輸。同時通過“交點法”規(guī)劃路徑實現(xiàn)了運梁車的自動駕駛，可減少監(jiān)護人員，降低司機的勞動強度。

YL1800 型運梁車整機采用4 個單車呈矩形分布結(jié)構(gòu)，其中1號車和4號車組成前車組，2號車和3號車組成后車組，前后車組之間通過控制實現(xiàn)“軟剛性”連接。其結(jié)構(gòu)示意見圖2，主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 YL1800型運梁車主要技術(shù)參數(shù)

圖2 YL1800型運梁車結(jié)構(gòu)示意

馱運架橋機作業(yè)：運梁車馱運架橋機不需要額外的馱運支架，架設(shè)完末孔梁之后，僅通過在承載橫梁上增設(shè)兩個馱運支座即可實現(xiàn)架橋機的無拆卸馱運。

3 架運成套設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 小曲線超高段運梁喂梁技術(shù)研究

最小曲線半徑1 800 m，為了保證架橋機站位支撐的箱梁承載合理，架橋機的支腿需要具有橫移功能。面對線路橋面縱坡、橫坡疊加漸變的工況，架橋機各條支腿均采用了螺旋機構(gòu)與伸縮柱的組合設(shè)計，實現(xiàn)了每個支撐點的“長短可變，無級調(diào)整”，再在主梁的前中后共6個點上配置有精度10 mm以內(nèi)的高差傳感器進行數(shù)據(jù)確認。實現(xiàn)了架橋機在復(fù)雜橋面上的平穩(wěn)站位，架梁動作的平穩(wěn)安全，提高施工效率。漸變橫坡2%～0%，0%～-2%，±2%～±3%梁段均采用底板水平，通過調(diào)整箱梁腹板高度適應(yīng)橫坡變化的方式實現(xiàn)；橫坡±3%～±4%梁段通過±2%～±3%梁段繞頂板上緣箱梁中心線處旋轉(zhuǎn)1%得到；橫坡±4%梁段通過±2%梁段繞頂板上緣箱梁中心線處旋轉(zhuǎn)2%得到。所以轉(zhuǎn)體梁架設(shè)時需要將梁體旋轉(zhuǎn)1%和2%。針對轉(zhuǎn)體梁架設(shè)的需求，喂梁時操作如下：

運梁車在一次喂梁到位后，二次喂梁前，前后運梁車組同時作如下調(diào)整：

1）待架梁不需要轉(zhuǎn)體時，分別升降運梁車左右輪組均衡，調(diào)整承載橫梁橫向為水平。

2）待架梁需要轉(zhuǎn)體1%時，分別升降運梁車左右輪組均衡，沿待架梁橫向順坡方向（圖3）調(diào)整承載橫梁帶1%的橫坡。

圖3 順坡方向示意

3）待架梁需要轉(zhuǎn)體2%時，分別升降運梁車左右輪組均衡，沿待架梁橫向順坡方向調(diào)整承載橫梁帶2%的橫坡。圖4為待架梁需轉(zhuǎn)體2%調(diào)整到位后的截面示意圖。

圖4 待架梁需轉(zhuǎn)體2%調(diào)整到位后的截面示意

3.2 超高段單向大橫坡段箱梁旋轉(zhuǎn)架設(shè)問題研究

為了減少預(yù)制梁模板的種類數(shù)量，在線路的超高段，不同的橫坡都是通過標準預(yù)制梁在架設(shè)時整體旋轉(zhuǎn)不同角度的調(diào)整來實現(xiàn)。為了形成3%～4%的不同橋面橫坡，需要架設(shè)過程中運架配合，對預(yù)制箱梁進行1%～2%的整體旋轉(zhuǎn)操作。由于在吊裝過程中對重達1 800 t的箱梁進行整體旋轉(zhuǎn)操作，風險較高。采用的方案是在運梁車車體上，通過輪組升降來實現(xiàn)梁體的整體旋轉(zhuǎn)。但是梁體旋轉(zhuǎn)后，重心位置相對吊孔的位置發(fā)生偏移，對此，架橋機上特別設(shè)計了一套“偏心可調(diào)吊具”，通過無級調(diào)整吊點相對于吊具中心的位置，來適應(yīng)箱梁各種不同旋轉(zhuǎn)角度帶來的重心偏移，使得吊具中心線始終與“超高段旋轉(zhuǎn)箱梁”重心重合，確保鋼絲繩均勻受力，同時保證整個取梁落梁過程中，“超高段旋轉(zhuǎn)箱梁”姿態(tài)不發(fā)生變化。

通過運梁車的輪組升降，配合架橋機的偏心可調(diào)吊具，實現(xiàn)了對標準預(yù)制梁不同角度的旋轉(zhuǎn)，進而滿足了橋面不同的橫坡超高設(shè)計要求。操作既簡單又安全，大大減少了預(yù)制梁模板的種類數(shù)量，節(jié)約了建造成本。

3.3 懸掛高度檢測技術(shù)研究

跨海大橋施工線路上存在最小1 800 m的小曲線段，在小曲線彎道上設(shè)置了最大4%橫坡的超高段以及超高緩和段，同時這段線路需要跨過通航航道，所以整個橋梁梁面不僅上下波浪起伏，還同時伴隨著空間扭轉(zhuǎn)。運梁車需要在適應(yīng)橋面不斷變化的縱橫坡疊加的小曲線段運輸箱梁。在空間扭轉(zhuǎn)起伏的橋面，運梁車通過橫梁上的傾角傳感器和液壓懸掛高度實時檢測數(shù)據(jù)，在運行中實時分析并判定車組的整體姿態(tài)與左右車高差。在通過超高段和超高緩和段時，整車能根據(jù)橋面的橫坡情況，運用程序控制左右車的懸掛作出升降動作來隨時抵消橫坡的高度變化，實現(xiàn)運梁車運梁中的動態(tài)調(diào)整，保證整個車組與承載橫梁的基本水平，確保運輸箱梁的平穩(wěn)不受路面橫向坡度的影響。因此懸掛高度檢測技術(shù)是保證運梁車超高段以及超高緩和段安全可靠運輸箱梁的重要前提。

現(xiàn)有的技術(shù)是采用人工觀察或者激光測距技術(shù)觀察車體和走行橋面的間距，然后人工調(diào)節(jié)車體的高度。人工觀察，首先是勞動量大，另外橋面兩邊空間有限，運梁車較長，存在觀察盲區(qū)，難以做到整體觀察到位。激光測距原理簡單，操作方便，但是對使用環(huán)境要求高，必須無遮擋、視野開闊；由于隧道內(nèi)空間狹窄，施工現(xiàn)場混亂，車體周邊的雜物（如鋼筋、枕木、施工工具等）遮擋激光時常發(fā)生，測距儀失去測距功能，嚴重時會造成安全事故。

運梁車懸掛的彎臂和擺臂通過銷軸鉸接，油缸的兩端分別活動連接在彎臂和擺臂上，油缸伸縮運動帶動擺臂運動，從而調(diào)整走行輪組的高度。

為解決上述問題，本運梁車提供運梁車懸掛總成，包括擺臂、銷軸和角度檢測裝置；擺臂套設(shè)于銷軸上；角度檢測裝置包括撥叉機構(gòu)和角度傳感器，撥叉機構(gòu)的一端拆卸式連接在擺臂上，另一端拆卸式連接在角度傳感器的旋轉(zhuǎn)軸上；角度傳感器固定連接在銷軸上，且旋轉(zhuǎn)軸與銷軸同軸設(shè)置。

頂升油缸伸縮時，彎臂和擺臂的夾角大小會發(fā)生變化，由三角形邊長計算公式可得到油缸伸縮量的大小，通過相應(yīng)計算可得車體的高度變化。同時設(shè)置車體最高和最低位置報警裝置，當車體高度超過這個限制就會發(fā)出警報，提醒工作人員注意，可實現(xiàn)運梁車快速安全運梁。

4 結(jié) 語

跨海大橋50 m跨1 800 t箱梁架運成套設(shè)備已應(yīng)用于杭甬復(fù)線寧波段一期工程，截至2022年8月底，累計架設(shè)箱梁330余片，實現(xiàn)馱運過現(xiàn)澆3次。該套設(shè)備共取得6項發(fā)明專利和5項實用新型專利。

隨著經(jīng)濟發(fā)展的需要，對交通的便利性要求也越來越高，長期來看，大型跨海大橋的建設(shè)會越來越多，對施工裝備的要求也會越來越高，大跨度大起重量的整孔預(yù)制箱梁施工裝備必不可少，雙幅1 800 t箱梁架運成套設(shè)備能夠提高施工裝備及工業(yè)產(chǎn)品制造技術(shù)的整體水平，也為其他后續(xù)施工裝備的研發(fā)提供經(jīng)驗積累，為施工裝備走向世界打下堅實基礎(chǔ)，具有廣闊的發(fā)展前景。