湯友富 何建華 雷升祥 萬 鵬

(1.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600；2.中國鐵建股份有限公司 北京 100855)

1 引言

我國高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)跨距的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁[1]，從2000年秦沈客專的24 m跨，到2005年合寧鐵路的32 m跨，再發(fā)展到目前推廣應(yīng)用的40 m跨[2-3]，歷經(jīng)三階段，相應(yīng)的運(yùn)架裝備也經(jīng)歷三次重大技術(shù)創(chuàng)新，其額定運(yùn)輸、起吊重量也從24 m跨的600 t級(jí)，到32 m跨的900 t級(jí)，再到40 m跨的1 000 t級(jí)[4]。時(shí)速250 km、350 km的高速鐵路隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面半徑為R6410 mm、R6650 mm，在隧道斷面不變的情況下，由于40 m箱梁相對(duì)32 m箱梁，除其跨度、重量增加外，梁的高度也增加了200 mm，原來32 m箱梁低位運(yùn)梁車研發(fā)技術(shù)，也沒法全部套用，需創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種新型的運(yùn)梁車來滿足過隧需要。相應(yīng)地，分體式架橋機(jī)與運(yùn)架一體式架橋機(jī)也由于過隧、起重量及跨度增加等原因而需要重新研制。

高速鐵路1 000 t/40 m標(biāo)準(zhǔn)跨距預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，由于是我國近幾年創(chuàng)新開發(fā)的，國外目前還沒有這種梁型，為此，對(duì)我國新研制且用于工程實(shí)踐的幾套高速鐵路1 000 t/40 m箱梁運(yùn)架裝備進(jìn)行梳理，系統(tǒng)總結(jié)其成套運(yùn)架技術(shù)，為同行參考。

2 高鐵1 000 t/40 m箱梁運(yùn)架裝備需滿足的工況要求

為適應(yīng)山嶺地區(qū)橋隧相連、隧道口架梁、曲線架梁、大坡度架梁等需要，研制的高速鐵路1 000 t/40 m簡支箱梁運(yùn)架裝備要滿足以下要求:

(1)額定運(yùn)輸、起重量為1 000 t，滿足高速鐵路24～40 m(含)雙線預(yù)制簡支箱梁的運(yùn)架。

(2)運(yùn)梁過隧時(shí)，對(duì)箱梁斷面、隧道斷面不做任何特殊要求即可直接運(yùn)梁通過高鐵隧道。

(3)可在縱坡≤30‰線路上運(yùn)架梁。

(4)可在曲線半徑≥2 000 m的線路上運(yùn)架梁。

(5)可在隧道口架梁。

(6)運(yùn)梁車、架橋機(jī)需具有信息化系統(tǒng)和智能安全監(jiān)控系統(tǒng)。

3 高鐵1 000 t/40 m箱梁運(yùn)架裝備成套技術(shù)發(fā)展分析

3.1 高鐵箱梁運(yùn)架成套裝備分類及發(fā)展現(xiàn)狀

高速鐵路運(yùn)架箱梁的成套裝備，從運(yùn)梁、架梁功能是否分開來講，分為兩大類:一類是運(yùn)梁、架梁功能分別由運(yùn)梁車、架橋機(jī)完成的運(yùn)架分體式架橋機(jī)(簡稱“運(yùn)架分體機(jī)”)；另一類是集運(yùn)梁、架梁功能于一體的運(yùn)架一體式架橋機(jī)(簡稱“運(yùn)架一體機(jī)”)。運(yùn)架分體機(jī)適宜在平原地區(qū)或過隧運(yùn)架梁少的項(xiàng)目選用，運(yùn)架一體機(jī)適宜在橋隧相連的山嶺地區(qū)或過隧運(yùn)架梁多的項(xiàng)目選用。

從目前國內(nèi)已研制應(yīng)用且符合第2章工況要求的高速鐵路1 000 t/40 m箱梁運(yùn)架裝備來看，運(yùn)架分體機(jī)代表性研制單位有兩家:一家是中鐵工程機(jī)械研究設(shè)計(jì)院有限公司(以下簡稱“中鐵機(jī)械院”)與中鐵二局集團(tuán)有限公司(以下簡稱“中鐵二局”)聯(lián)合研制[5-6]，另一家是中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司(以下簡稱“中鐵五院”)與中鐵十一局集團(tuán)有限公司(以下簡稱“中鐵十一局”)聯(lián)合研制[7]。而運(yùn)架一體機(jī)研制只有一家，即中鐵五院與中鐵十一局聯(lián)合研制的[8-9]，具體見表1所示。從表1可看出，只有中鐵五院與中鐵十一局聯(lián)合研制出高鐵1 000 t/40 m簡支箱梁運(yùn)架一體機(jī)、運(yùn)架分體機(jī)全部成套設(shè)備。除以上兩家外，目前參與研制的單位還有秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工股份有限公司、鄭州新大方重工科技有限公司、邯鄲中鐵橋梁機(jī)械有限公司，由于其研制的成套運(yùn)架裝備技術(shù)少見文獻(xiàn)報(bào)道，以下僅對(duì)中鐵機(jī)械院與中鐵二局、中鐵五院與中鐵十一局研制的成套運(yùn)架設(shè)備技術(shù)進(jìn)行論述。

表1 高鐵1 000 t/40 m箱梁運(yùn)架成套裝備分類

3.2 第1套技術(shù):“YLS1000運(yùn)梁車 ＋JQS1000架橋機(jī)”的運(yùn)架成套技術(shù)

YLS1000運(yùn)梁車＋JQS1000架橋機(jī)，可運(yùn)架40 m、32 m、24 m高鐵標(biāo)準(zhǔn)雙線箱梁，也能運(yùn)架20～40 m之間跨度的非標(biāo)準(zhǔn)箱梁，YLS1000運(yùn)梁車能馱運(yùn)JQS1000架橋機(jī)、40 m高鐵雙線箱梁通過隧道，能在隧道出口5 m、進(jìn)口-20 m架梁，也能在曲線半徑≥2 000 m、縱坡≤30‰的線路架梁。該套運(yùn)架裝備在鄭濟(jì)高鐵[10](設(shè)計(jì)時(shí)速350 km)于2018年9月完成40 m箱梁首跨架設(shè)，可日架40 m箱梁1.5～2孔[11]。

3.2.1 YLS1000運(yùn)梁車

3.2.1.1 設(shè)備組成

YLS1000運(yùn)梁車是低位過隧運(yùn)梁車，由馱梁臺(tái)車、車體、頂升裝置、液壓支腿、走行輪組、動(dòng)力系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、司機(jī)室等組成，見圖1[12-13]。

圖1 YLS1000運(yùn)梁車運(yùn)梁

3.2.1.2 主要技術(shù)參數(shù)(見表2)

表2 YLS1000運(yùn)梁車主要技術(shù)參數(shù)

續(xù)表2

3.2.2 JQS1000架橋機(jī)

3.2.2.1 設(shè)備組成

JQS1000架橋機(jī)，采用五支腿、雙主梁結(jié)構(gòu)，主要由機(jī)臂、前后起重小車、前支腿、中支腿、后支腿、前輔助支腿、后輔助支腿、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、司機(jī)室組成，見圖2。該機(jī)為一跨步履式架橋機(jī)，通過前、中、后及前輔助支腿完成過孔；后輔助支腿僅用于架橋機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)。

圖2 JQS1000架橋機(jī)架梁

3.2.2.2 主要技術(shù)參數(shù)(見表3)

表3 JQS1000架橋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.2.3 該套裝備(YLS1000運(yùn)梁車＋JQS1000架橋機(jī))運(yùn)架施工技術(shù)

(1)裝梁。分兩種情況:一是不過隧架梁時(shí)，裝梁就用制梁場(chǎng)的提梁機(jī)吊梁至前后馱梁臺(tái)車上；二是過隧架梁時(shí)，裝梁前前后馱梁臺(tái)車讓出裝梁位，用提梁機(jī)吊梁至前后馱梁臺(tái)車頂升裝置的支撐墊箱上。裝梁時(shí)確保三點(diǎn)支撐，且壓力基本一致。

(2)運(yùn)梁。在路基或橋上時(shí)，運(yùn)梁車正常中位行駛即可；要過隧道時(shí)，除前面說的裝梁時(shí)用墊箱支撐梁外，懸掛輪組中位狀況下再降90 mm，啟用自動(dòng)駕駛，安全通過隧道。

(3)頂梁復(fù)位(過隧架梁時(shí)才有)。運(yùn)梁過隧時(shí)，由于梁是支撐在頂升裝置的墊箱上，為后序配合架橋機(jī)喂梁需要，啟動(dòng)頂升裝置的油頂，將墊箱支撐轉(zhuǎn)換到前后馱梁臺(tái)車支撐。

(4)喂梁。該運(yùn)梁車是兩次喂梁:第1次是前后馱梁臺(tái)車一起滑動(dòng)走行，把箱梁送至伸出運(yùn)梁車前端800 mm；第2次是架橋機(jī)前起重小車吊起待架梁前端，與后馱梁臺(tái)車同步拖拉，走行到位停車，架橋機(jī)后起重小車吊起待架梁后端，喂梁結(jié)束。之后運(yùn)梁車返回提梁站或制梁場(chǎng)進(jìn)行下次運(yùn)梁。

(5)吊梁走行、落梁就位。架橋機(jī)的前、后起重小車同步吊梁走行到位；起重小車橫移對(duì)位落梁(縱、橫向調(diào)整)；支座灌漿；箱梁就位。

(6)架橋機(jī)過孔。架橋機(jī)架設(shè)完一跨箱梁后，準(zhǔn)備過孔；后支腿下翻并支撐在鋼軌上，前支腿與剛架箱梁錨固；兩起重小車后移，前輔助支腿和中支腿離地；后支腿走行輪和前支腿托輪驅(qū)動(dòng)整機(jī)縱移到位；中支腿支撐可靠，再支撐前輔助支腿；前輔助、中、后支腿支撐，前支腿縱移到位；起重小車運(yùn)行至取梁位，前輔助支腿前移，后支腿向上翻折；過孔完成，準(zhǔn)備架下一孔梁。

(7)重復(fù)前面6項(xiàng)工作，進(jìn)入運(yùn)架梁循環(huán)作業(yè)。

3.3 第2套技術(shù):“TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車＋TJJQS1000t/40m架橋機(jī)”的運(yùn)架成套技術(shù)

TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車＋TJ-JQS1000t/40m架橋機(jī)，可運(yùn)架40 m、32 m、24 m高鐵標(biāo)準(zhǔn)雙線簡支箱梁，也能運(yùn)架20～40 m之間跨度的非標(biāo)準(zhǔn)箱梁，TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車能馱運(yùn)TJ-JQS1000t/40m架橋機(jī)、40 m高鐵雙線箱梁通過隧道，能在隧道出口3 m、進(jìn)口-40 m架梁，也能在曲線半徑≥2 000 m、縱坡≤30‰的線路架梁。該套運(yùn)架裝備在南沿江城際鐵路(設(shè)計(jì)時(shí)速350 km)于2020年6月完成40 m箱梁首跨架設(shè)，可日架40 m箱梁2.5～3孔，最高16 h架了6孔40 m箱梁[14]。

3.3.1 TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車

3.3.1.1 設(shè)備組成

TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車也是低位過隧運(yùn)梁車，由車架、前后馱梁機(jī)構(gòu)、懸掛總成、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成，如圖3所示[15]。

圖3 TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車運(yùn)梁

3.3.1.2 主要技術(shù)參數(shù)(見表4)

表4 TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車主要技術(shù)參數(shù)

3.3.2 TJ-JQS1000t/40m架橋機(jī)

3.3.2.1 設(shè)備組成

TJ-JQS1000t/40m架橋機(jī)，采用三支腿、雙主梁結(jié)構(gòu)，主要由主梁、起升系統(tǒng)、后支腿、輔助支腿、前支腿、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及安全監(jiān)控系統(tǒng)等組成，如圖4所示。該機(jī)也為一跨步履式架橋機(jī)，通過前、后、輔助支腿完成過孔。第1套技術(shù)中JQS1000架橋機(jī)有5條支腿，而本架橋機(jī)只有3條支腿，從構(gòu)造上就少2條支腿。

圖4 TJ-JQS1000t/40m架橋機(jī)

3.3.2.2 主要技術(shù)參數(shù)(見表5)

表5 TJ-JQS1000t/40m架橋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.3.3 該套裝備(TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車＋TJJQS1000t/40m架橋機(jī))運(yùn)架施工技術(shù)

(1)裝梁。也分兩種情況:一是不過隧架梁時(shí)，裝梁就用制梁場(chǎng)的提梁機(jī)吊梁至運(yùn)梁車的前后馱梁機(jī)構(gòu)上；二是過隧架梁時(shí)，馱梁臺(tái)車運(yùn)行至運(yùn)梁車的最尾部，安裝支撐臺(tái)座，用提梁機(jī)吊梁至運(yùn)梁車的馱梁臺(tái)座、支撐臺(tái)座上。裝梁時(shí)確保三點(diǎn)支撐，且壓力基本一致。

(2)運(yùn)梁。在路基或橋上時(shí)，運(yùn)梁車正常中位行駛即可；要過隧道時(shí)，運(yùn)梁車可以中位通過，為進(jìn)一步安全運(yùn)輸，懸掛輪組中位狀況下再降100 mm(從表4知其調(diào)節(jié)范圍為±250 mm)，此時(shí)運(yùn)梁高度僅為1.2 m；再啟用自動(dòng)駕駛，快速通過隧道。

(3)頂梁(過隧架梁時(shí)才有)。運(yùn)梁時(shí)，由于梁是支撐在馱梁臺(tái)座、支撐臺(tái)座上的，為后序配合架橋機(jī)喂梁需要，在前起重小車吊起箱梁前端后，啟動(dòng)頂升裝置的油頂，將梁尾部的臺(tái)座支撐轉(zhuǎn)換為馱梁臺(tái)車支撐。

(4)喂梁。該運(yùn)梁車僅一次喂梁:架橋機(jī)前起重小車吊起待架梁前端，與后馱梁臺(tái)車同步拖拉，走行到位停車，架橋機(jī)后起重小車吊起待架梁后端，喂梁結(jié)束。之后運(yùn)梁車返回提梁站或制梁場(chǎng)進(jìn)行下次運(yùn)梁。

(5)吊梁走行、落梁就位。架橋機(jī)的前、后起重小車同步吊梁走行到位；起重小車橫移對(duì)位落梁(縱、橫向調(diào)整)；支座灌漿；箱梁就位。

(6)架橋機(jī)過孔。架橋機(jī)架設(shè)完一跨箱梁后，準(zhǔn)備過孔；兩起重小車后移，鋪設(shè)軌道，轉(zhuǎn)換后支腿支撐體系；后支腿走行輪和前支腿托輪驅(qū)動(dòng)整機(jī)第一次過孔；支撐輔助支腿，前支腿脫空、縱移至前墩；前支腿支撐，輔助支腿收縮，后支腿走行輪和前支腿托輪驅(qū)動(dòng)整機(jī)第二次過孔到位；轉(zhuǎn)換后支腿支撐體系，起重小車運(yùn)行至取梁位，輔助支腿向上翻折；過孔完成，準(zhǔn)備架下一孔梁。

(7)重復(fù)前面6項(xiàng)工序，進(jìn)入運(yùn)架梁循環(huán)作業(yè)。

3.4 第3套技術(shù):TJ-YJ1000t/40m運(yùn)架一體機(jī)成套技術(shù)

TJ-YJ1000t/40m運(yùn)架一體機(jī)[16-17](又稱“昆侖號(hào)架橋機(jī)”)可運(yùn)架40 m、32 m、24 m高鐵標(biāo)準(zhǔn)雙線箱梁，也能運(yùn)架20～40 m之間跨度的非標(biāo)準(zhǔn)箱梁，能不解體吊運(yùn)40 m高鐵雙線箱梁通過隧道，也能在隧道進(jìn)出口及隧道內(nèi)架梁，是一種“全能型”高鐵架橋機(jī)。該運(yùn)架一體機(jī)在福廈高鐵(設(shè)計(jì)時(shí)速350 km)于2020年6月完成40 m箱梁首跨架設(shè)，可日架40 m箱梁2～2.5孔。

3.4.1 設(shè)備組成

TJ-YJ1000t/40m運(yùn)架一體機(jī)(昆侖號(hào)架橋機(jī)，見圖5)，主要組成部分有前車、后車、主梁、主支腿、中支腿、起吊系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、電氣液壓控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)等。

圖5 TJ-YJ1000t/40m運(yùn)架一體機(jī)

3.4.2 主要技術(shù)參數(shù)(見表6)

表6 TJ-YJ1000t/40m運(yùn)架一體機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.4.3 該套裝備(TJ-YJ1000t/40m運(yùn)架一體機(jī))運(yùn)架施工技術(shù)

(1)裝梁。不過隧架梁和過隧架梁時(shí)，裝梁是一樣的，TJ-YJ1000t/40m運(yùn)架一體機(jī)到制梁場(chǎng)或提梁站取梁。

(2)運(yùn)梁。在路基、橋梁或過隧道時(shí)，該運(yùn)架一體機(jī)都一樣吊著梁行駛至待架工位。過隧時(shí)低位行駛即可。

(3)安裝主支腿。運(yùn)架一體機(jī)的前車頂升，安裝主支腿至橋墩。

(4)第一次支撐體系轉(zhuǎn)換。前車懸掛收起，架橋機(jī)由主支腿和后車支撐，完成第一次支撐體系轉(zhuǎn)換。

(5)后車主動(dòng)驅(qū)動(dòng)、主支腿從動(dòng)驅(qū)動(dòng)，推送運(yùn)架一體機(jī)整機(jī)前行，至中支腿位于已架箱梁前方支座正上方時(shí)停車，完成第一次過孔。

(6)支起中支腿，待架箱梁前端放置在已架設(shè)的箱梁前端(臨時(shí)落梁)，主支腿前移至待架孔前方橋墩，支好主支腿，隨后收起中支腿，完成第二次支撐體系轉(zhuǎn)換。

(7)前吊點(diǎn)提起箱梁，由后車及主支腿驅(qū)動(dòng)裝置推動(dòng)整機(jī)前行到位，完成第二次過孔。

(8)精確對(duì)位、落梁完成，澆筑支座砂漿。

(9)整機(jī)后移，使前車走行系統(tǒng)到達(dá)已架設(shè)箱梁頂面，收起主支腿返回梁場(chǎng)取梁。

(10)重復(fù)前面9項(xiàng)工序，進(jìn)入運(yùn)架梁循環(huán)作業(yè)。

4 結(jié)束語

高速鐵路1 000 t/40 m簡支箱梁，其運(yùn)架裝備第1套(YLS1000運(yùn)梁車＋JQS1000架橋機(jī))技術(shù)在鄭濟(jì)高鐵開始工程應(yīng)用，第2套(TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車＋TJ-JQS1000t/40m架橋機(jī))技術(shù)在南沿江城際高鐵開始工程應(yīng)用，第3套(TJ-YJ1000t/40m運(yùn)架一體機(jī)，又稱“昆侖號(hào)架橋機(jī)”)技術(shù)在福廈高鐵開始工程應(yīng)用，之后各套技術(shù)在杭忂、昌景黃、湖杭、汕汕等高鐵得到推廣應(yīng)用，實(shí)踐表明:

(1)這三套運(yùn)架裝備技術(shù)都滿足高速鐵路1 000 t/40 m簡支箱梁運(yùn)架施工要求。

(2)第1套技術(shù)在鄭濟(jì)高鐵可日架40 m梁1.5～2孔；第2套技術(shù)在南沿江城際高鐵可日架40 m梁2.5～3孔(最高16 h架了6孔)；第3套技術(shù)在福廈高鐵可日架40 m梁2～2.5孔。

(3)在平原地區(qū)或過隧少的項(xiàng)目，選用第2套運(yùn)架分體式架橋機(jī)(TJ-YLS1000/40運(yùn)梁車＋TJJQS1000t/40m架橋機(jī))技術(shù)較好；在橋隧相連的山嶺地區(qū)或過隧多的項(xiàng)目，選用第3套運(yùn)架一體機(jī)(昆侖號(hào)架橋機(jī))技術(shù)較好。

(4)這幾套技術(shù)，隨著工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)運(yùn)梁車、分體式架橋機(jī)、運(yùn)架一體機(jī)也會(huì)隨之改進(jìn)設(shè)計(jì)，如在設(shè)備的輕量化、智能化、操作方便性、安全性方面進(jìn)行優(yōu)化，使之更好地服務(wù)于高鐵40 m簡支箱梁的運(yùn)架施工。