科威特灣跨海大橋預制箱梁架設工法的施工設備和施工工藝

摘 要：科威特灣高架橋為雙幅60m跨簡支梁橋，其上部結構在施工組織設計中采用工廠預制整孔箱梁，運梁車梁上運梁，架橋機架梁的施工工法。文章介紹了該工法中配套的YL1800型運梁車和JQ1800型架橋機的關鍵技術要求及架梁施工工藝要求。

關鍵詞：簡支梁；運梁車；架橋機；施工工藝

隨著建筑施工技術的不斷進步，世界各國越來越重視交通路網的建設和完善。跨江河、跨海灣等特大型橋梁的橋型設計和施工工藝不斷取得新的突破。其中如何高質量、高效率實現沿岸、沿海大面積灘涂區的橋梁上部結構施工，是一項關鍵技術和重難點工程。本文結合科威特灣連島跨海大橋60m/1650t整體預制箱梁運架的施工組織設計，重點分析了如何在沿海面積灘涂區，利用“梁上運架”成套設備和施工工藝，完成雙線橋梁整體預制箱梁的運輸和架設。

1 工法特點

本工法適用于大型箱梁的批量化、工廠化預制，特別適用于在大面積發育的河岸淤積區、沿海灘涂區段采用輪胎式組合運輸平車沿橋面跨雙幅、雙跨運輸箱梁，采用架橋機逐墩、雙幅架設箱梁法施工，該工法具有以下特點。

1.1 技術先進

設備體積小、結構緊湊、集中載荷小、作業重心低、運行平穩、工地轉移順捷、對橋面及橋墩施工荷載小。

1.2 作業范圍廣

可架設60m、50m、40m雙線預應力混凝土箱梁，可在2%坡道及3000m曲線橋梁上架梁，并能滿足工作環境溫度-10～50度，最大風力7級時的作業要求。

1.3 安全可靠

設備操作系統配有安全監控系統，能夠實現故障診斷、自鎖保護和自動停機。

2 工藝原理

本工法的核心設備是1800t輪胎式運梁車、1800t架橋機研制和使用，輔助設施包括墩頂錨固、運行監護等。

2.1 1800t輪胎式運梁車

YL1800輪胎式運梁車為組合式車體、輪胎式走行、液壓驅動的大型橋梁運輸設備，它由主機架、走行輪組、承載橫梁、液壓輔助支腿、轉向機構、均載系統、電氣系統、動力機組等部分組成。輪胎式運梁車總體方案見圖1。

2.1.1 工作原理。YL1800型運梁車由4臺承載力為450噸的動力模塊車組成，通過電子控制系統實現前后車組的“軟”剛性整連接，同組動力模塊車通過承載橫梁連接。動力模塊車在運梁過程中左右臺車組始終沿各自所在半幅縱軸線對稱行駛。運梁車輪組液壓均載系統可自動調整各支頂油缸載荷使之相等。電氣控制系可自動調整每臺動力模塊車上每個輪組的轉向角度，以確保整機繞同一中心轉向，輪組上的角度傳感器可將實測轉向角度反饋給控制系統，保證每個輪組的轉角符合要求；各動力模塊車的速度控制是通過液壓馬達的壓力自動調整系統實現的。

2.1.2 關鍵技術

（1）箱梁運輸過程中采用“三支點”支撐體系，保證箱梁運輸過程中各致支點受力均衡，確保箱梁不受扭。（2）采用同步控制系統，確保四臺動力模塊車進的同步運行，避免對箱梁造成過大的拉應力。（3）采用PLC集中控制系統，通過角度傳感器、方向傳感器及電液伺服系統實現四臺單車的同步運行和方向自動控制。（4）采用液壓均載系統，自動調整輪組壓力，保證載荷均勻分布在各輪組上，而且當障礙物出現時，該系統也能保證輪組載荷再均勻分布，避免局部超載，始終保持前后車輪組的平衡。

2.2 1800t架橋機

JQ1800型架橋機為跨兩跨架梁、雙起重天車吊梁的雙臂簡支型橋梁架設專用機械。整機主要由機臂、前后橫聯、前后支腿、前中支腿、后中支腿、起重天車、吊具、液壓系統、電氣系統及安全保護系統等組成，結構總體方案見圖2。

2.2.1 工作原理

架橋機自尾部起吊由運梁車運來的預制箱梁，起重天車吊梁縱移到前方待架跨，經橫移調整后將箱梁落放到橋墩頂面的支座上。箱梁架設時架橋機的前中支腿支撐于待架梁跨的前方橋墩上，后中支腿支于已架箱梁前端頂面，后支腿支于后運梁車上，通過運梁車的螺旋支腿將力傳遞到箱梁的承載截面上。

2.2.2 關鍵技術

（1）總體要求：為了能夠安全、高效的架設大噸位箱梁，架橋機結構設計必須綜合考慮使用性能、對墩臺和箱梁的施工載荷等影響，并必須滿足以下要求：

①整機在保證有足夠安全裕度的前提下嚴格控制自身重量。②橋面和墩頂的各支撐位置的最大載荷數值必須嚴格控制在橋梁設計許可范圍內。③寬度方向能夠滿足全幅和曲線架設要求，長度方向滿足懸臂過孔和尾部取梁、前端落梁要求。

（2）機臂：機臂采用等強度設計。主梁全長截面外形輪廓尺寸一致，但是機臂各節段上下蓋板及腹板依據受力不同而選取不同的材質和厚度，以盡可能降低重量。

（3）前支腿：前支腿作為架橋機前端的輔助支撐，主要作用是支撐并調平架橋機機臂前端，為前支撐縱移上墩創造條件，設計的關鍵點技術是：

①采用曲腿設計。在縱移過孔時，架橋機前支撐需要運行并支撐到待架跨前方墩臺的前端，受前支撐托掛輪組尺寸限制，架橋機前橫梁所處位置必須處于墩臺范圍之外，所以鉸接在前橫梁上的前支腿采用了曲腿設計保證前支腿支撐在墩頂上。②采用雙層設計。正常過孔工況，架橋機前支腿支撐在待架跨墩頂上；架設末跨工況，前支腿需要支撐在橋梁或橋臺頂面上。由于二者之間存在高度差，故采用雙層框架結構設計以滿足兩種不同工況的需要。正常過孔工況上下兩層框架采用螺栓固定連接，架設末跨工況只需拆除螺栓、利用油缸將下層框架繞回轉銷軸向上收折即可。

（4）后支腿：后支腿作為架橋機后端的輔助支撐，其主要作用是支撐和頂升機臂，為起吊和橫移箱梁、縱移后支撐創造條件，設計的關鍵技術點是：

①采用雙層設計。起重天車自架橋機尾部取梁時，架橋機后支腿利用上層框架支撐在運梁車車架頂部；運梁機退出、箱梁準備橫移時，架橋機后支腿利用下層框架支撐在已架箱梁腹板正上方的橋面上。為滿足上述要求，采用了雙層框架結構設計。橫移箱梁前上下兩層框架采用銷軸固定連接，起吊箱梁狀態拔出銷軸，利用收折油缸將下層框架外翻即可。②采用翻轉設計。為了滿足運梁機載梁駛入架橋機尾部的要求，設計中上層框架采用鏈條葫蘆向外翻轉、下層框架采用收折油缸向外翻轉的方案，具有動作靈活、工作可靠的特點。③采用機械鎖定。為確保吊梁安全，在液壓支腿油缸外側設計了剛性套+螺旋式機械鎖定裝置，機械鎖定裝置能夠可靠承載后支腿載荷，對液壓油缸起安全保護作用。

（5）前中支腿：前中支腿作為架橋機前端的承重支撐，其主要作用是支撐機臂，并將機臂前端的載荷合理的傳遞到墩頂上。設計關鍵技術點是：

①托掛輪組設計。為了保證前支撐與機臂之間能夠做相對運動，前支撐頂部布置有托輪機構和掛輪機構，即機臂縱移時壓在托輪上，支撐縱移時吊在掛輪上。②墩頂錨固設計。在過孔工況，機臂縱移時會在前支撐托掛輪組處產生向前的水平推力；在架梁工況，吊梁桁車重載運行到前方待架跨時，由于機臂撓度的影響會在前支撐托掛輪組處產生向后的水平推力。為了防止前支撐傾斜甚至傾覆，設計采用前支撐底部與墩頂錨固的方案，即在墩頂上預埋精軋螺紋鋼筋，前支撐支立在墩頂后，通過液壓千斤頂張拉將前支撐與預埋精軋螺紋鋼牢固的錨固在一起。

（6）后中支腿：后支撐中支腿作為架橋機中部的承重支撐，其主要作用是支撐機臂，并將機臂中部的載荷合理的傳遞到已架箱梁頂面上。設計的關鍵技術點是：多級均衡設計。后支撐是承受載荷最大的部件，如何將待架箱梁和設備自身的載荷合理、均衡的傳遞到已架箱梁頂面，是設計時應考慮的一個重要因素。為此，后支撐采用了多級均衡結構，自上而下傳遞載荷依次為：機臂-托掛輪組-均載橫梁-中心鉸銷-后支撐分配梁-液壓缸，最終保證同組各支點受力均勻一致，不會造成箱梁頂板局部受力過大。

（7）起重天車：起重天車作為沿架橋機機臂頂端軌道運行的大型橋式起吊裝置，其主要作用是起吊、縱移和橫移箱梁。設計的關鍵技術點是：

①為能夠實現箱梁的水平方向的縱移、橫移和垂直方向的起落的三維運動，車架結構設計采成橋式門吊方式。單臺起重天車由兩條橫跨左右機臂的鋼梁及左右的端梁形成主車架。鋼梁上部安裝有鋼軌為橫移臺車提供支撐，端梁下部支撐在縱移臺車上能夠作縱向運行，端梁外側設置有起升絞車組提供垂直方向的運動。②起吊系統設計。采用對稱布置雙起升液壓卷揚機。其一端的兩臺卷揚機連在一起，另一端兩臺卷揚機單獨起吊，形成三點起吊，使被吊箱梁各吊點受力均衡。

（8）控制方式：架橋機設計采用分散控制、集中聯鎖、遙控與線控相結合的操作方式。

①分散控制。架橋機各運行機構的配電柜、控制單元并非集中設置在一處，而是分散布置在各總成部位，如前支腿、后支腿、前支撐、后支撐、前吊梁桁車、后吊梁桁車等處。每處均包含PLC控制模塊、信號放大及轉換模塊、弱電執行元件、強電配電元件等標準組件。分散控制的好處是布線距離短、信號衰減少、抗干擾性好、且結構相對簡單，易于檢修維護。②集中聯鎖。為保證架橋機各部分動作嚴格按照標準施工工藝執行，并且動作準確可靠、不會產生誤動作和互相干涉，架橋機在采用分散控制的同時也采用了集中聯鎖。架橋機總控制單元對各分系統“激活”與否進行集中監控。③遙控與線控相結合。為提高架橋機的易操作性，并有利于就近觀察動作執行結果和進行微調控制，架橋機主要動作均采用遙控操作，如箱梁起吊、縱移、橫移，支撐的縱移等。同時，對于某些輔助動作，如支腿與支撐的支立、機臂水平調節、錨固裝置等，采用了就近設置線控板操作方式，以避免遙控器功能過多不易操作和過大過重攜帶不便。另外，為確保操作系統的可靠性，每一處控制柜均設置了線控板接口并配備了相應的線控操作板，在遙控系統失靈時可以實現應急操作。

3 施工工藝的關鍵步驟

4 結束語

整孔架設工法具有可工廠化生產，功效高、安全快速等特點，適用于跨江河、跨海灣等特大型橋梁及沿岸、沿海大面積灘涂區的橋梁的上部結構施工。