高鐵1 000 t/40 m過隧道運梁車研究

唐坤元 李 明 梁志新

（1.中鐵十一局集團漢江重工有限公司 湖北襄陽 441006；2.中鐵十一局集團有限公司 湖北武漢 430061；3.中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

隨著國內外高速鐵路的不斷發展，鐵路混凝土預制箱梁的應用越來越廣泛，箱梁架設施工面臨的工況越來越復雜，特別是山嶺地區的橋隧相連地段隧道口箱梁架設施工時，對箱梁運架設備提出了更高要求，箱梁能運輸通過隧道［1］。傳統運梁車運梁通過隧道通常采取兩種解決方案，一是隧道仰拱施工分2次澆筑，第一次比設計降低475 mm，當預制箱梁架設完成運梁車不再通過隧道時，可進行仰拱二次澆筑，標高達到設計要求［2］；另一種方案是采用割翼箱梁制運架方案，即在梁場預制時，擋渣墻以外1.75 m翼緣板暫不澆筑，待架設完成現場澆筑翼緣板［3］。

通常采取的翼緣板切割及隧道仰拱分二次澆筑方案，必然涉及到箱梁制造過程的二次澆筑及仰拱施工的二次回填，施工質量、周期及成本均難以控制，特別是長大鐵路干線往往跨多個行政區，行經多個地貌單元，協調難度大、控制工程多［4］，翼緣板二次澆筑及仰拱二次回填涉及到施工單位、業主、監理、設計等多家單位的溝通、協調，溝通時間長、協調難度大。

隨著1 000 t/40 m簡支箱梁的應用，我國工程機械行業的制造能力完全滿足40 m梁的運架需要，但通過隧道情況下的低高度運梁車和適應隧道口架梁的架橋機是研究的重點與難點［5］，傳統運梁車結構很難滿足40 m跨簡支箱梁過隧要求。因此，研究一種運梁高效、快速穿隧的運梁車日益迫切。

2 簡支箱梁參數對比

時速350 km無砟軌道1 000 t/40 m箱梁與900 t/32 m箱梁簡支梁設計均采用單箱單室等高設計，梁端頂板、底板及腹板局部向內側加厚。

兩種箱梁的主要區別在于外形尺寸及箱梁自重，詳細如表1所示。

表1 900 t箱梁與1 000 t箱梁參數對比

根據表1對比可知，1 000 t/40 m高鐵簡支箱梁除跨度大以外，較32 m箱梁重量更大、高度更高，在隧道截面半徑仍然保持R6650 mm的情況下，現有傳統運梁車運輸過隧道的難度較32 m梁難度更大，因此需要設計一種新型運梁車來解決運輸1 000 t/40 m箱梁過隧難題。

3 運梁過隧道空間分析

根據1 000 t/40 m高鐵簡支箱梁截面尺寸及隧道斷面設計尺寸進行分析，結合現場運梁駕駛實際操控經驗綜合考慮，箱梁運輸通過隧道時，箱梁與隧道壁最小橫向距離應不低于150 mm；根據隧道與箱梁整體布置要求，箱梁運輸過程中離地高度不應超過1.329 m。如圖1所示。

圖1 時速350 km雙線箱梁過隧空間分析

4 運梁車總體方案

4.1 運梁車組成

1 000 t/40 m高鐵過隧運梁車由車架、懸掛總成、前后馱梁機構、轉向系統、電氣控制系統、液壓系統及動力系統等組成，如圖2所示。

圖2 1 000 t/40 m過隧道運梁車組成示意

運梁車車體結構設計采用U型結構，砼梁支撐在下層軌道梁上，主箱梁設計在兩側，位于砼梁翼板下方；懸掛走行系統采取雙胎并置布置型式和寬基小輪胎方案，通過回轉支承反裝在主箱梁下端，有效降低整機高度；箱梁運輸過程中，前端支撐點設計為承梁臺座，后端支撐點設計為馱梁臺車，馱梁臺車走行系統采用重型移運器替代傳統鋼質車輪，采取鏈條驅動設計，有效降低運梁空間；車架配置有箱梁頂升系統及液壓支腿系統，各系統的支座表面設有防滑的硬橡膠［6］。

4.2 技術參數

根據《高速鐵路設計規范》及《高速鐵路箱梁運梁車》的規范要求，新型運梁車的主要技術參數應滿足運梁通過隧道和橋面，主要技術參數如表2所示［7］。

表2 主要技術參數

5 關鍵技術

5.1 U型車體結構的設計

由2條梯形截面主箱梁、2條矩形軌道梁和8根箱型橫梁組成。梯形主箱梁布置于車體兩側，縱梁和橫梁位于車體下層，整體呈U型網柵結構。見圖3、圖4。

圖3 車體結構示意

圖4 車體結構橫截面示意

車架后端第2、3、4根橫梁上安裝有砼梁頂升油缸，配合架橋機前起重小車將砼梁從低位運輸狀態切換到高位喂梁狀態，可滿足40 m、32 m、24 m三種長度梁過隧道運輸。

5.2 低位馱梁臺車設計

馱梁臺車走行機構由傳統的鋼輪走行機構優化設計為低位重型移運器，馱梁臺座由傳統的箱型梁結構優化為板式結構，采用雙排滾子鏈條牽引機構牽引走行，無彈性滑動和打滑、傳動效率高、結構較為緊湊、制造安裝精度要求較低、成本低廉［8］。該新型低位馱梁臺車與傳統馱梁機構相比，馱梁承臺高度由傳統的0.57 m降低至0.3 m，有效降低了箱梁運輸過程中的離地高度。低位馱梁機構見圖5。

圖5 低位馱梁機構示意

5.3 定制非標準重載寬基小輪胎的應用

相對于傳統32 m過隧道運梁車所采用的12.00R20型號輪胎，該運梁車在設計過程中，采用與國內輪胎制造廠進行定制設計的非標準重載寬基小輪胎，輪胎型號命名為355/65-R18，該型號輪胎直徑小、承載能力大，并且采取雙胎并置方案，每個懸掛4個輪胎，在減小懸掛走行系統體積和有效降低整機高度的同時，增大單點懸掛的承載力。兩種規格輪胎主要參數對比見表3。

表3 輪胎主要參數對比

6 施工工藝

運梁車施工工藝主要包含：裝梁、運梁、頂梁及匹配架橋機喂梁4步工序。

6.1 裝梁

通常采用提梁機進行裝梁作業，裝梁前運梁車應先調整到三點支撐狀態，馱梁臺車運行至運梁車最尾端，在車體結構運梁支撐部位安裝臨時支撐臺座。裝梁過程中梁體落放要保持水平，接近馱梁臺車時觀察3個支撐點的懸掛壓力，如出現偏載，應利用提梁機進行調整，保證三點支撐壓力基本一致，再將箱梁整體緩慢降落，使箱梁完全放置于馱梁臺座上，完成裝梁作業。

6.2 運梁

運梁車在路基上可以正常中位行駛，運梁行駛過程中，運梁車懸掛系統應保持3點支撐狀態［9］，并確保液壓系統自動均衡，防止運梁過程中箱梁受扭［10］。

運梁車可以中位運輸通過隧道，中位運輸通過隧道時，箱梁與隧道壁橫向距離約為150 mm。由于運梁車設計不再要求隧道仰拱分層施工，一次澆筑成型后的仰拱填充施工完畢后平整度較好，加上運梁車液壓懸掛高度具有±250 mm的調整量，運梁過隧道時運梁車可以在中位的基礎上懸掛降低100 mm，運梁高度可降低至1.2 m，此時箱梁距離隧道壁橫向距離可以達到180 mm。橫向距離變大后，對運梁車的運行更容易進行控制，降低駕駛難度、提高施工效率。另外，運梁車配置有過隧道自動駕駛功能，可以實現運梁過隧道自動對中，解除駕駛人員運梁過隧道的駕駛勞動強度。現場運梁工況見圖6。

圖6 1 000 t/40 m箱梁運輸現場

6.3 頂梁

當運梁車將箱梁運輸達到架橋機尾部并對位完畢，可以通過架橋機前起重小車提吊箱梁前端，頂梁系統頂升箱梁尾端，共同將待架箱梁抬高350 mm，馱梁臺車駛入箱梁尾端底部、頂梁油缸縮回，將箱梁尾端放置于馱梁臺車上，完成喂梁前的準備工作。

6.4 喂梁

喂梁采取拖梁起吊的方式進行，拖梁起吊就是混凝土梁一端由架橋機前天車吊起前進，另一端由馱梁小車拖動在運梁車平臺上運行［11］。運梁車喂梁前，懸掛系統應調整到8點支撐狀態，并且使前、后端支腿系統油缸支撐于橋面。后馱梁臺車配合架橋機前起重小車喂梁，待架橋機后起重小車提取整孔箱梁至完全脫離運梁車后，運梁車收起全部支撐油缸，恢復運梁模式，返回梁場繼續裝梁。現場喂梁工況見圖7。

圖7 1 000 t/40 m箱梁匹配架橋機喂梁現場

7 結論

目前，該1 000 t/40 m高速鐵路過隧運梁車，重載在已架好的橋梁上通行經橋梁設計單位檢算確認［12］，并于2020年7月16日在中鐵二十二局南沿江高速鐵路江陰東制梁場正式投入使用，截止目前為止，累計運輸并匹配架橋機進行箱梁架設45榀，使用結果表明運梁車各項性能均達到設計指標，滿足使用要求。

根據現場試用及試驗表明，該型運梁車可以實現1 000 t/40 m箱梁運輸過隧道，成功解決傳統切割翼緣及隧道仰拱分次填筑導致的施工難題，降低對其他工序的施工影響，提高整體施工效率，減少施工成本，具有廣闊的應用前景和市場發展潛力。