跨鐵路路塹公路橋箱梁吊裝及起重機選型研究

諶文玉 高偉賓 李盼盼

（中鐵十六局集團鐵運工程有限公司 河北高碑店 030032）

1 引言

上跨鐵路路塹公路橋梁架設采用吊裝法時，由于對起重機的作業半徑和吊裝高度要求高、起重機作業空間受限等原因，需多臺起重機協同作業、分步吊裝就位，施工難度大、安全風險高。吊裝方案設計和起重機選型是大跨度跨線橋梁架設施工的關鍵，國內外對相關問題有大量研究。古蘭玉［1］分別研究了在實際工程案例中使用單機和雙機進行上跨鐵路運營線高架橋梁吊裝的順序和作業流程。王雨楠［2］研究了在復雜的區域交通及施工環境影響下跨線高價箱梁橋的起重機選型和吊裝順序。Al-Hussein M等［3］提出一種基于最小吊臂長度和（或）最小半徑的起重機選型和站位方法以獲得更高的起重能力。但是針對上跨在建鐵路路塹大跨度公路橋梁的吊裝施工方法及起重機選型問題研究未見報道。本文依托某跨在建靖神鐵路深路塹公路橋箱梁吊裝施工工程，為實現大跨度、大重量箱梁的平移吊裝，提出了塹頂、路基面多工位多臺起重機協同炮車喂梁的架設方法，并研究多機協同、分步吊裝施工中起重機的選型及配置方法。

2 工程概況

新建靖神鐵路在DK166＋929處與既有公路交叉，鐵路以路塹形式下穿公路。根據工程設計，鐵路路塹主體工程完成后，會在其上方以修建公路橋的形式恢復原有公路。該段鐵路為深路塹地段，路塹邊坡高27.7 m，分四級，邊坡坡率1∶1.25。公路橋址平面概況如圖1所示。

圖1 橋址平面

公路橋為先簡支后連續預應力鋼筋混凝土連續箱梁橋，橋跨設計為3×40 m，橋梁寬度7 m，每個橋跨橫向布置兩片箱梁，箱梁寬度為3.1 m，重161.2 t，橋墩高度為25.7 m。公路橋橋型布置如圖2所示。根據現場實際情況，分別在鐵路 DK166＋800及DK166＋900兩側修建制梁場，同時，通過修便道連通既有道路的方法，將梁運至橋頭塹項，并由路基和塹頂多臺汽車起重機吊運平移架設。在實際工況中，坡腳距橋臺的橫向距離超過43 m，豎向高度接近28 m，并且起重機在深路塹內作業，作業范圍內有橋墩等障礙物，多機吊裝過程也需要轉換吊點。因此，需要極大提高對起重機作業幅度和吊裝高度的要求，以此來避免吊臂與橋墩、梁之間，以及起重機吊臂之間存在的碰撞風險。因此，科學設計吊裝工藝流程、合理選擇起重機性能參數是安全、高效、經濟地完成橋梁吊裝架設的關鍵。

圖2 公路橋橋型布置（單位：mm）

3 吊裝方法研究

3.1 吊裝方案

箱梁架設過程中，在炮車運輸箱梁時，路塹塹頂的起重機和路基面多工位的多臺起重機協同喂梁。

箱梁吊裝按由右至左的順序進行，其右跨、中跨、左跨中的每跨箱梁均依從側邊起吊的原則。

左右邊跨箱梁遞送過程中，在橋頭既有道路用炮車倒推遞送。當箱梁接近路塹邊坡與原地面相交位置時，箱梁由炮車配合塹頂處起重機平移，同時炮車尾部先撤離。當運梁炮車的車體接近塹頂時，在完成箱梁左右吊點轉換后按原路線回程，箱梁由現場的多臺起重機多機協同平移就位。

中跨箱梁遞送過程中，吊裝方法同邊跨類似，即同樣在橋頭既有道路和已架設的箱梁上用炮車倒推遞送。而后箱梁由路基面上多臺起重機合作平移就位。按此方案，操作簡單，并可解決存在的施工難題。

3.2 吊裝工藝流程

（1）邊跨箱梁吊裝工藝流程

邊跨箱梁的吊裝以多工位多起重機相互配合的工藝為主，在炮車運輸箱梁時，協同塹頂、路基面多起重機喂梁，以右邊跨箱梁吊裝架設流程為例，其主要工藝流程如圖3所示：在橋頭既有道路用炮車倒推遞送，待梁左端與塹頂接近后，箱梁左端吊點由塹頂起重機A鉤吊，鉤吊工作完成后，撤離炮車尾部；后箱梁由炮車配合塹頂處起重機平移遞送；行進至炮車車體靠近塹頂時，由路基工位上的起重機C配合炮車完成吊點轉換，并通過平衡梁完成箱梁的吊點轉換工作，即左端吊點由路基工位處起重機B、C鉤吊，起重機A自左端吊點摘鉤并移至右端吊點鉤吊。完成上述工作后，炮車按既定路線撤離。最后箱梁的平移就位由塹頂與路基工位上的起重機A、B、C三機合同協作完成。

圖3 邊跨箱梁吊裝工藝流程

（2）中跨箱梁吊裝工藝流程

路基工位雙起重機協同炮車喂梁平移法吊裝是常見的一種中跨梁吊裝方法，其工藝流程為：將箱梁用炮車倒退遞送至梁左端與跨箱梁右邊左端相近時，用起重機B鉤吊箱梁左端吊點；撤離炮車尾部，用起重機B協同炮車進行喂梁，當炮車與右邊跨箱梁左端相近時，炮車停車；將起重機C鉤吊箱梁左端吊點，再用起重機B鉤吊箱梁右端吊點，將B鉤吊點從左端轉到右端，最后撤離炮車；在起重機B、C鉤協同吊起箱梁，將平箱梁放置在正確位置。吊裝流程如圖4所示。

圖4 中跨箱梁吊裝工藝流程

4 起重機選型研究

由上述吊裝工藝流程可知，在吊裝過程中，3臺起重機一次站位、多工況作業，經轉換工位、空中換鉤等一系列協同動作接力傳遞梁體安裝到位。因此，應合理選配起重機，以滿足各個工況對起吊重量、吊裝高度與幅度等起重機工作性能參數的要求［4－5］。同時，盡量最大可能利用起重機的能力，降低對起重機工作性能參數的要求，降低起重機配備標準，節省機械費用［6－7］。

（1）起重機工況分析

首先根據施工工藝流程，對吊裝過程中起重機A、B、C作業工況進行分析，共有8種工況。各工況起重機站位及作業工況描述等如表1所示。

表1 起重機站位及作業工況

對吊裝工況分析可知，部分工況對起重機的性能要求顯然低于其他工況，因此不會對起重機的選型起到決定作用。經對比分析，對起重機A工作性能參數選擇起決定性作用的工況為CB2，對起重機B、C工作性能參數選擇可能起決定性作用的工況為CB2、CZ3。由于起重機B、C在邊跨、中跨吊裝中均需雙機抬吊作業，因此宜選用相同型號［8］。而工況CB2對各起重機性能的要求，取決于吊點轉換的位置，對3臺起重機的性能要求互相關聯。因此首先通過CZ3工況確定起重機B、C的性能參數；然后，根據起重機B、C的性能參數，確定吊點轉換的位置，進而確定起重機A性能參數要求。

（2）起重機 B、C 選型

通過CZ3工況確定起重機B、C的性能參數。工況CZ3起重機、梁、環境的平面關系如圖5所示。

圖5 工況CZ3起重機、梁及環境平面關系（單位：m）

起重機B、C的起重要求相同，均為：

式中：G0為起重機分擔的吊物重量、吊耳及索具重之和，G0＝161.2／2 ＋2.0 ＝82.6 t；K1為動載系數，取1.1；K2為雙機抬吊不均衡系數，取1.2，計算可得 GjBC＝109.0 t。

起重機B的作業幅度RB應滿足18.39 m，起升高度HB應滿足HB＞33.0 m。起重機C的作業幅度RC應滿足起升高度HC同HB。

根據 GjBC、RB、HB、RC、HC，考慮起重機 B、C 選用相同型號，參考起重機性能表，起重機B、C可選用QAY500型汽車起重機，起重量G＝118 t，工作幅度R＝20 m，臂長L＝48 m，起升高度43.63 m，即可滿足吊裝要求。

（3）起重機A選型

根據起重機B、C的性能參數，確定工況CB2的吊點轉換位置后，再確定起重機A性能參數要求。工況CB2起重機、梁、環境平面關系如圖6所示。

圖6 工況CB2起重機、梁及環境平面關系

吊點轉換后起重機B、C的起重量要求為：

式中：G0為起重機B、C共同分擔的吊物重量、吊耳及索具重之和，G0＝161.2／（2 ×2）＋2.0 ＝42.3 t；K1、K2分別為動載系數和不均衡系數，分別取1.1、1.2。計算可得GjBC＝55.84 t。根據QAY500型汽車起重機性能表，起重機B、C的操作工況選用起重量G＝69 t、臂長L＝66 m工況，起升高度59 m，對應最大工作幅度R＝30 m。

由計算可知，要實現工況CB2起重機B、C與起重機A的吊點轉換，需起重機A的最小工作幅度RA≥17.64 m。起重機A的起重量要求計算同式（1），可得GjA＝109.0 t。參考起重機性能表，選用QAY500型汽車起重機，適用起重量G＝138 t、作業幅度R＝18 m、臂長L＝30 m的工況，起升高度H＝，可滿足吊裝要求。

5 結論

（1）上跨在建鐵路深路塹公路橋大跨度箱梁架設時，由于梁跨度長和自重大的原因、會產生起重機站位受限等施工困難，采用塹頂和路基面多工位多臺起重機協同炮車喂梁的方法可解決此困難。提出的施工方法工藝流程簡單、安全可靠。

（2）進行了某跨靖神鐵路公路橋箱梁吊裝施工起重機選型研究，確定出3臺起重機的選型，在保證施工安全的條件下，盡可能利用起重機的能力、降低起重機工作性能參數要求及配備標準，以節省機械費用。