關于在用公路架橋機使用問題的幾點探討

張 沖

（福建省特種設備檢驗研究院，福建 福州 350008）

隨著國家在基礎設施方面的建設力度不斷加大，高速公路的通車總里程在2010年已達到6.5萬公里，位居世界第二。但根據國家高速公路的發展規劃，到2020年高速公路通車總里程將達10萬公里，可見當前仍然是高速公路蓬勃發展時期。在高速公路建設方面，橋梁的修建必不可少，隨著預應力混凝土T型梁片在橋梁中的廣泛應用，越來越多架橋機應用到高速公路的橋梁建設上。然而高速公路建設項目中由于架橋機的流動性大、作業環境差、拆裝頻繁等特殊原因，導致在用設備安全隱患多，人員傷亡、設備傾覆等事故時有發生[1]。文中建立在多年架橋機檢驗工作之上，對公路架橋機使用安全中的幾點問題進行深入探討。

1 基礎與軌道

1.1 基礎

架橋機及其吊重均有基礎來承受，一般需承受百噸或千噸的重量，總結過去的事故教訓，發現基礎問題是釀成架橋機傾翻事故的重要原因之一。架橋機的基礎可分為兩種情況：一是第一孔或最后一孔的軟基路面；二是橋墩的橋臺。一般橋墩的橋臺不會發生沉降，應重點考慮與橋相連接的軟基路面。在架橋機開始架設第一孔橋的時候應重點檢查軟基路面的沉降試驗報告，經過檢測合格，并對架橋機支腿適當增加承載面后才可以進行架梁。

針對使用橋墩橋臺為基礎的情況，因為橋梁墩臺形狀（平面型如圖1所示，U型如圖2所示）的不同，以及曲線橋或坡度橋使得橋臺左右兩端和前后橋臺的初始高低差，都要求架橋機需要根據現場的情況來調整架橋機的軌道左右兩端或前后軌道高度，使其保證水平或高度一致。然而，目前架橋機未見有軌道的高低調節功能，一般只具有支腿高度的調節功能（早期的拼裝式架橋機除外），且這種調節功能僅能適用于兩根梁同時的升高或降低，不可單邊調整高度。為了調整軌道兩端水平和前后軌道高度一致，目前國內架橋機基本采用枕木作為軌道梁的基礎調節（如圖2）。然而采用此種軌道基礎也帶來諸如：軌道梁與枕木之間固定不可靠；基礎的抗壓強度無法保證；軌道梁傾翻的可能性增大等等問題。為此，應盡量考慮由架橋機自身支腿來調節高度，或是經過設計的鋼制軌道支撐來代替枕木，同時還應考慮對軌道梁進行固定。

圖1 平面型橋臺

圖2 U型橋臺

1.2 軌道

目前大多數的架橋機基本已采用專用大車軌道梁，一般采用工字鋼、槽鋼或鋼板焊接成箱梁，同時保留上端面的軌道開口。軌道設置在箱梁內部，并使軌道上表面與箱梁上端面齊。另外，軌道在軌道梁內一般不固定，留有一定的左右移動空間，這樣處理可以彌補大車小幅度的走偏。此外，也有采用方鋼焊接在軌道梁的上翼緣板（如圖3所示）。在日常檢查中經常發現存在以下問題：采用單根鐵軌作為大車軌道使用（如圖4所示），單根鐵軌不與枕木固定，易發生脫軌；軌道梁未設置軌道止擋或設置不當；軌道梁長期受力不均，造成部分螺栓孔變形，轉場后因裝配困難而隨意連接。針對以上問題，使用時應選配合適的大車軌道，確保大車運行時的平穩，同時還應加強日常巡查與維護。

圖3 軌道梁

圖4 單根鋼軌

1.3 軌道梁的錨固

由于架橋機為特殊設備，自身加上梁的重量少則幾百噸、多則千噸，因此出于安全考慮，在橋墩或橋梁上設置用于提高架橋機架梁或過孔穩定性的預埋件是必要的。例如，國外橋梁在設計時基本都考慮為支承主梁的下橫梁或軌道梁設置固定用的預埋件，從而防止下橫梁或軌道梁在架梁或是過孔時發生移動（如圖5所示）[2]。然而國內的架橋機除用于高速鐵路的架橋機有在設計時考慮外，公路架橋機基本都未考慮為軌道梁設置錨定預埋件，容易造成架梁或過孔時架橋機意外移動，結構失穩。因此可以采取以下措施來處理：一是在橋梁的設計階段就考慮在橋臺位置預制用于固定架橋機軌道梁的預埋件（如圖5所示）；二是在橋臺上未有預埋件時，可以采取其它變通方法（如：手拉葫蘆、膨脹螺栓）來進行固定。

圖5 意大利COMTEC公司的架橋機

2 機構運行與設置

2.1 過孔

公路架橋機的過孔方式基本有：連續式、步履式和懸臂軌行式三種。前面兩種過孔時均不對裸梁帶來危害。連續式整跨梁片吊裝架橋機（如圖6所示），其主梁未攜帶任何支腿，后部喂梁時也不需要支承，過孔時只需要預先在各個橋臺上固定好支承橫梁，再由自身的卷揚機牽引機構實現縱移。此方法可避免各個支腿之間的交替變換，極大地縮短了過孔時間。步履式架橋機（如圖1和圖2所示），前端都具有輔助過孔使用的支腿，其作用主要是用于過孔后的臨時支撐。

從國內橋梁建設中的架橋機來看，采用較多的是大懸臂軌行式。該方式還可以根據是否需要掛配重分為兩種過孔方式。考慮到不需要掛配重的架橋機需要主梁更長，一般需要過孔長度的2倍，這勢必會增加設備造價和運輸成本，因此較多的架梁單位選擇更為簡便的掛配重懸臂過孔方式。然而，該方法在過孔時整個結構的穩定性低，效率不高且對裸梁也可能造成危害。

圖6 連續式過孔架橋機

2.2 T梁吊點設置

一般國外T梁的吊點設置在T梁的重心位置[3]，在制梁時就預制好吊裝用的孔洞（包括橫向和縱向孔），如圖7所示。國內吊梁用吊具采用的平衡梁較多，也存在使用吊鉤。當使用吊鉤吊梁時，為減少鋼絲繩的受力夾角，需要增加架橋機的起升高度，而架橋機整機越高越不利于整機的穩定性。此外，用吊鉤吊梁，吊鉤和梁的距離較大（如圖8所示），鋼絲繩繞過T梁時將受到橫向力，當兩邊的橫向力不一樣時，易造成梁片翻轉，給梁片及架橋機帶來傾翻危險。因此吊具應盡量選擇平衡梁式，同時可參考國外的方式，在T梁上預制吊裝孔。

圖7 意大利COMTEC公司架橋機

圖8 國產架橋機

2.3 操作室設置

國外輕型架橋機的操作室一般設置在主梁之上（如圖9所示），采用電機驅動，可在主梁上自由行走。該操作室包含了所有的電氣控制裝置，為架橋機的架梁和過孔提供了方便，同時由于其高度較高，可以自由活動，操作非常方便。相比之下，國內的架橋機除大型鐵路架橋機外，其它基本未設有固定的司機室，有的操作設置在主梁內部，有的設置在架橋機中后部的橋面上。實際上，在國家標準GB 26469-2011《架橋機安全規程》中雖然未明確司機室的具體位置，但卻明確指出司機室應符合的要求。從標準的要求上看，目前許多的架橋機司機室在設計階段未嚴格按照標準要求進行設計，或是未在使用說明書中予以明確。還有些存在使用單位根據自身操作習慣肆意變更司機室位置的情況。司機室設置的好壞，直接影響到操作者的視線、安全空間和操作舒適性，因此應予以重視。

圖9 意大利COMTEC公司

3 主梁金屬結構

架橋機的主梁結構基本可分為格構式和箱梁兩種，其中格構式有專用A型三角梁，拼裝用貝雷桁架、軍用梁（六四型、八七型軍梁）和萬能桿件。箱型梁則分為無孔和有孔兩種結構。

目前國內外的專用輕型架橋機基本都采用A型三角梁結構，且一般均用在公路架橋機中。部分架橋機在使用一段時間后，常對支腿處的主梁進行加強，如圖10所示。然而，從架橋機的有限元分析來看（如圖11所示），中間增加副桿后，受力并不大，因此這種加強實際上效果有限。此外，因為使用的各種原因，常見對一個分段的主梁進行隨意裁剪，然后再進行拼接（如圖12所示）。從圖12中可以看出，在中支腿上的主梁分段被截短了，相比正常結構多了一根豎桿。為此，利用Ansys有限元軟件對其進行建模[4]，并分析了載荷在前、中支腿中間時，結構變化對金屬結構受力的影響（如圖13所示）。由圖13可知，在該工況時整機受到的應力最大位置在中支撐點向前支撐方向前第二根豎桿為196MPa>[σ]=175MPa（額定載荷60t下計算），超過標準規定值。此外，在圖13中箭頭標出的地方應力都較大，且超過了架梁施工方便，增設用于架橋機軌道梁的錨固設施，在設計T型梁時預留吊裝空等。在架橋機設計方面，應考慮合理的過孔方式，以及操作室的設置。在架橋機的安裝方面，重點考慮軌道和基礎的處理。而在架橋機的使用中，應確保安全保160MPa。分析其原因，主要是該處在此種工況下為主要受力點，再加上此處存在改造后結構的突變，造成了此處的應力集中。因此，隨意對主梁金屬結構改造將造成不良影響，存在安全隱患。

圖10 架橋機的主梁加強與拼接

圖11 A型架橋機結構加強后的有限元應力云圖

圖12 額載60t架橋機（JQJ60-20型）

圖13 JQJ60-20架橋機承載60t下的有限元分析

4 結語

架橋機機構復雜，架梁環境惡劣，且經常拆裝，對架橋機的設計、制造、安裝和使用提出了更高的要求。國內在公路橋梁中的制梁中應充分考慮護裝置有效，加強架梁時人員間的配合。

參考文獻

[1]程俊,廖愛軍,李華政,王俊彤,郝文獻.一起架橋機傾覆事故案例分析[J].建筑機械化.

[2]張沖.國外公路架橋機研究與啟示[J].起重運輸機械.

[3]Rosignoli,M.Robustness and Stability of Launching Gantries and Movable Shuttering Systems-Lessons Learned. Structural Engineering International.

[4]陳艷艷,葉新娜，高偉.DF40/120架橋機主梁的有限元分析及其優化[J].建筑機械.