高铁1 000 t/40 m梁新型吊运分体式架桥机总体方案研究

蒋中明 王治斌

（中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）

1 前言

我国高铁建设经历了十余年从引进、消化、吸收到再创新的发展之路，目前已全面掌握了拥有自主知识产权的成套建造核心技术。而伴随着铁路特别是高铁建设的不断加快［1］，相关运架设备研制技术也不断改进，架设跨度不断增大，吊重与结构形式也得到不断完善。从早期的T梁架桥机［2］到550 t箱梁架桥机，再到现在施工中主要应用的900 t简支箱梁架桥机［3］，目前国产运架设备已经形成了基于不同种类和型号的一系列产品，极大满足了不同高铁桥梁工程建设需求，不仅为国内高铁桥梁的建设提供了坚实的设备保障，同时部分架桥机已进入国际市场［4-5］。

目前，我国正在开展基于高铁40 m简支箱梁（以下简称“40 m梁”）建造关键技术的研究和应用［6］，这对于相关运架设备也提出了更高的要求，而既有的运架设备均无法满足40 m梁施工需要，因此有必要针对40 m梁的梁型尺寸和施工环境开展相关运架设备研究。

2 现有运架设备分析

为最大程度保证40 m梁运架设备方案的安全性和可行性，提高其作业效率，并保证特殊工况的架梁施工需求，本文在方案设计阶段首先对于现有的运架设备进行了全面系统的调研、归纳、总结和分析［7-8］，并在此基础上做到“扬长避短”。

2.1 现有运梁车种类及特点分析

运梁车常与分体式架桥机配合使用，现有的梁车多采用驮运式运梁的方式。如表1所示，按照运梁的高度不同可分为高位运梁车和低位运梁车。

表1 运梁车特点种类及总结

高位运梁车通常采用大规格轮胎，由于整体高度的限制，难以运梁过隧，因此多适用于平原地带。近年来，随着高铁施工向西部山岭地区的挺进，运梁车的研制开始不断向低位、超低位方向发展。

低位运梁车通常采用多轴线双胎并置的小轮胎方式以尽可能降低运梁整体高度，从而一定程度实现驮运箱梁和架桥机过隧道，但即便如此也只能通过350 km/h的隧道，且根据之前相关机型的现场反馈情况来看，重载运行时运梁车驱动轮组的轮胎非正常损坏情况较多，常表现为爆胎、胎圈趾口密封破坏、轮胎碾坏等，后期虽对轮胎趾口和密封圈形式进行了改进，但由于小轮胎单胎荷载太大，密封效果仍不理想，目前只能通过及时充气保证轮胎气压正常来减少因缺气原因导致轮胎损坏的数量［9］。

2.2 现有架桥机种类及特点分析

如表2所示，归纳列举了目前市场上几种主要投产应用的架桥机种类及特点。可以看到，现有架桥机各有优缺点，概括来讲，高位步履式架桥机采用运架分离的作业方式，施工效率高，但较难适应小曲线架梁和隧道口架梁等特殊施工作业需求；运架一体机虽能满足上述需求，但当运距较远时作业效率较低；而隧道内外通用步履式架桥机、导梁式架桥机等部分机型虽然也能够满足隧道口零距离及负距离架梁，但自重大，造价较高，同时安全性相对较差。

表2 常用架桥机种类及特点

2.3 40 m梁运架设备总体方案确定

通过对现有运架设备特点进行分析后可知，在确定40 m梁运架设备总体方案时，需兼顾提高作业效率和满足特殊施工需求两方面要求。为此，本文分别吸取了分体机施工高效和一体机适用范围广的各自优点，创造性地提出了吊运分体式架桥机方案，即整机采用运架分离的方式，极大地保证了施工的效率，同时避免了低位运梁车小轮胎容易爆胎的问题。运梁车通过采用吊运箱梁的方式有效降低了运梁过程中运梁车整机高度，从而确保运梁过隧和隧道口架梁等特殊施工需求，同时提出了与运梁车相配套的架桥机方案，通过两者的巧妙配合有效实现了整机转场和快速喂梁。

3 吊运分体式架桥机设备组成

如图1所示，吊运分体式架桥机由吊运式运梁车和两跨分置式架桥机组成［10-12］，整体采用运梁车提吊运梁、架桥机架梁的施工方式，其中架桥机留置在架梁工位，运梁车往返于梁场与架梁工位之间运梁，整机主要技术性能参数见表3。

图1 吊运分体式架桥机总图

表3 吊运分体式架桥机主要技术性能参数

3.1 吊运式运梁车

如图2所示，吊运式运梁车由主梁、过渡轮组、牛腿、前车、后车、起重提升系统以及液压、动力、电控系统等部分组成，整机自重约400 t。

图2 吊运式运梁车

其中，主梁为运梁车的主要受力结构，采用单主梁箱形断面，前端依次安装有过渡轮组、牛腿和前车，后端安装有后车，前车与后车之间设有用于吊设箱梁的起重提升系统。

如图3所示，过渡轮组设置在主梁前端，由纵梁和走行系统组成，过渡轮组在待架箱梁运达待架桥位时，辅助前车实现运梁车后撤。在运梁机过渡轮组和前车之间设有整机起吊牛腿，通过架桥机上的起重小车配合，实现运梁车前端的起吊支撑。

图3 运梁车过渡轮组及牛腿

如图4所示，前车由纵梁、升降机构、前车走行系统等组成。其中，前车走行系统又包含走行轮组、转向系统、动力系统、液压系统、制动系统等。

图4 运梁车前车

走行轮组由左右两套轮胎式承重走行装置组成，升降机构采用液压油缸驱动，可将左右两套走行装置提升3.5 m，便于前车越过箱梁面。走行系统悬架自身具有±300 mm调节功能，分上、中、下三种悬挂工况。主梁的两侧均设有纵向延伸的滑槽，前车左、右两侧走行轮组的内侧均设有向上延伸的滑柱，滑柱在通过起升油缸的带动下沿所述滑槽上下滑动，进而实现前车的竖向起降。

前车为运梁车的主要走行机构，同时配合运梁车的运梁及喂梁。当运梁车驮运箱梁达到待架桥位后，前车向上提升至悬空，进而可将箱梁进一步向孔位吊运，箱梁就位后，前车可直接从箱梁的顶部退回，完成吊运，为箱梁的整体起吊做好准备。

后车由纵梁、横梁、后车走行系统等组成。其中，后车走行系统又包含走行轮组、转向系统、动力系统、液压系统、制动系统等。走行轮组由左、右两套轮胎式承重走行装置组成，液压驱动车轮转动及转向。

起重提升系统由起重机构、吊具、吊杆及横移机构等组成，用于运梁过程中起吊箱梁。

3.2 两跨分置式架桥机

如图5所示，两跨分置式架桥机由导梁、前支腿、中支腿、后支腿、辅助支腿、起重小车以及液压、动力、电控系统等部分组成，整机自重约500 t。

其中，导梁采用双主梁箱形断面，由前至后依次设有前支腿、中支腿、后支腿、辅助支腿，并至少设有两台可沿其长度方向移动的起重小车。

前支腿设置在导梁前端并与导梁铰接，可绕铰轴转动。前支腿由上下两部分组成，可实现±1.2 m高度调节，便于调节纵坡架梁。

中支腿为O型支腿，由上部横联、左右两侧C型腿、底部支撑梁以及走行机构等部分组成，各部分可快速拆装，满足整机过隧要求。

后支腿为Ω型支腿，由上部横联、左右两侧C型腿以及底部滑块等部分组成。支腿可伸缩，便于调节纵坡架梁。底部滑块可横向调整，便于曲线架梁支腿正确就位。支腿各部分可快速拆装，满足整机过隧的要求。

如图6所示，辅助支腿设置在导梁后端并与导梁铰接，可绕铰轴转动。辅助支腿由立柱和走行系统组成，液压驱动车轮转动及转向。其中，架桥机过孔时支腿支撑并驱动架桥机前移，运梁车喂梁时支腿折起便于运梁车通行。

图6 架桥机辅助支腿

起重小车由卷扬机构、定滑轮组、动滑轮组、走行机构、吊具等组成，两台起重小车配合使用，用以起吊箱梁及落梁就位。

4 吊运分体式架桥机施工步骤

该设备可以实现运梁过隧、隧道口架梁、曲线架梁、坡度架梁等施工要求。

4.1 无隧道过孔

如图7所示，翻折并顶升辅助支腿，后支腿脱空，收起前支腿，使中支腿和辅助支腿支撑。铺设中支腿走行轨道，架桥机前移过孔到位，分别伸长前、后支腿并支撑，折起辅助支腿，架桥机完成过孔。

图7 无隧道过孔

4.2 无隧道架梁

如图8所示，运梁车运梁行驶至前车到达中支腿处，架桥机起重小车与运梁车牛腿连接，起升前车。起重小车与运梁车后车同步前移，至箱梁前端到达中支腿处落放箱梁，然后起重小车与运梁车后车同步后移至前车越过箱梁后端，落放前车并解除起重小车与牛腿连接，运梁车返回运梁，架桥机起重小车提吊箱梁，前移至箱梁到待架孔位后落梁就位。

图8 无隧道架梁

4.3 进隧道口架梁

如图9所示，架桥机前支腿下节拆除后支撑在桥台上，即可架梁，其余步骤同上。

4.4 整机过隧

如图10所示，隧道外折起前支腿，拆解辅助支腿走行系统并折起辅助支腿，部分拆解中支腿、后支腿并将中、后支腿左右C型腿折转90°，安装连接座及销轴，降低驮运高度，运梁车驮运架桥机过隧。

图10 设备部分拆解过隧

4.5 出隧道口架梁

如图11所示，运梁车驮运架桥机至出隧道口待架梁处，组装架桥机中支腿，使得架桥机前支腿、中支腿支撑，此时整机处于低位状态。运梁车返回梁场运梁，放下架桥机辅助支腿并支撑。

图11 出隧道口架梁

隧道内放置两台驮梁小车，运梁车运梁到位后将箱梁放于驮梁小车上，运梁车前端支撑于辅助支腿上，起升运梁车前车。驮梁小车驮梁前移至辅助支腿处，运梁车过渡轮组支撑运梁车后移，落放前车，运梁车继续后移。

折起辅助支腿，驮梁小车同步前移至中支腿处后，放下辅助支腿并支撑，起重小车提吊箱梁，同步前移至箱梁到达待架孔位，落梁就位。

5 结论

本文提出的吊运分体式架桥机总体方案综合了现有分体机、一体机的优点，结构新颖、操作方便、安全可靠、施工高效，可完成40 m及以下不同跨度简支箱梁架设任务，彻底解决了运梁过隧和隧道口近距离架梁等施工难题，主要具有以下特点：

（1）本设备通过对中支腿和后支腿结构合理分块，利用销轴＋螺栓联结等临时转轴支撑使各单元转置，实现过隧时中、后支腿的快速拆装，从而有效降低架桥机支腿高度，设备过隧转场性能优于传统设备。

（2）利用驮梁小车喂梁架设隧道出口梁以及吊运式运梁车辅助架桥机架设隧道进口梁等手段解决分体式架桥机不能近距离架梁的难题。

（3）采用吊运式运梁车吊运箱梁过隧道，彻底解决运梁过隧难题，同时走行系统采用大轮胎，结构合理，受力明确，使用寿命高。

（4）采用两跨式架桥机，中支腿、辅助支腿支撑过孔，折起前支腿运梁车驮运架桥机进行，过孔、转场施工效率高。

（5）前车采用分体固结，与主梁竖向滑槽联系，六条油缸上下拖动，销轴固定。后车与主梁采用球铰联结，通过自动化控制，可确保运梁车的前车设计及其与后车的协调转向、驱动。

（6）考虑到将来40 m梁将与32 m和24 m箱梁作为预制标准梁共同存在，因此本装备在满足40 m架设需求的情况下，也兼顾32 m、24 m等其他不同跨度箱梁的架设需求，具体可通过调整前支腿和后支腿支撑位置进行无级变跨。

本设备的不足之处在于运输架桥机过隧道时，中支腿、后支腿，仍然需要部分解体，且与既有分体机比，本案又增加了一个支腿，喂梁时间稍长，后续设计中可进行优化改进。同时如何实现运梁车前车左右两侧的同步升降也是后期技术设计中需要重点解决的问题。