羅興洪

摘要 地球表面是一個山巒起伏、河湖密布的離散體，橫向連接這些離散的地理單元將需要修路、架橋。經(jīng)濟、文化的全球化，更是加劇了大跨度橋梁修建的迫切性。文章以平塘特大橋為例，重點闡述架橋機在斜拉橋上的應用。通過分析當前架橋機的結(jié)構(gòu)以及功能模塊，重點分析其在平塘特大橋上的安裝前準備和架梁施工階段，以此來提供給后續(xù)學者一個理論實踐研究案例。

關(guān)鍵詞 架橋機;斜拉橋;架梁

中圖分類號 U445.36 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）05-0095-03

0 引言

架橋機是一種將架設(shè)的預制梁段安裝到指定位置的大型橋梁施工設(shè)備，在架橋的效率與速度方面具有很大優(yōu)勢，但對于架橋機的工作條件要求嚴格。在架設(shè)山區(qū)或不是平原地區(qū)的高速公路時，線路的規(guī)劃設(shè)計上應用了數(shù)量龐大的隧道和橋梁，因此相繼出現(xiàn)了大縱坡橋、大橫坡橋、斜橋、小曲率圓弧橋等橋。而這些特殊的橋梁架設(shè)工況，對架橋設(shè)備的性能提出了新的挑戰(zhàn)。

國內(nèi)架橋機發(fā)展較晚，最初是通過引進國外架橋機架設(shè)橋梁。1953年，起重量為65 t懸臂架梁式的架橋機被制造使用于架設(shè)24 m的預制梁。1970至1980年，生產(chǎn)制造出130 t架橋機，該機型架橋機由66型架橋機改進而成[1]。從1996年開始，大噸位架橋機被國內(nèi)的企業(yè)研究生產(chǎn)，首次在秦沈客運專線使用。2003年9月，經(jīng)過上級領(lǐng)導批準，全國大多數(shù)的專家普遍認為應該采用輪軌式架橋機，用于架設(shè)高速鐵路客運專線。近幾年，隨著我國橋梁建設(shè)不斷發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)架橋機的廠商有徐州徐工、華中建機、鄭州大方等，設(shè)計人員研制出多種型號的高性能架橋機，如輔助導梁架橋機（DF900型架橋機）、節(jié)段拼裝式架橋機（DP450型架橋機）等。

1 斜拉橋設(shè)備概況

1.1 橋梁簡介

平塘特大橋是在2019年12月30日通車的，位于貴州省平羅高速公路平塘縣境內(nèi)，也是當前世界第一高混凝土橋塔，整體長2 135 m、寬30.2 m。主塔采用三塔雙索面疊合梁斜拉橋設(shè)計，最高為328 m。平塘特大橋的外觀設(shè)計非常美觀，因此也被稱之為“最高、最美”的空間索塔。

1.2 工法簡介

平塘特大橋，由于混凝土塔身高，施工難度大，主橋鋼梁為鋼-混疊合梁。經(jīng)過國內(nèi)知名專家組研究，施工單位擬采用橋面懸臂吊機進行對稱懸拼。

由于塔身高，懸臂吊機采用橋面取梁，臺車平移，吊具旋轉(zhuǎn)對位喂梁方式進行鋼梁安裝。

平塘特大橋鋼梁節(jié)段長度為12 m、10.5 m和9 m，寬度為26.6 m，最大吊裝重量為180 t（壓重段）。

2 架橋機簡介

在當前建筑施工發(fā)展歷史進程中，架橋機已經(jīng)成為核心的施工技術(shù)，隨著建筑施工制造業(yè)需求量的逐步增加，使得架橋機朝著智能化、高效化、多樣化等趨勢發(fā)展。

2.1 JQJ180架橋機概述

JQJ180架橋機是應用在平塘特大橋上的核心技術(shù)，應用在主橋鋼梁整體吊裝、橋面板鋪設(shè)、斜拉索等環(huán)節(jié)中，提升整體的安裝效率。JQJ180架橋機包含多個結(jié)構(gòu)：金屬結(jié)構(gòu)、行車、起重小車、吊具，在施工過程中配置起吊行車安裝在主結(jié)構(gòu)上，順著橋的方向進行移動;起重小車主要設(shè)置在行車上，并且朝著橫橋方向進行移動;回轉(zhuǎn)吊具安裝在起重小車上，它能夠?qū)崿F(xiàn)鋼梁的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度為90°。如遇特殊工況，也能在結(jié)構(gòu)上設(shè)置液壓提升千斤頂擴大起升高度[2]。JQJ180架橋機設(shè)計采用模塊化形式，可以根據(jù)不同的山區(qū)地勢進行相對應改造，適應當?shù)氐沫h(huán)境，因此可以提供多樣化的解決方案。

為了滿足橋梁架設(shè)反力（單點不大于220 t）及架橋機機體總重不超過145 t要求，結(jié)構(gòu)的主材料采用Q460B、Q345B以及Q345B和Q235B型材。

工作參數(shù)如表1所示：

2.2 JQJ180架橋機結(jié)構(gòu)

架橋機的具體組成結(jié)構(gòu)如下：

2.2.1 機架金屬結(jié)構(gòu)

機架采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件之間通過法蘭或銷軸連接，方便現(xiàn)場的組裝工作。為了便于運輸和現(xiàn)場的安裝，機架的桿件重量均不大于20 t，長度不大于14 m。

結(jié)構(gòu)主材料采用Q460B、Q345B鋼板，Q345B和Q235B型材。

機架金屬結(jié)構(gòu)由主梁、橫梁、支腿組成。

（1）主梁結(jié)構(gòu)。主梁采用三角桁架結(jié)構(gòu)，上弦桿為箱梁，下弦桿采用焊接工字梁，截面材質(zhì)均為Q460C，腹桿采用Q345C型材制造[3-4]。為了方便運輸以及適應部分特殊工況吊裝需求，將主梁分為4個節(jié)段。采用銷軸連接。

（2）橫梁結(jié)構(gòu)。橫梁為了保證整機高度，以及不影響旋轉(zhuǎn)吊具旋轉(zhuǎn)，采用變截面矩形桁架結(jié)構(gòu)，采用Q345C型材制造。為了方便運輸分為3個節(jié)段。采用法蘭板連接。

（3）支腿結(jié)構(gòu)。為了減輕重量，支腿采用Q460材料薄鋼板制造。支腿集走行、支撐、錨定于一體。為了適應支腿間距變化，與主梁采用法蘭連接。在需要的時候，先固定三個支腿，移動一個支腿，依次進行調(diào)整，從而能使前后支腿間距在15.5～18 m之間變換。

2.2.2 行車機構(gòu)

為了適應吊梁施工，在外部框架上設(shè)置了180 t起重行車，行車為雙梁桁架結(jié)構(gòu)，輪軌式走行。軌道設(shè)置于主梁上弦桿上。

2.2.3 起重小車

為了適應鋼梁對位置，以及安裝橋面板施工，在行車上設(shè)置了180 t起重小車，小車同樣采用輪軌式走行方式。小車上設(shè)置主起升卷揚機以及定滑輪組。

2.2.4 起升機構(gòu)

起升機構(gòu)是非常重要的硬件設(shè)備，JQJ180架橋機中只用了一套起升結(jié)構(gòu)。它的驅(qū)動動力為電動卷揚機，數(shù)量為1，各個參數(shù)為：采用三層卷筒纏繞方式，每個卷筒直徑為φ1 200 mm;電機功率為45 kW;鋼絲繩的直徑為φ34 mm，拉力為200 kN[5]。起升結(jié)構(gòu)為了更好地提升裝配的安全，增加了鉗盤式制動器安裝在卷筒上，此外還加裝了高速端制動器。

2.2.5 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)符合《液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件》（GB3766—87）標準。液壓系統(tǒng)中各個元件選擇都是應用國內(nèi)知名品牌的硬件設(shè)備，硬件設(shè)備質(zhì)量良好、售后服務良好。整體液壓系統(tǒng)設(shè)計合理，使用封閉式油箱結(jié)構(gòu)，這就能夠確保其能夠在多樣化環(huán)境下工作，后期維護、吊裝都非常便利。但在使用過程中必須確保液壓系統(tǒng)具備良好的散熱性，避免出現(xiàn)安全問題。

液壓系統(tǒng)主要由一套全回轉(zhuǎn)起重機液壓站、4支頂油缸、2支走行油缸、4支吊具油缸吊具系統(tǒng)和管路組成[6]。該橋面吊機機身和吊具各用一個液壓站。

調(diào)試完成后，要立馬更換油箱中的油液。在后期維護過程中，初次使用半年后需要徹底更換一次油液，之后定期地進行更換（通常以年為單位）。每次更換油液時，都要徹底清洗油箱，避免出現(xiàn)雜質(zhì)影響液壓系統(tǒng)性能。

2.2.6 電氣控制

電氣系統(tǒng)主要控制起重小車和行車的運行，并為整機液壓和照明等系統(tǒng)供電。小車的左右移動是通過一臺施耐德ATV340U75變頻器驅(qū)動4臺1.5 kW電機來實現(xiàn)，設(shè)置三擋速度，左右設(shè)置停止限位。卷揚機構(gòu)的上升和下降采用一臺施耐德ATV340D55變頻器驅(qū)動1臺45 kW變頻電機來實現(xiàn)。其中單片機選用西門子S7-200 SMART系列?？刹捎眠b控方式及手電門控制方式進行控制，兩種方式可互為備用，但同一時間內(nèi)只能采用一種控制方式，控制方式的選擇通過電源大車柜內(nèi)插頭，將遙控器插頭插入，則遙控操作，將手電門航空插頭插入，則為手電門操作。手電門操作方式為備用方式，只有一檔速度。

3 架橋機在斜拉橋上的應用

3.1 架梁前準備工作

在進行正式的架梁前必須進行準備工作，具體包含如下工作：

按照圖紙檢查架橋機各部分是否完善，架橋機的站位位置是否正確。

對照說明書，檢查工作操作室內(nèi)各個儀表硬件指示燈是否都正常，各個操作手柄都處于初始化位置。

根據(jù)電氣原理圖，檢查各個電氣設(shè)備是否已經(jīng)正確連接，避免出現(xiàn)線路故障。

檢查各個電動機的工作狀態(tài)，每次啟動前都需要進行預熱，電機工作約10 min后沒有出現(xiàn)異常情況后再進行日常作業(yè)操作，尤其是當外部環(huán)境溫度較低（低于0°）時可以適當增加預熱時間[7]。

檢查卷揚機的各個硬件設(shè)備是否都正常工作，各個開關(guān)器件是否都處于初始化位置，制動器是否正常工作。

檢查液壓系統(tǒng)中各個線路是否正常，內(nèi)部油箱的油量情況。此外還需要進一步的檢查液壓系統(tǒng)內(nèi)部連接機構(gòu)是否出現(xiàn)松動以及軸承潤滑等情況。

檢查完畢后，一切工作正常，進入到架梁節(jié)段。

3.2 架梁施工階段

節(jié)段拼接式架橋機通過前支腿與后支腿的位置調(diào)整實現(xiàn)移動架梁。在架梁作業(yè)時，架橋機的前支腿與后支腿使用錨固結(jié)構(gòu)與橋體固定，保障架設(shè)安全可靠。架橋機通過前支腿油缸頂升步履走行，具有成本低，易拼裝等優(yōu)點。

由于該橋塔區(qū)施工僅安裝3個節(jié)段，同時無法放置兩臺架橋機，為了讓安裝順利進行，按如下步驟進行施工。

步驟一：在鋼梁拼裝區(qū)域內(nèi)完成GL23-GL25節(jié)段的散拼操作，并在完成張拉操作后直接進行架橋機的塔吊安裝。首先將一臺架橋機提前進行安裝，然后將起重小車、活動橫梁等結(jié)構(gòu)安裝在另一臺架橋機上。

步驟二：接下來需要完成GL22與GL26節(jié)段的架設(shè)工作。GL26梁段在被起重小車1提起后平放到主塔上;接下來通過起重小車2將GL26梁段直接放置到對應的安裝處。重復上述工作，將GL22梁段在另一端進行對稱懸拼。

步驟三：首先將架橋機的錨固向完整處進行拆除，并將其固定在下一個節(jié)的吊裝處。接下來將后支架向后移動，增加兩條腿間距到15.5 m，錨固。安裝第二臺的支腿，前懸臂腿。分離兩臺架橋機，不移動第一臺架橋機，第二臺移動到安裝處。最后將第一臺架橋機直接安裝在尾節(jié)位置處，并將吊梁直接安裝在跨梁處，實現(xiàn)兩者的同步安裝。

具體效果如圖1所示：

由于該橋梁型不全相同，具體梁型如下：

標準節(jié)長度為12 m，橫梁間距離為4 m;

GL10，長度為10.5 m，橫梁間距離為4 m、3 m;

GL9-GL1，長度為9 m，橫梁間距離為3 m;

GL24、GL26長度為8 m，橫梁間距離為2.5 m、3 m。

施工過程中由于梁型節(jié)段變化，后支腿需要調(diào)整位置。選取幾個典型工況進行說明。

工況一：初始位置移動到GL22節(jié)段上（前移10 m）。

工況二：站位于GL22節(jié)段，已架好GL21節(jié)段后吊裝標準梁段此時吊裝的鋼梁均為12 m標準梁段，此時調(diào)整架橋機前后腿跨距為16 m，每個節(jié)點安裝完畢后，向前走行12 m。

工況三：邊跨側(cè)架橋機GL10梁段，架設(shè)好GL9梁段后，由于節(jié)段長度發(fā)生改變，架橋機站位同樣需要進行調(diào)整，前后支腿距離由16 m調(diào)整為17 m，吊裝GL8梁段。

工況四：前后支腿距離由17 m調(diào)整為18 m，整機前移9 m，吊裝GL7梁段。

4 總結(jié)

該文以平塘特大橋為例，重點闡述架橋機在斜拉橋上的應用。通過分析當前架橋機的結(jié)構(gòu)以及功能模塊，重點分析其在平塘特大橋上的安裝前準備和架梁施工階段。由于特殊工況，也能在結(jié)構(gòu)上設(shè)置液壓提升千斤頂擴大起升高度。架橋機使用模塊化設(shè)計，三角桁架結(jié)構(gòu)，能方便地改造成為其他結(jié)構(gòu)形式的架橋機。機架采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件之間通過法蘭或銷軸連接，方便現(xiàn)場的組裝工作。此架橋機結(jié)構(gòu)形式新穎，采用專利走行技術(shù)，同時配合全新的鋼梁架設(shè)工法，為山區(qū)超高凈空鋼混疊合梁橋梁的架設(shè)提供了一種新的解決方案。

參考文獻

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