高速鐵路1 000 t/40 m箱梁快速運架技術研究

邱 梓

(中鐵二十二局集團第二工程有限公司 北京 100144)

1 引言

我國高鐵橋梁一直以來以24 m、32 m預應力混凝土簡支箱梁為主，采用預制架設建造模式，大量使用提梁機、運梁車和架橋機等大型施工設備。而我國首創的40 m后張法預應力混凝土箱梁技術，在國內外尚處空白，具有技術創新性強，結構性能優異、速度適應性好，經濟指標明確、工程適應性好等三大特色[1]。

1 000 t/40 m箱梁于鄭濟線長江特大型橋、福廈線湄州灣特大型橋等地成功試點使用，證實了與常規32 m/900 t級預制箱梁相比，40 m/1 000 t級預制箱梁具有跨度大、重量重、高度高、寬度寬等特點[2]。采用跨度40 m預制簡支梁橋，可提高橋梁的跨越能力、增加橋跨布置的適應性、減少墩臺基礎的數量、擴大簡支梁橋的適用范圍，并可減少施工作業班次、提高生產效率，工程建設實際意義顯著[3]。鑒于我國目前千噸級大型設備的發展，新型千噸級架橋裝備推動了高鐵40 m簡支箱梁架設技術的提升，而探索新型高鐵40 m箱梁架設技術將是我們迎接的一項新挑戰，因此高鐵40 m箱梁架設施工技術對于推廣大跨簡支箱梁有著非常重大的意義。本文依托的時速350 km南沿江城際鐵路作為國內第一條大規模應用的40 m箱梁設計的鐵路線，研究其架設特點，形成一套成熟的箱梁快速運架施工技術對高速鐵路40 m箱梁架設工程具有借鑒意義。

2 工程背景

新建江蘇南沿江城際高速鐵路NYJZQ-7標起訖里程是DK165＋114(跨京滬高速公路特大橋7號墩)～DK199＋356(跨疏港特大橋621號墩)，正線全長34.24 km。工程地處無錫市江陰市與蘇州市張家港市，主要的施工內容有正線路基106 m，橋梁34.13 km，制架預應力砼簡支箱梁751榀，其中40 m簡支箱梁366榀，連續梁42聯(含一聯鋼構連續梁)。工期緊、任務重、存在頻繁變跨過連續梁等情況。

3 高速鐵路1 000 t/40 m箱梁快速運架技術

3.1 設備選型

目前國內已有的架橋機多為32 m、900 t高鐵箱梁架橋機，而采用1 000 t/40 m預制箱梁運架一體機會增加架梁時間，且工期緊、工況較為復雜，因此，急需一款高速自動化、適應多工況、穩定系數高、可連續作業的1 000 t/40 m預制箱梁分體式架橋機來滿足施工需求。運架設備除需要具備承載能力、多種跨度架梁、首末跨架梁、架橋機馱運轉場等基本功能和技術要求以外，還要考慮特殊工況下的適應性問題，如大坡道、小曲線和隧道口架梁等[4]。

南沿江項目選用的型號為TJ-JQS1000 t/40 m架橋機與TJ-YLS1000/40運梁車，因其具有“自平衡邁步式過孔”和“低位運梁”的特點，可以滿足時速250 km與350 km的高速鐵路以及客運專線跨度分別為24 m、32 m、40 m雙線整孔箱梁的架設，并且可以實現隧道內運輸，隧道口架梁，可以適用30‰大坡度等特殊工況下的運架梁，具有20～40 m非標梁架設能力。該套運架裝備在南沿江城際鐵路于2020年6月完成40 m箱梁首跨架設[5]。

3.2 運架設備先進技術

3.2.1 超低凈空箱梁移運技術

TJ-YLS1000/40運梁車因采用雙邊主梁的結構，使用919 mm直徑小輪胎，懸掛系統通過回轉支承反裝在縱梁下端。馱梁機構中走行系統采用重型移運器替代傳統鋼質車輪，后車鏈條驅動，前車閉環鏈驅動，有效降低運梁空間。

運梁車輛在道路、橋梁上正?；蛑形恍旭?，在運梁行車過程中，運梁車輛的懸吊系統應處于三點支承狀態下，并保持與液壓控制系統的自動平衡，以避免在運梁過程中箱梁受扭，見圖1。

圖1 TJ-YLS1000/40運梁車運梁

3.2.2 低位喂梁施工技術

(1)通常情況下低位提梁是為滿足運梁可以穿行隧道，將箱梁的前端和后端放置在低位臨時臺座上，并在提梁前，對前起重小車應進行以下作業:

①箱梁通過前車架與后車架上的頂升油缸將頂起(前端也可以利用起重小車前吊點直接利用起重小車提吊)，同時，將后馱梁臺車行駛至箱梁底部的支座內側[6]。

②縮回梁片的頂升油缸，將箱梁的前端和后端安置在馱梁臺車上(前端若未安裝前馱梁臺車由起重小車提吊)。

③通過前起重小車進行箱梁提吊，控制箱梁底部提升高度，使其距離地面高度與喂梁高度一致(1.6 m)。

(2)前起重小車與運梁車后馱梁臺車同步喂梁至后起重小車達到提梁位。喂梁過程中，前起重小車為主動體，馱梁小車為從動體[7]。注意檢測起重小車和馱梁臺車牽引機構運行的狀態，是否出現卡滯的現象，移運器是否保持平穩，控制軌道中線的偏移量不得超過2 cm或出現走行歪斜的情況，確認運梁車處于正常支撐狀態，若有異常需及時停車檢查。

(3)運梁車喂梁前，前端支腿控制系統油缸支承在橋墩之上，而后端支腿控制系統油缸則支承于橋面。架橋機前起重小車取梁時，起吊高度應控制在100 mm以內。運梁車在架橋機的后起重小車提梁并完全離開運梁車后可收起支撐設備，并調整回運梁模式，返回梁場繼續裝梁。

3.2.3 快速變跨施工技術

本項目所用架橋機能夠在過孔時直接實現變跨操作，與常規過孔相比，區別在于架橋機第一次過孔和第二次過孔時，后支腿驅動整機的兩次距離不同，但是位于架橋機中部的輔助支腿和梁端的支撐距離一致，前支腿和橋墩墊石的支撐距離也一直保持不變，過孔時的作業流程以及注意事項也完全一樣，其具體的操作步驟如下:

(1)在過孔前，將架橋機的調整到準備狀態，等待過孔。

(2)架橋機首次過孔對位。

(3)操作架橋機的輔助支腿放下支撐，前支腿行駛過孔。

(4)前支腿對位支撐，收起輔助支腿。

(5)第二次過孔對位完畢后，將架橋機狀態調整到準備架梁時的狀態，完成變跨[8]。

快速變跨施工技術的優勢是變跨過程簡單，在過孔的同時，前支腿實現自行移位，同時完成架橋機的變跨和過孔作業，即在過孔時實現架橋機的變跨。

3.2.4 TJ-YLS1000/40運梁車對比900 t運梁車的優點

(1)整機運行靈活，通過微電系統使各輪胎實現“純滾動”走行、“整升整降”和“單點升降”，滿足了自動調平和喂梁時精確對位要求[9]。

(2)結構緊湊，輪胎為非標定制胎，直徑919 mm，比900 t小輪胎運梁車約小300 mm，運梁高度降低至1.3 m。

(3)車體結構橫截面呈U型結構，主梁放在車體兩側，藏在砼梁翼緣下方，有效降低了運梁車的整體高度，滿足運梁過隧要求。

(4)智能化程度高，具有偏斜及偏載報警功能、對位防撞功能、全車360°視頻監控，以及自動駕駛功能。

(5)傳統氣制動改進為液壓制動，避免傳統氣路容易漏氣且故障不易排查等問題，制動力矩可控，能參與行車及駐車制動，確保行車安全。

3.2.5 TJ-JQS1000/40運梁架橋機車對比900 t架橋機的優點

(1)后支腿采用液壓均衡，使后支腿喂梁高度降低至1.3 m，實現隧道出口3 m、進口隧道內40 m架梁。

(2)主梁中段設計有8 m調整節段，拆除調整節段可變為900 t/32 m架橋機。

(3)廣泛采用液壓油缸拔插，翻轉折疊等采用液壓油缸，遙控操作，自動化程度高。

(4)采用馱運新技術，出隧道無需其他吊裝設備輔助，電液控制自行恢復，過隧周期短。

(5)變跨施工極為快捷，在架橋機正常過孔過程中自動完成變跨，無需人工調整。

(6)整機結構簡單、施工流程簡潔、作業勞動強度低、施工效率高、安全性好、故障率低、維保費用少、經濟性好。

3.3 標準工況架梁技術

本項目采用提梁上橋的方式，提梁站設2臺500 t跨墩龍門吊，4個臺座，40 m箱梁TJ-YLS1000/40運梁車運輸，TJ-JQS1000 t/40 m架橋機架設。

運架梁施工主要工序包含:裝梁、運梁、頂梁、取梁及喂梁、落梁、過孔等工序。

3.3.1 裝梁

運梁車先調節至三點支承狀態，馱梁臺車運行至前運梁車的最尾部。裝梁過程中，要始終保持箱梁落放在同一水平，靠近馱梁臺車時，要注意懸掛的三個支撐點壓力數值是否有變化，若出現偏載，則使用提梁機械加以調節，使得三點支撐的壓力保持一致，然后保證箱梁整體緩慢下降，將箱梁完全落放在馱梁臺座上，開始裝梁作業[10]。箱梁在運梁車放穩后，要保證箱梁的中軸線應和運梁車中軸線相重合，且誤差范圍小于50 mm。裝運過程中預制箱梁支撐點應當處于同一個平面上，同一方向支撐點的相對高度小于2 mm。

3.3.2 運梁

運梁車須慢慢平穩啟動，但不得驟然加快速度及急剎車，運梁車在靠近架橋機時要一度停止，直到獲得命令后方可進行喂梁工作。運梁車輛在道路、橋梁上正?；蛑形恍旭?，在運梁行車過程中，運梁車輛的懸吊系統應處于三點支承狀態下，并保持與液壓控制系統的自動平衡，以避免在運梁過程中箱梁受扭。運梁車在運梁工作過程中，尤其對經過的道路段、橋臺和道路交叉點，應當加強觀察周圍道路的變化以及運梁車的行駛狀況。運梁車在通過已架箱梁或現澆梁時，通過偏移報警系統顯示位置，確保運梁車的輪組保持在警戒線之內行駛。

3.3.3 頂梁

運梁車將箱梁運輸至架橋機的尾部并完成對位，通過架橋機上的前起重小車將箱梁的前端吊起，箱梁尾端靠頂梁系統頂升，將箱梁同步抬升350 mm的高度，此時馱梁臺車行駛到箱梁尾端的底部，縮回運梁車的頂梁油缸，由馱梁臺車承接箱梁尾端，完成喂梁前的準備工作。

3.3.4 取梁、喂梁

運梁車就位后，使用拖梁吊掛方式進行喂梁作業(見圖2)，而箱梁的一端通過架橋機的前吊梁天車將箱梁吊起，由運梁車的馱梁小車將箱梁的另一端拖著向前同步行駛。運梁車喂梁前，架橋機前端支腿控制系統油缸支承在橋墩之上、而后端支腿控制系統油缸則支承于橋面。通過架橋機的前起重小車進行取梁作業時，起吊高度控制在100 mm之內。運梁車在架橋機的后起重小車提梁并完全離開運梁車后可收起支撐設備，并調整回運梁模式，前往梁場準備裝梁[11]。

圖2 喂梁過程

3.3.5 落梁

距離墊石頂面約50 cm時，由架梁機上的起重設備進行制動，對支座下座板錨固螺栓進行安裝。距墊石頂平面20 cm左右時，應用線錘對中，檢查支座中心的偏移量。距離墊石頂面4 cm時，卷揚機剎車，用升降小車的縱向、橫移裝置微調箱梁位置后落梁安裝就位。

3.3.6 過孔

過孔方法使用自平衡“邁步式”的方法，通過后移前后兩個起重小車來保持架橋機的重心平衡。此時，架橋機的主梁向前行走，用輔助支腿支撐，前支腿處于脫空狀態。前支腿行駛到前方橋墩，使用前支腿支撐，將輔助支腿收縮。架橋機第二次過孔前行到位后，將輔助支腿翻折[12]，完成過孔作業。

3.4 設備優化改進

在40 m梁運架設備實際使用過程中，經過不斷摸索，本項目對該運架設備進行了以下幾個方面的改進優化，提升了運架效率，具體內容如下:

3.4.1 對運梁車后拖小車動力優化

加裝一臺120 kW的靜音發電機組替代原來需通過架橋機電源連接做動力，減少操作環節，縮短工作時間大大提高了工效。

3.4.2 加裝落梁卷揚機

架橋機在架設首孔和末孔箱梁時，落梁千斤頂要依靠吊車或架橋機前吊具，進行墩身與橋面之間的吊裝運輸，工況繁瑣，耗時較多，為此，在前吊具加裝了2臺具有30 m起升高度，可吊裝2.5 t 380 V搖控(手動)兩用快速小卷揚機，只需天車前后走動對位，即可通過小卷揚機快速提升千斤頂，比之前吊裝千斤頂每次可節省60 min，特別是本標段的箱梁架設施工段內有連續梁近40聯，大大節省了施工等待時間。

3.4.3 優化線纜的拆裝方式

架橋機調頭過程中在拆卸后支腿時，由于原設計未在支腿通過電纜上設置拆卸部位，只能對整條電纜進行拆卸，拆卸作業繁復，改進后在拆卸結構分離處，對電纜加裝了接線端子和線號標記，可在15 min左右完成拆線，30 min左右完成恢復，此舉大大節省了時間，同時也得到了廠家的贊譽，促使其對后續設備進行了處理優化。

3.4.4 優化下橫移軌提升方式

拆卸前支腿標準節后，提升下橫移軌作業的原設計是采用鋼絲繩捆綁，通過2個5 t手拉葫蘆進行提升，人工提升費力耗時，同時安全系數低，現將其改為焊接耳座，掛設兩個10 t的380 V手柄操作低壓控制的電動葫蘆，每拆一次僅需40 min，節約了人力及時間成本，提高了安全系數，獲得到廠家的認可和應用。

4 實際架梁效果分析

高速鐵路千噸級40 m簡支箱梁分體運架裝備能架設40 m及以下多種跨度箱梁，解決了傳統架橋機變跨步驟復雜、自動化程度低、無法大跨度架梁的技術難題。TJ-JQS1000 t/40 m架橋機與TJ-YLS1000/40運梁車與現有40 m梁運架裝備相比，優勢如下:

(1)過孔速度更快，架梁效率更高。國內其他形式架橋機支腿更多，采用多跨架梁模式，架梁效率低；TJ-JQS1000 t/40 m架橋機采用一跨式結構，架橋機中部的輔助支腿設計為可翻轉方式，并將前支腿設計為三角形結構形式，穩定可靠，過孔就位同時完成變跨，施工作業流程簡單，架梁效率高，平均一天可架設3孔箱梁，最高一天架設6孔箱梁。

(2)人工成本低，作業速度快。新型千噸級40 m分體式運架裝備，相較于32 m運架設備每臺班節省20人，見表1；采用前支腿過孔時自行移位，解決了變跨與過孔作業的融合難題，實現了快捷變跨過孔施工技術，體現了新型架橋機的性能和技術優越性；且架橋機馱運過隧自行恢復技術，無需其他設備輔助，操作簡單，恢復時間短，減少了人工投入使用量。

表1 施工人員數量對比

(3)調頭效率高，采用液壓轉向系統，實現90°轉向，4 h快速調頭，解決了傳統運梁車調頭時間過長的問題，大幅提升工效，節省時間。

通過對40 m箱梁運架工藝技術改進及工裝關鍵技術研究，40 m架橋機在施工效率方面，有了很大的提升，每臺班可節約人工20人，每孔梁可節約160 min的架設時間；同時40 m梁在智能化方面也有了很大的提升，為設備的安全性提供了很大的保障。

5 結束語

通過南沿江城際鐵路項目跨京滬高速公路特大橋40 m箱梁架設施工的技術應用，該技術具有起吊重量大、適用范圍廣、實現數字化應用程度高、提升施工效率的優點。可滿足1 000 t重量的40 m箱梁提運架施工；適用于曲線半徑≥2 000 m的40 m、32 m、24 m箱梁架設；運梁和喂梁采用數字化控制技術(自動對中和偏移報警)，提高行車安全性；采用自平衡“邁步式”技術與下導梁、雙導梁架橋機邁步式，每榀梁省時約160 min，節省時間，提高效率。得到建設、設計、監理、咨詢單位的肯定，經濟效益和社會效益顯著。