NF系列三角桁架雙導梁公路架橋機調頭方案創新

李 瑛

(中鐵一局集團天津建設工程有限公司,天津 300250)

1 工程概況

由我公司承建的天津集疏港公路二期中段工程泰達大街互通立交和疏港一線互通立交工程為海濱大道的一部分,是環渤海地區沿海高速公路的重要組成部分,也是濱海新區港城分離路網規劃的“三縱一橫”集疏港骨架路網的重要組成部分。工程總造價為11.909 2億元,全長5 189.85 m。橋梁面積共計257 754 m2。主線全部為高架橋,高架橋雙向8車道,總寬43 m,地面輔道雙向6車道；上部結構共142聯,其中預應力混凝土連續箱梁96聯,先簡支后連續預應力小箱梁46聯,預制小箱梁共1 056片,預制梁跨距30 m,梁高1.8 m。該項目合同工期為22個月。

按工程施工組織技術要求,橋梁上部結構采用30 m預制箱梁,共1 056片需200 t以上架橋機鋪設完成。為配合施工需要,我公司于2008年底購置了南京登峰起重設備制造有限公司制造的型號為NF200-50A3三角桁架雙導梁架橋機1臺,本機全長88 m,自身質量約270 t,采用三角桁架作主要承載受力構件,構件單元間采用銷軸連接,配置自力走行及起重裝置,全部采用電控操作、機械運動,完成吊梁起重、吊梁運行、整機吊梁橫移以及整機空載縱移等運動,結構較為復雜。

2 架橋機調頭創新

2.1 現行的調頭方法及弊端

由于項目現場施工預制梁架設過程中架橋機需要多次實施調頭作業,本工程工期要求較緊,架設預制梁數量大,且雙導梁架橋機工作系統復雜、自重大,在現場施工中現行調頭方法大都需進行拆解、調頭、拼裝過程,完成這一過程需22 d。工期長、經濟投入大且存在過多安全隱患,因此“調頭”問題成為影響工期及工程成本的“瓶頸”問題。目前建筑行業中,此類架橋機尚缺少一種較為成熟的高效、安全、低耗調頭技術與經驗可供參考,因此尋求一種高效、安全、低耗的NF系列雙導梁架橋機調頭創新方案將會對工程進度與成本、安全生產產生重要影響。

2.2 架橋機調頭方案創新

經過認真研究圖紙,依靠豐富的現場架設箱梁經驗,根據縱導梁等截面強度一致的基本原理,創新性地提出一次性前后臺互換的調頭方案,認真論證分析了前后互換的科學性、經濟性及安全性指標,對編制出的調頭方案進行多次論證修改及完善,編制詳細的安全保障方案,并請設備生產廠家的技術部門對此方案進行了結構強度等方面的校驗。經審驗,廠家認為調頭方案是科學可行的,并派專業技術人員來現場進行操作及技術指導,成功地解決了NF系列架橋機調頭困難問題,實現了高效、安全、低耗的目標。如圖1～圖3所示。

圖1 NF系列公路架橋機創新調頭改造示意(單位：mm)

圖2 拆除前的縱導梁前框架

圖3 原前框架位置安裝新加工的后上橫梁

實施過程如下。

步驟一：架橋機縱導梁拼接不變,原縱導梁前框架拆除,重新制作一根后上橫梁裝于前框架處上方。

步驟二：縱導梁后上橫梁不拆除,在下弦處重新焊接兩副耳板,與槽鋼拉桿進行銷接。

步驟三：拆除前平移支座與伸縮套筒的連接螺栓,使前走行機構與架橋機分離,再用汽車吊吊起將前走行與后伸縮套筒連接,完成前后一次性互換。

步驟四：調頭采用前后互換,需將架橋機司機操作平臺轉向,使司機在橋機調頭后能夠正常工作。架橋機調頭作業,可根據實際情況重新安裝電器設備或布置線路。

步驟五：為保證架橋機中過孔時及工作過程中整體平衡,調頭后的前支腿與中支腿中心距離≤32 m。在調頭運行一段距離后,輔助中支腿調換到距離中支裝置后適當位置。將彎梁安裝在縱導梁下部中后端,使其作為橋機移動中支裝置和過孔作業時的后部支撐。

3 調頭方案驗證

3.1 方案驗證

前后互換調頭完成后,根據廠家出廠時的性能參數對架橋機進行試吊,并進行了空載試驗、靜載試驗、動載試驗。

(1)空載試驗

①提升小車空載沿縱導梁軌道來回行走數次,車輪無明顯打滑現象,啟動、制動正常可靠。

②開啟起升機構,空載升降數次,開關動作靈敏準確。

③將2臺提升小車開至跨中,整機在前后5 m范圍內行走數次,啟動、制動車輪不打滑,運行平穩。

(2)靜載試驗

用1臺提升小車停在橋機跨中,起升額定載荷2 000 kN,再起升1.25倍額定載荷2 500 kN離地面100 mm處,懸停10 min后卸去負荷,架橋機縱導梁無殘余變形,反復數次后,縱導梁無塑性變形,并恢復到穩定空載狀態。卷筒的排繩無紊亂現象,起升制動安全可靠,無下滑現象。

(3)動載試驗

以1.1倍額定負荷(2 200 kN)使起升機構和提升小車在5 m范圍內反復運轉,啟動。各制動機構的制動器及電器控制靈敏、準確、可靠。縱導梁振動正常,無損傷和塑性變形,機構運轉平穩。

此次調頭后所進行試吊及靜載、空載、動載試驗,完全達到了設備出廠的技術指標,符合安全生產要求,此次調頭技術改造成功完成。

3.2 經濟效果

(1)傳統方法費用分析

采用先拆解,再拼裝的傳統調頭方法至少需要22 d工期,作業人員則需要40人,配合使用2臺200 t的汽車吊1臺班,1臺50 t汽車吊22臺班,2臺25 t汽車吊22臺班,ZL50裝載機1臺22臺班,12.5 m半拖掛車2臺3臺班。

人工費：150元/d×40人×22 d=13.2萬元

機使費：200 t吊車 1.8萬元/臺班×1臺班×2臺=3.6萬元

50 t吊車 0.5萬元/臺班×22臺班×1臺=11萬元

25 t吊車 0.2萬元/臺班×22臺班×2臺=8.8萬元

ZL50裝載機 0.082萬元/臺班×22臺班×1臺=1.8萬元

12.5 m半掛車 0.15萬元/臺班×3臺班×2臺=0.9萬元

其他費用：架橋機屬特種設備,重新完成安裝后,需要到當地特種設備檢驗局報檢,此項費用為256萬元×1.8%=4.6萬元。架橋機拆解后,原使用高強連接螺栓按照相關規定需要全部報廢,組裝中需重新購置1 200個高強螺栓,按照每個15元計算,則需要1.8萬元。作業過程中,使用水、電、油,相關物資損耗及投入安全保障費用共計1.5萬元。

以上費用共合計：47.2萬元。

(2)使用創新方法

通過調整儀用放大電路的放大倍數，當輸入電壓為54.886mV時，對應的輸入電壓為5V，對應的AD轉換值為7FFFFFh,對應的溫度值為1370℃，對應轉換后的整數值為54886。通過數據處理將檢測值轉換為無符號整型數據,電壓值為U，AD轉換值先乘100后再除15284得到整數部分則為電壓值，當采樣值為7FFFFFh時，對應的轉換數值為54884，在無符號整形范圍內。將電壓值U與溫度對應的標準電壓值進行比較，查找出前一檔位的位置及對應的基準電壓值，通過差值計算出相對基準溫度的偏差值加上基準電壓值對應的溫度值，所得結果作為本次溫度檢測值。

使用創新方法,只需要加工1件后上橫梁,工期僅用2 d時間,作業人員只有20人,機械設備只需1個臺班的25 t汽車吊及小型加工機具。

機使費及人工費：150元/人×20人×2 d+0.2萬元=0.8萬元

加工后上橫梁加工費用為0.85萬元,其他相關費用0.7萬元。

則采用創新方法使用費用共為2.35萬元。

經濟對比分析：

①直接費用

人工費、機使費及相關材料費共計節省44.85萬元。

僅從節省的20 d工期計算,以架橋機每天架梁4片計,每片梁以1萬元計價,至少可創造出80萬元的經濟效益。

②間接費用

由于架梁周期的縮短,使得整體工程進度相應大幅度提高,相應的工程各類成本顯著下降。

3.3 工期效益

此次只加工了1件NF200/50雙導梁架橋機縱導梁后上橫梁,僅用短短2 d時間就輕松完成前后互換一次性調頭,比使用傳統拆裝方法節省了20 d工期,解決了影響施工進度的“瓶頸”問題,大大加快了施工進度,同時安全風險也大幅度降低。

3.4 無形效果

此次創新方案是在無相關參考技術的基礎上提出的,因此為今后解決此類問題提供了寶貴的技術參考,并在我公司其他項目NF系列架橋機的調頭中推廣應用。NF200/50雙導梁架橋機生產廠家對前后互換調頭創新方案給予高度評價,已將此項技術作為規范流程編入設備使用說明書內,為解決同類問題提供了技術參考價值。

4 結語

NF系列三角桁架雙導公路梁架橋調頭新工藝,在天津集疏港公路二期中段工程應用中,取得了很好的效果。有效解決了此系列架橋機“調頭”這一工程施工中的瓶頸問題,并在我公司其他項目推廣使用,為解決同類問題提供了參考價值。

[1] 張質文,虞和謙,王金諾,等.起重機設計手冊[M].北京:中國鐵道出版社,2001．

[2] 范欽珊,施燮琴,孫汝劼.工程力學[M].北京:高等教育出版社,2002.

[3] 徐 斌.QY25型汽車起重機設計[D].大連:大連理工大學機械工程系,2003．

[4] 蔡春源.新編機械設計手冊[M].沈陽:遼寧科學技術出版社,1993．

[5] 鄭 江,許 瑛,等.機械設計[M].北京:北京大學出版社,中國林業出版社,2006．

[6] 陳道南.起重運輸機械[M].北京:冶金工業出版社,1988．

[7] 陳偉璋.起重機械金屬結構[M].北京:人民交通出版社,1988.

[8] 楊文淵.起重吊裝常用數據手冊[M].北京:人民交通出版社,2002．

[9] GB/T 14405—1993，通用橋式起重機[S].

[10] 周振豐,張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京:機械工業出版社,1988．