DJ180架橋機鐵路鋪架改造施工技術研究

摘 要：鐵路工程建設是我國基礎設施建設的重要組成部分，在征拆難度大、工期緊、施工斷點多等實際困難條件下，傳統鐵路架橋機和鋪軌機的應用受到極大的限制。文章通過對公鐵兩用DJ180架橋機實施技改，經過鋼結構、電氣等局部技術改造，把單一的架梁功能拓寬為鐵路架梁和鋪軌并行，既保留了設備運輸轉場便捷的優勢，又提高了生產效率，具有很好的實用性和經濟效益。

關鍵詞：架橋機；改造；鋪軌；架梁

1 概述

1.1 研究背景

DJ180架橋機屬單臂簡支型單導梁架橋機，能實現全幅機械橫移梁片，達到一次落梁到位，在同行業中，具有結構簡單、重量輕、運輸組裝方便、性能優良、自動化程度高的特點。跟傳統軌行式鐵路架橋機相比，該機型具有轉場方便、架設雙線T梁不需人工移梁等優點，但是也明顯存在步履式架橋機過孔及鋪軌效率較低，不適合單線長大線路施工的缺點。

邯黃鐵路是一條新的東西大動脈，西南端與京廣、邯濟鐵路相連，并預留和邢鐵路接入條件，東北端引入黃驊港港區，修建聯絡線與既有石德鐵路相連通。邯黃鐵路三標段鋪架工程，施工區間為棗強站（不含）至渤海東站，管段架梁任務1339孔，其中特大橋14座、大橋12座、中橋22座，鋪軌任務正線215km，站線74km，初始施工組織設計為火車運輸，鐵路架橋機架梁，鐵路鋪軌機鋪軌。由于線下單位征拆影響造成施工進度緩慢，斷點較多，無法形成鐵路架橋機和鋪軌機連續施工作業，更由于邯黃鐵路為新建單線鐵路，與既有鐵路接入點較少，鐵路架橋機和鋪軌機轉場作業也無法實施。滄州地區現場較多溝渠河道，如果采用路基段人工鋪軌、橋梁采用架橋機架設，無法滿足節點工期要求。為緩解施工壓力，施工單位立項改造自有公鐵兩用型DJ180架橋機以及架橋機配套的運梁車，使其具備邊鋪軌邊架梁以及收軌的能力。

1.2 DJ180架橋機、運梁車簡介及架梁工藝流程

1.2.1 架橋機簡介

DJ180架橋機用于架設公路、鐵路32m及以下跨度的橋梁，可鋪設25m鐵路軌排，最大額定起重能力180t。DJ180架橋機主機部分包括：主梁、曲梁及橫移機構、0#柱、1#柱、2#柱、3#柱、吊梁行車、橫移軌道、液壓系統、電氣系統組成。（圖1、表1）

1.2.2 運梁車簡介

YT180運梁車是DJ180型公鐵兩用架橋機配套運梁設備，整機由前運梁車和后運梁車組成。采用直流電動機、減速機構驅動，其中后運梁車設有兩根動軸，前運梁車設有一根動軸，前運梁車和后運梁車可分動、聯動。配備電控操作系統，重載采用集中操作，空載可單獨操作。設備體積小、重量輕，采用普通半掛平板車即可汽運到位，解體運輸方便，使用成本低。（表2）

1.2.3 DJ180架橋機架梁鋪軌工藝流程

（1）架橋機過孔

a.前跨T梁架設完畢后，整機狀態。（圖2）

b.收0#、3#柱體、穿銷軸，以1#、2#柱為支點，吊梁行車帶動機臂及0#、3#柱前移13.8m。（圖3）

c.支3#柱，收2#柱與2#柱走行軌離地，1#、3#柱為支點，2#吊梁行車帶2#柱體前行19m。（圖4）

d.收3#柱，支2#柱，1#、2#柱為支點，用1#吊梁行車，2#吊梁行車驅動機臂前行18.7m。（圖5）

f.支3#柱體承力穿銷軸，以0#、1#、3#柱為支點，收2#柱與2#柱走行軌，2#吊重行車帶2#柱體與走行軌前行13.7m。（圖6）

g.收1#柱柱體與1#柱走行軌，0#、2#、3#為支點，1#吊重行車帶1#柱與走行軌前行32.7米。（圖7）

h.將曲梁與機臂銷接，解除行車與機臂銷接，行車后退至吊梁位，架橋機橫移試驗，過孔完畢。（圖8）

（2）架橋機架梁

a.運梁臺車將梁片運至2#柱后側。（圖9）

b.1#吊梁行車與后運梁臺車同步前進到2#吊梁行車吊梁位，捆梁、吊梁。（圖10）

c.1#、2#吊梁行車同時前行至落梁位置，落梁，移梁，穩梁。（圖11）

d.吊梁行車落鉤摘繩、后退。

e.重復以上（2）-（3）步驟，架設第二片梁。

f.焊梁。

g.架梁完畢。

（3）橋面鋪軌

同架梁工藝，不同的是吊裝物為軌排。

2 技術改造

2.1 連續鋪軌設想

由于架橋機原設計行進方式為步履式，操作循環周期時間較長，要想實現連續鋪軌作業，必須改變成軌行式行進。即：在架橋機1#柱、2#柱底部增加輪軌驅動裝置，調整兩柱體間距，同時滿足三個條件：（1）機體內部存儲軌排；（2）滿足前段吊放軌排互不干涉；（3）整機縱向穩定性。經研究，確定了以下設想圖（圖12）。

2.2 改造技術要點

2.2.1 架橋機鋼結構改造

在主梁最前端增加等截面主梁7m加長節1根，架橋機總長度由54m增加至61m（不含尾部托架）。

從零號柱3位置計算，在機臂2上距零號柱32m、47m處各增加一個曲梁銷接孔及定位銷套，滿足存儲軌排和吊放軌排對整機長度的要求。

鋪軌時拆除DJ180型架橋機一號柱、二號柱的橫移軌道，架梁時恢復。

2.2.2 運梁車結構改裝

增加一套同型號運梁車，摘除運梁車頂面轉盤，進行加寬處理，改裝為支撐柱體的前臺車和后臺車；改裝后前臺車車身長4.4m、寬2.1m；改裝后后臺車長身4.4m、車寬2.6m；在前臺車橫向兩端下側對稱安裝兩臺螺旋千斤頂鎬。（圖13）

將改裝后的前臺車安裝在1#柱下端，使1#柱下端的1#走行梁與前臺車的前車橫梁通過高強度螺栓固定連接（見圖14）；后臺車安裝在2#柱下端，使2#柱下端的2#走行梁與后臺車的后車橫梁通過螺栓固定連接（見圖15）。

2.2.3 鋪架機電氣改造

前臺車和后臺車的電控柜安裝二號柱托架上，該電控柜電源與架橋機電源連通，更換架橋機尾部托架內PLC程控器為雙PLC控制器。前、后臺車的行進主電路和控制電路分別有原1#柱、2#柱橫移電機的主電路和控制電路改造而來，由1臺PLC控制器保證行進同步。（圖16）

3 改造后架梁

3.1 架橋機穩定性計算

（1）改造前懸臂工況（圖17）

q-機臂均布荷載 1t/m

P1-0#柱重量 P1=2.75t

P2-1#柱曲梁重 P2=17.9t

P4-2#柱、曲梁及橫移軌道重 P4=25.8t

P3-吊梁小車 P3=8.9t

P5-3#柱重量 P5=5.65t

P6-發電機組及托架重量 P6=3.2t

傾覆力矩

M傾=P1*33.2+q*34.22/2=2.75*33.2+1*34.22/2=676.2t.m

平衡力矩：當RB=0時

M平=q*19.82/2+P4*16.9+P3*16.9+P5*19.4+P6*22.5

=1*19.82/2+25.8*16.9+8.9*16.9+5.65*19.4+3.2*22.5=964t.m

穩定系數：n=M平/M傾=964/676.2=1.43>1.3

（2）改造后懸臂工況

增加7m加長節后，全長變為61m，相當于懸臂過孔時P4與P5間距離增加為9.5m。

q-機臂均布荷載 1t/m

P1-0#柱重量 P1=2.75t

P2-1#柱曲梁重 P2=17.9t

P4-2#柱、曲梁及橫移軌道重 P3=25.8t

P3-吊梁小車 P4=8.9t

P5-3#柱重量 P5=5.65t

P6-發電機組及托架重量 P6=3.2t

傾覆力矩：M傾=P1*33.2+q*34.22/2=2.75*33.2+1*34.22/2=676.2t.m

平衡力矩：當RB=0時

M平=q*26.82/2+P4*16.9+P3*16.9+P5*26.4+P6*29.5=1*26.82/2+25.8*16.9+8.9*16.9+5.65*26.4+3.2*29.5=1189t.m

穩定系數：n=M平/M傾=1189/676.2=1.76>1.43。

（3）由改造后懸臂工況縱向穩定性較改造前為向好趨勢，故可推算出柱體移動位置時，穩定性亦為向好趨勢。

（4）其他工況時，主要考慮支點支反力，因增加的7m加長節總質量為7t占比較小，支反力計算在此略去。

3.2 改造后架梁鋪軌工藝流程

（1）過孔

a.前跨T梁架設完畢后，整機狀態。

b.收0#、3#柱體、穿銷軸，以1#、2#柱為支點，吊梁行車帶動機臂及0#、3#柱前移13.8m。

c.支3#柱，收2#柱與2#柱走行軌離地，1#、3#柱為支點，2#吊梁行車帶2#柱體前行19m。

d.收3#柱，支2#柱，1#、2#柱為支點，用1#吊梁行車，2#吊梁行車驅動機臂前行11.7m。

e.支3#柱體承力穿銷軸，以0#、1#、3#柱為支點，收2#柱與2#柱走行軌，2#吊重行車帶2#柱體與走行軌前行13.7m。

f.收1#柱柱體與1#柱走行軌，0#、2#、3#為支點，1#吊重行車帶1#柱與走行軌前行32.7米。

g.收3#柱，支2#柱，1#、2#柱為支點，用1#吊梁行車，2#吊梁行車驅動機臂前行7m。（圖18）

h.將曲梁與機臂銷接，解除行車與機臂銷接，行車后退至吊梁位，架橋機橫移試驗，過孔完畢。

（2）架梁和橋面鋪軌同改造前，不再贅述。

（3）架梁操作要點

a.機組操作人員應熟悉掌握設備各按鈕功能，經培訓持證上崗。

b.機組操作人員應熟悉倒裝龍門架倒裝梁片、運梁車運梁、架橋機過孔、架梁及橋間轉移的步驟與操作要點。

c.架梁狀態曲梁與機臂銷接，過孔狀態曲梁與吊梁小車銷接，且應先插好下一工序的銷軸才能拔掉上一工序作業的銷軸。

d.過孔時各柱體位置應派專人操作與監護，支墊應平實可靠，1#、2#柱伸縮時應保持兩側平衡，均勻升降。

e.架梁、過孔工況保證機臂水平，嚴禁機臂傾斜作業。1#、2#柱橫移軌道分別水平，三根軌道要平行。1#、2#柱橫移軌道墊墩或硬雜木必須支墊在梁梗及橋臺的胸墻處，嚴禁支墊在擋砟墻上。

f.操作過程中發現異常時應首先按下急停開關。急停開關位于0#柱、1#柱及操作臺處。

g.要有專人監視吊梁小車絞車鋼絲繩的盤繞情況，如有不規則排繩必須重新盤繞，無誤后方可起吊梁片。

h.吊梁小車起吊梁片時，吊梁扁擔要隨時調平。嚴禁扁擔體傾斜吊梁。

i.運梁車嚴禁非緊急情況下緊急制動，要緩慢起動，減速后制動。運梁車運梁接近架橋機時應減速慢行，2#柱后面應安放固定止輪器。

j.倒裝龍門架支墊要平實可靠，起吊梁片時起重梁要隨時調平，嚴禁傾斜吊梁。

嚴格執行《鐵路架橋機架梁規程》中的要求。

3.3 架梁與鋪軌模式轉換

（1）架橋機架梁完成后，根據現場實際情況調整1#、2#柱位置。0#柱與1#柱距離32m，1#柱與#號柱距離15m，穿好曲梁與行車銷軸。拆除1#柱走行電機減速機，將泵站移至柱體外側。

（2）將運梁車開到架橋機尾部，將前運梁車吊至1#柱后面。支撐零號柱、2#柱，收縮1#柱拆除橫移軌道。行車驅動1#柱落在前運梁車上按圖紙要求連接托架與1#柱。移動到位穿好曲梁與機臂銷軸，支撐好1#柱。

（3）收縮2#柱拆除橫移軌道。行車驅動2#柱落在后運梁車上按圖紙要求連接托架與2#柱。移動到位穿好曲梁與機臂銷軸，支撐好2#柱。將運梁車配電柜安裝在2#柱托架上。

（4）將架橋機發電機組的電源連接到運梁車配電柜上。

（5）將吊軌排掛鉤安裝到吊梁扁擔上。轉換工作完成。

4 改造后鋪軌

4.1 鋪軌機穩定性計算

（1）懸臂工況（圖19）

q-機臂均布荷載 q=1t/m

P1-0#柱重量 P1=2.75t

P2-1#柱曲梁重 P2=17.9t

P4-2#柱曲梁重及臺車重 P4=25.8t

P3-吊梁小車 P3=4.45t

P5-3#柱重量 P5=5.65t

P6-發電機組及托架重量 P6=3.2t

傾覆力矩：M傾=P1*32+q*332/2=2.75*32+1*332/2=632.5t.m，

平衡力矩：

當RB=0時，M平=q*282/2+P4*15+P3*15+P5*27.6+P6*32.1=1*282/2+25.8*15+4.45*15+5.65*27.6+3.2*32.1=1104.41t.m。

穩定系數：n=M平/M傾=1104.41/632.5=1.8>1.3。

結論：通過理論數值計算，DJ180架橋機改造為鋪軌機是安全可行的。

（2）鋪軌工況：鋪軌作業時，前端0#柱為支立狀態，屬于靜定結構，支反力計算在此略去。

4.2 鋪軌作業流程

（1）過孔

a.將前行車后退至1#柱位置處，后行車退至2#柱位置。

b.摘除1#柱下側兩臺鑼旋鎬。

c.拔出0#柱銷軸，起升150mm；收起3#柱（距離底面100mm）。

d.撤掉1#、2#柱走行系統鐵鞋。

e.架橋機前行23m；支立0#、3#柱；安放鐵鞋。

（2）鋪軌

a.運軌車將軌排一次將4組軌排喂進3#柱。

b.前后行車將軌排起吊前進；放置在1#、2#柱上，摘繩；運軌車退回鋪軌基地，進行下一次運輸。

c.前后行車將最上側軌排起吊，前行22米下落開始軌排連接。

d.鋪設完畢后，進行過孔作業。

4.3 鋪軌與架梁模式逆向轉換

（1）鋪架機鋪軌完成后，根據現場實際情況調整1、2號柱位置，穿好曲梁與行車銷軸，將吊軌排掛鉤從吊梁扁擔上拆除。

（2）拆除運梁車配電柜，恢復運梁車獨立供電，與架橋機1#柱、2#柱分離，將運梁車開出架橋機尾部，取回1#柱、2#柱橫移軌道。

（3）支撐0#柱、2#柱，收縮1#柱安裝橫移軌道，電源恢復連接到橫移電機上，恢復泵站及液壓系統，支撐好1號柱。

（4）支撐3#柱、1#柱，收縮2#柱安裝橫移軌道，電源恢復連接到橫移電機上，恢復泵站及液壓系統，支撐好2#柱。

（5）橋頭對位，調整1#柱高度。轉換工作完成。

4.4 鋪軌操作要點

（1）鋪軌機2#柱處能橫移，橫移量為350mm。鋪設曲線軌時，吊梁行車將軌排吊運至落軌排位后在2#柱處橫移機臂使軌排到位。鋪設小曲線半徑軌排時如橫移不到位可人工用撬棍將軌排撥到位。鋪軌作業時任何時候嚴禁橫移1#柱。

（2）鋪軌作業架橋機過孔時，需安排專人盯控前后臺車是否異常，走行速度應控制在1km/h之內。

（3）鋪軌作業時，摘除1#柱加長節；平坡狀態下0#柱插第9個孔，1#柱插第4個孔，2#柱插第3個孔。整機高度為7.7m，凈空為3.5m（大臂底面至橫梁頂面）。

（4）此鋪軌機是分車體輪軌式簡易鋪軌機，底盤自重輕。鋪軌時需支撐0#柱，0#柱的支墊必須墊平墊穩。鋪軌作業時0#柱，下側枕木支墊采用450mm*20mm*20mm硬雜木。支墊完畢后用水平尺，觀測0#柱支立情況，左右高差≤15mm，垂直度≤5‰（垂直檢測方法：在0#柱側面劃中心線，各安裝1鉛垂檢測柱體垂直度）。

（5）機臂調平的標準：作業機臂高差范圍：0#柱處與1#柱處機臂高差范圍-50～+150mm既0#柱可比1#柱低50mm或高150mm之間。3#柱與1#柱處機臂高差范圍0～+100mm既3#柱可比1#柱高0～100mm之間。架梁作業機臂高差范圍：1#柱處與2#柱處機臂高差范圍±100mm既1#柱比2#柱高100mm或低100mm之間。

（6）鋪軌作業時，鋪軌機走行系統；必須用鐵鞋“對穿”方式緊固，以免防止溜車。

5 區間轉移

（1）運梁車及轉運托架用吊梁小車吊至圖示位置。

（2）銷接吊梁小車與曲梁，拔去曲梁與機臂連接銷。

（3）2#柱按架梁位置不動，按圖20調整1#柱、2#柱及前后運梁車位置，將零號柱折起。

（4）收1#、2#、3#柱將機臂落在轉運托架上，并使柱體離地。將運梁車與機臂用倒鏈鋼絲繩捆綁牢固。

（5）運梁車馱運架橋機至下一工地，按相反順序調整架橋機為架梁狀態。

6 經濟效益分析

（1）未改裝前架橋機鋪軌方案，鋪軌效率150m/d，過孔1次需要1h，每次鋪設25m，鋪軌單價接近20萬元/km，基本不可行。

（2）架橋機改裝為鋪軌機以后，鋪軌效率由原來的150m/d提高到1000m/d，每組軌排鋪設平均0.5h（包括過孔），鋪軌單價6萬元/km，架梁影響微乎其微。

（3）人工鋪軌方案：相同數量人工鋪軌效率200m/d，鋪軌單價11.5萬元/km。

綜上所述：此改造施工技術的實施，既能提高生產效率，又可降低施工成本，并將取得良好的社會效益，具有很好的推廣價值。

作者簡介：陳永剛（1974，10-），男，籍貫：河北省武邑縣，現職稱：高級工程師，學歷：本科，研究方向：橋梁工程。