铁路大型施工装备—架桥机和运梁车-工程机械动态-中国路面机械网

2007-08-16 23:22:59

中国铁路工程总公司刘春

　（本文图、表格略、详请见《建设机械技术与管理》杂志2005年第四期)
　　随着国民经济发展的需要，修建铁路客运专线已是国家规划之中的内容。为适应客运专线快速的要求，高速行驶的车辆要求铁路桥梁具有较大的抗弯和抗扭刚度，而双线整孔简支箱梁具有受力简单、形式简洁、外形美观、抗扭刚度大，使用中养护工作量小以及噪音低等优点。由于在铁路客运专线设计中桥梁比例增大，而其中80%以上又将采用中小跨度桥梁，即采用整孔预制的简支箱梁及小跨度连续梁，因此必须重视铁路桥梁建设中的施工装备。

1 “全跨预铸、逐跨架设”工法概况
　　采用“全跨预铸、逐跨架设”的施工方法，在铁路桥梁建设上己积累了成熟的经验。从上个世纪五十年代开始，自主研发的各种类型架桥机如红旗型、胜利型、长征型等，可架设160t以下，16m、20m、24m、32m的T型梁。此时的施工工法是“先铺后架”，即架桥机的桥间转移和T梁的运输必须通过己铺轨道进行。由于受到工序的约束，架桥作业只能独头进行；受路基质量和1435mm轨距影响，架桥机横向稳定性差，是造成事故的主要原因；架桥机净空有限，只能进行单片梁架设，现虽然实现了空中移梁作业，但无法完成更大吨位梁型的架设。为适应秦沈客运专线大量24m/550t双线箱梁的架设，首次采用“先架后铺”的施工工法，即架桥机的桥间转移和待架梁的运输，是利用已修筑的路基或在已架设的梁上进行，由此可在全线范围内根据桥梁数量分段进行制梁、架梁施工，从而缩短了全线桥梁架设工期，可使所架梁型和重量完全满足高速铁路的要求，架桥机外轮廓尺寸确保了它的横向稳定性，安全性大大提高。
　　“全跨预铸、逐跨架设”的施工方法，在一定数量范围内具有明显效率和效益性；它实现了施工生产的流水式工艺过程，便于掌握全局和局部进度，控制施工工期简单明了，可控性强；预铸场制梁不受气候影响，标准化流程，进度可控制；制梁作业的周期性，使工序过程操作熟练，生产效率高；工厂化生产，质量控制、检验、测量、制度完善可靠，使产品质量有保证。“全跨预铸、逐跨架设”的施工工法越来越受到人们的重视并得到发展和提高，表1显示近年来“全跨预铸、逐跨架设”的施工业绩。
　　台湾高速铁路全长345km，其中桥梁251km（占73%），在桥梁工程中采用”全跨预制、逐跨架设“工艺的有4309跨，占桥梁长度的55%，使用9台瑞士、意大利架桥机，见表2。

2 架桥机、运梁车概况
2.1 架桥机概况
　　多种型式架桥机，适应全跨预铸，简支架设工法的施工需要，例如下导梁式（见图1）、运架一体机（见图2）、两跨连续式等。
　　两跨连续、筒支架设的架桥机方案（见图3）是简支架桥机的经典方案，这种方案的架桥机结构简单、受力明确、操作方便、适应各种重量梁型的架设，在它基础上可以派生、演变和改进成其他机型。
　　这种机型架桥机作为架桥机的主力，已有几十年的历史，它曾在欧洲、韩国和我国得到广泛应用，见图4、图5、图6。它可以方便的实现架梁过程中的过孔作业，也可在短距离的桥间距内进行步进，长距离桥间距时用运梁车驮运转移。
　　两跨连续式架桥机也存在一些不足：
　　（1）架梁工序繁复。现列架梁步骤如下：
　　起重小车移至主梁前支腿附近；
　　打开后支腿；
　　运梁车运梁进入架桥机后跨腹部；
　　落下后支腿；
　　二台起重小车后移至后跨吊梁位；
　　提升（打开）中支腿；
　　后跨提梁；
　　运梁车退出；
　　起重小车吊梁在大臂上纵移到位；
　　前跨落梁到位；
　　放下中支腿；
　　二台起重小车后移至主梁尾部；
　　调整前支腿与大臂联接方式；
　　提起中支腿；
　　铺设辅助轨道；
　　利用后支腿走行机构推动主梁在前支腿上前移、到位；
　　支立中支腿、后支腿；
　　移动前支腿沿主梁到达前方墩；
　　前支腿到位、调整，与大臂联接、支立。
　　经上述各工序，即可完成架设一跨梁、过孔作业。从中明显看出，为了实现重量平衡，起重小车需要前后移动二次。虽然现在的控制技术，可以通过PLC达到架梁过程中的程序控制，避免发生安全事故，但其架梁速度不高。
　　（2）运梁车进入架桥机腹部，需要将后支腿打开，待运梁车到达中、后支腿合适位置时，后支腿再支撑；起重小车提梁后，中支腿也要打开才能让梁体从后跨纵移到前跨，待落梁到位后再将中支腿支撑。这种结构型式造成中、后支腿的机构必然复杂。
　　（3）主梁受力复杂，截面尺寸较大、重量较重，架梁状态下支承反力大，特别是后支腿可能成为架桥机设计中的控制因素。见表3：架桥机自重与起吊重量比。
　　为了克服和改进两跨连续式架桥机存在的不足，人们进行了认真研究并着手解决：（1）简化喂梁工况、避免后支腿来回打开、支承；（2）改进中支腿的结构形式，避免纵移梁时中支腿来回收缩、支承；（3）提高架桥机过孔过程中的机动灵活和稳定性；（4）设法改善主梁受力状态，减轻自重。
　　2000年意大利尼古拉公司为台湾高速铁路修筑工程提供的几台架桥机，具有一定创新性，见图7。其中915t/35m自进式架桥机，喂梁在主梁尾部，一改二台起重小车同时提梁方式，采用一台起重小车先提起梁体的前端，并在主梁上向前纵移，梁体的另一端在驮梁小车上沿着运梁车上的轨道滑移，它们的移动速度同步；中支腿设计成O形与主梁联接，箱梁可方便从O形腿内通过，从而简化了移梁过程；主梁尾部较长，目的是满足架桥机过孔中的平衡和稳定；它仍保留后支腿，需来回打开、支承，特别是架桥机过孔时，通过后支腿的支立，作为前移中的一个支承点。
　　前导梁式架桥机，见图8。主梁尾部很短，在喂梁、提梁、施梁、纵移梁到位，吊梁、落梁等工艺上与自行式架桥机相同，它后支腿设计为O 型并与主梁联接，即方便梁体纵移到位，又解决了来回打开、支承后支腿问题，它的过孔是由后支腿在已架梁上、辅助支腿在前导梁上的纵移共同完成。
2.2 运梁车概况
　　运梁车走行方式有轮轨式和轮胎式两种。铁路系统采用“先铺后架”施工工法，因此使用铁路平板货车运梁。在公路建设中，也有用轮轨式的运梁车，除运送宽度有限的T梁外，也运送箱形梁，见图9。修筑秦沈客运专线时，大桥局承担月牙河特大桥24m整孔箱梁架设，运梁车也采用轮轨式。
　　轮胎式运梁车有门架式和台车式两种。门架式运梁车（或称跨式搬运机）见图10，多用于断面较小的T梁，走行速度低、用于短距离梁的运输，上海磁悬浮工地曾使用过这种运输形式的设备。
　　相比之下，近年台式轮胎运梁车发展较快，它更适用于大型断面、大吨位、长距离整孔箱梁的运输，见表4。
　　在轮胎运梁车中，有使用大、小轮胎之分，它们之间没有本质区别，可通过性能、价格的比选以及使用要求确定。大规格轮胎可在满足运梁条件下减少承载轴数量、便于保养。采用小规格的轮胎，由于单胎承载力小，而需增加轴数，这给维修保养带来一定困难，见图11。利用单元模块进行组合方式的运梁车，需加装均载梁方能满足运送箱梁的技术条件，单元模块式车辆适应运输企业在市场中的货物多变的需要。

3 客运专线桥梁施工对运、架设备的要求
3.1 桥梁概况
　　预测我国当前客运专线铁路设计中桥梁数量比例较大，例如北京-天津城际铁路中，桥梁长度可能占线路总长75％以上，其中中小跨度桥梁将达到90%以上，因此从工期、造价、质量和效益上分析全跨预铸、逐跨架设的简支箱梁及小跨度连续梁将成为主体。
　　客运专线常用跨度梁主要结构形式有：
　　（1）简支梁：24m、32m、40m、20m（与24m简支梁等高）、24m（与32m简支梁等高）；
　　（2）连续梁：2×24m、3×24m、2×32m、3×32m、2×40m、24+32+24m（与24m简支梁等高）、32+48+32m（边跨与32m简支梁等高）、40+56+40m、40+64+40m、48+80+48m、60+100+60m；
　　（3）连续结合梁：32+40+32m、40+50+40m、40+56+40m；
　　客运专线整孔预制箱梁的分类：
　　（1）按轨道形式：有碴和无碴。
　　（2）按结构形式：整孔预制简支箱梁、先简支后连续预应力混凝土连续梁。
　　（3）按预应力体系：先张、后张。
　　客运专线采用整孔架设方法施工的结构类型：
　　（1）整孔预制简支箱梁，包括20m、24m、32m双线简支箱梁。
　　（2）先简支后连续的小跨度连续梁，包括2×24m、3×24m、2×32m、3×32m、24+32+24m 双线箱梁。
3.2 结构对架桥机的性能要求
　　（1）架桥机的净空应满足客运专线所架梁体的构造尺寸要求。
　　（2）架桥机支腿应作用于箱梁腹板上。
　　（3）支腿的构造及其作用力的大小与客运专线梁体及墩台尺寸和承载力相适应。
　　（4）支腿作用于梁体及墩台的承压面积应满足局部承压要求。
　　（5）吊梁及落梁过程中，吊点位置应满足设计要求，并保持四支点均匀受力且为同一平面，误差范围应满足设计要求。
　　（6）架桥机应能适应千斤顶落梁工艺，并自带落梁千斤顶。
　　（7）架梁时产生的支承反力不得超过设计规定的施工荷载作用下容许竖向承载力。
　　（8）架桥机设计审查应通过设计院相应的检算，送检材料中应有各种工况下对相关结构的明确受力简图。
3.3 结构对运梁车性能的要求
　　（1）梁体运输支点的位置及支承面积应满足设计要求。运梁时应保证车体平稳，减少对结构的冲击。应保持四支点均匀受力且为同一平面，误差范围应满足设计要求。
　　（2）运梁车的轴重、轴距、轮距不得超过运梁时所通过结构物的容许承载能力。
　　（3）轮胎式运梁车的接地比压不得超过路基的容许承载能力。
　　（4）轮胎式运梁车横向轴距则受结构桥面板承载力的制约，运梁车的轮胎应尽量靠近箱梁腹板，运梁车如需采用千斤顶调整提梁时运梁车的轴重时，千斤顶的位置应作用于腹板附近。
　　（5）运梁车的构造尺寸和相应机构应与架桥机相配合。
　　（6）运梁车设计审查应通过设计院相应的检算，送检材料中应有各种工况下对相关结构的明确受力简图。

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