一種曲線橋梁架設(shè)的輔助轉(zhuǎn)動支撐裝置研究

王書超

(鄭州新大方重工科技有限公司，鄭州 450064)

一種曲線橋梁架設(shè)的輔助轉(zhuǎn)動支撐裝置研究

王書超

(鄭州新大方重工科技有限公司，鄭州 450064)

隨著國內(nèi)高速鐵路向多山地區(qū)或者空間狹小的城區(qū)發(fā)展，小半徑曲線橋的橋梁已經(jīng)開始出現(xiàn)。在架設(shè)小曲線橋梁過程中，傳統(tǒng)的架橋機(jī)出現(xiàn)了工況不適應(yīng)情況，甚至可能危及架梁安全的情況，現(xiàn)多通過改造架橋機(jī)實(shí)現(xiàn)，通過新研發(fā)一種專用裝置，不用對架橋機(jī)改造，即能實(shí)現(xiàn)小半徑曲線架橋，技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了較大突破，對其他架梁設(shè)備小半徑曲線架梁有著積極的參考意義。

曲線橋； 架橋機(jī)； 轉(zhuǎn)動裝置

1 概述

目前在國內(nèi)高速鐵路客運(yùn)專線建設(shè)中，現(xiàn)有900 t輪胎式運(yùn)梁車與900 t架橋機(jī)配合架設(shè)大噸位橋梁時，整體技術(shù)參數(shù)只能用于不小于2 500 m曲線半徑的橋梁施工[1-2]。隨著國內(nèi)高速鐵路技術(shù)的成熟，以及國內(nèi)各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展對高速鐵路的需求不斷擴(kuò)大，客運(yùn)專線、城際鐵路、連接線等的建設(shè)日趨高漲，對高速鐵路施工技術(shù)要求也越來越高。目前很多施工大都在多山地區(qū)或者空間狹小的城區(qū)，因此經(jīng)常會遇到半徑小于2 500 m，甚至小于1 000 m的曲線橋施工?，F(xiàn)有高速鐵路架梁施工設(shè)備大都面臨著不能滿足小曲線梁架設(shè)的技術(shù)問題。

一直以來架設(shè)曲線梁，不外乎采用如下兩種方法：其一是曲線梁現(xiàn)場澆筑，需要根據(jù)梁型定制模板，混凝土箱梁現(xiàn)場澆筑后維護(hù)周期長，一般需要12～15 d維護(hù)，才能進(jìn)行下一片箱梁澆筑工作，相比運(yùn)架設(shè)備成本高，效率低[3]；其二是對運(yùn)梁車和架橋機(jī)同時進(jìn)行改造，運(yùn)梁車上的馱梁小車上面增加高0.7 m左右的扁擔(dān)梁，并對架橋機(jī)喂梁凈空加高改造[4-5]。但這個改造需在犧牲原有技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，使設(shè)備超出了原有的某些技術(shù)參數(shù)，在正常施工中還需要恢復(fù)原樣，工作繁瑣，造價高，施工復(fù)雜?？梢?，迄今為止，國內(nèi)外對小曲線梁架設(shè)的問題一直沒能得到很好的解決。因此，如何簡捷、高效地架設(shè)小曲線梁是工程技術(shù)界尤其是橋梁施工機(jī)械領(lǐng)域中一直在研究的一個重要課題。

2 傳統(tǒng)架橋機(jī)曲線架梁

2.1 傳統(tǒng)架橋機(jī)曲線架梁存在的問題

圖1所示為配合施工用架橋機(jī)， 該機(jī)能夠適應(yīng)32 m、24 m、20 m的高速鐵路雙線整孔箱梁的首跨、末跨、標(biāo)準(zhǔn)跨及其相互變跨的架設(shè)施工。施工中需要運(yùn)梁車配套使用。在喂梁過程中，需要運(yùn)梁車上的馱梁小車配合1號天車同步喂梁。在小于2 000 m曲線梁架設(shè)中，運(yùn)梁車馱梁小車在配合架橋機(jī)1號天車喂梁過程中出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象，曲線較小的情況下甚至出現(xiàn)小車卡死或輪緣直接崩裂，甚至輪箱扭曲變形，最終可能造成嚴(yán)重事故。這種情況是非常危險(xiǎn)的，不但關(guān)系到施工如何進(jìn)行，更關(guān)系到施工安全。

2.2 傳統(tǒng)架橋機(jī)曲線架梁工況分析(圖2)

在曲線梁的架設(shè)過程中，已架箱梁與待架箱梁之間形成一個α夾角。根據(jù)目前施工中實(shí)際遇到的最小600 m曲線半徑的橋梁，夾角α達(dá)到3.11°，換算到待架箱梁端部與已架箱梁端部中心距橫向偏差達(dá)1.77 m，造成架橋機(jī)站位與運(yùn)梁車站位形成很大的折線。在喂梁過程中產(chǎn)生很大的水平力，由于架橋機(jī)吊梁天車鋼絲繩提梁，本身相對為柔性，喂梁過程中產(chǎn)生的水平力基本上都作用在馱梁小車上，最后傳到小車輪子的輪緣與軌道上，造成硬磨甚至破壞。

圖2 曲線梁架設(shè)

2.3 傳統(tǒng)架橋機(jī)曲線架梁解決方案

圖3 馱梁小車改裝前后對比(單位： mm)

為了解決此種工程問題，設(shè)計(jì)人員提出了有針對性的處理辦法。如圖3所示，在馱梁小車上增加1套高0.7 m左右的扁擔(dān)梁，扁擔(dān)梁支撐在馱梁小車上的支點(diǎn)距離為0.8 m，箱梁支撐位置正下方留有空隙，減小阻力，主要起到安全限位作用。傳力力臂由1.6 m變成了0.4 m，減小了作用在小車上的水平力矩，喂梁過程中扁擔(dān)梁與小車上接觸面能夠相對轉(zhuǎn)動，從而減小了軌道與輪緣的啃軌力。盡管此方式可以解決曲線架梁問題，但增加0.7 m高扁擔(dān)梁后，喂梁過程中，架橋機(jī)吊具與混凝土箱梁頂面凈空不足，無法喂梁，需要通過加高橋機(jī)支腿來實(shí)現(xiàn)喂梁，這樣造成設(shè)備改造成本上升。改造后橋機(jī)本身尺寸超高超限，在一些工況下，橋機(jī)需要解體重新回到原來的設(shè)計(jì)高度，也造成了施工拆卸，增加人力且耽誤工期。

3 新型小半徑曲線架梁裝置

3.1 架橋機(jī)小半徑曲線架梁解決方案與裝置

如圖4所示，新型架設(shè)曲線橋梁的輔助轉(zhuǎn)向支撐裝置包括一個安裝在馱梁小車車架頂面高度不大于0.3 m的扁擔(dān)梁，以及2個用于驅(qū)動扁擔(dān)梁相對于馱梁小車上平面作水平轉(zhuǎn)動的輔助轉(zhuǎn)動油缸；扁擔(dān)梁為箱形結(jié)構(gòu)，在扁擔(dān)梁底面設(shè)置有一個與馱梁小車車架頂面設(shè)置的中心軸相配合的中心軸孔，以及位于中心軸孔兩側(cè)的分別與馱梁小車車架頂面相應(yīng)位置處設(shè)置的限位軸相配合的限位槽孔；輔助轉(zhuǎn)動油缸的一端通過油缸安裝座與扁擔(dān)梁的端部相結(jié)合，另一端通過油缸安裝座與馱梁小車車架相結(jié)合。

馱梁小車車架頂面與扁擔(dān)梁的安裝配合面之間設(shè)置有支撐底座，如圖4所示。支撐底座是由分別設(shè)置在馱梁小車車架頂面兩端的滑板、間隔設(shè)置在限位軸與中心軸之間的滑板以及環(huán)繞中心軸設(shè)置的墊板組成；滑板通過連接件固接在馱梁小車車架頂面，環(huán)繞每塊滑板周邊分別設(shè)置有圍板；在扁擔(dān)梁底面與相應(yīng)的滑板相配合位置處分別設(shè)置有向下凸出的滑移臺面。

圖4 新型支撐裝置(單位：mm)

馱梁小車車架與扁擔(dān)梁之間以對角設(shè)置的方式分別設(shè)置有一個用于驅(qū)動扁擔(dān)梁相對于馱梁小車車架作水平轉(zhuǎn)動的輔助轉(zhuǎn)動油缸。扁擔(dān)梁頂面兩端設(shè)置有嵌入式的支撐橡膠墊安裝槽。

支撐底座采用四點(diǎn)支撐以及中心轉(zhuǎn)軸與兩根限位軸配合作用，使得布置在支撐底座上的扁擔(dān)梁可繞中心軸轉(zhuǎn)動，限位軸起到限位作用，通過調(diào)整油缸安裝位置，可以實(shí)現(xiàn)正向或反向轉(zhuǎn)動，以此也適應(yīng)所要架設(shè)橋梁的曲線方向。

3.2 解決原理

在架設(shè)小半徑曲線梁前，根據(jù)曲線方向，調(diào)整好輔助轉(zhuǎn)向油缸安裝位置(圖5(a))。馱梁小車配合架橋機(jī)1號天車喂梁過程中(圖5(b))，通過操作該支撐裝置，讓扁擔(dān)梁相對馱梁小車車架發(fā)生一定的偏角(圖5(c))，從馱梁系統(tǒng)內(nèi)部減小甚至消除喂梁過程中混凝土箱梁產(chǎn)生的的水平側(cè)向力對馱梁小車軌道運(yùn)行的影響，達(dá)到消除馱梁小車啃軌的情況，保證曲線梁架設(shè)安全高效完成。

圖5 改裝后的馱梁小車

3.3 裝置優(yōu)點(diǎn)

(1)新型裝置的尺寸小，高度尺寸控制在0.3 m之內(nèi)，滿足喂梁架橋機(jī)高度，不需要對架橋機(jī)喂梁空間高度進(jìn)行加高改造，保證了架橋機(jī)整機(jī)高度參數(shù)不變，既節(jié)約了架橋機(jī)的改造成本，又降低了施工成本。

(2)新型裝置采用油缸輔助轉(zhuǎn)向，用以消除喂梁過程中產(chǎn)生的側(cè)向力；把外部作用于馱梁小車上的側(cè)向力，消耗在馱梁小車內(nèi)，避免了小車喂梁時啃軌。

(3)扁擔(dān)梁底座采用四點(diǎn)支撐，通過多點(diǎn)支撐分散各支撐面作用力，減小了作用在馱梁小車上的作用力矩，降低了啃軌的側(cè)向力，也降低了輔助油缸的尺寸。

(4)支撐底面采用中心轉(zhuǎn)軸與2根限位軸配合作用，不僅可使扁擔(dān)梁繞中心軸轉(zhuǎn)動，并可通過限位軸起到限位作用，防止操作過當(dāng)，安全可靠。

(5)扁擔(dān)梁采用中心設(shè)置中心孔，兩邊設(shè)置橢圓形限位孔，孔僅在扁擔(dān)梁底面，另外兩側(cè)頂面設(shè)計(jì)嵌入式的支撐橡膠墊安裝槽，通過孔和槽結(jié)合，保證扁擔(dān)梁有足夠的高度滿足設(shè)計(jì)要求，又保證整體尺寸喂梁時提起的混凝土箱梁梁高度不超架橋機(jī)2號腿4.3 m的凈空高度。

3.4 工程應(yīng)用實(shí)例

合福客運(yùn)專線合肥段鳳凰特大橋最小曲線半徑800 m，如果采用傳統(tǒng)方式，則馱梁小車需要改造，架橋機(jī)支腿需要加高，總改造工期需要一個半月，嚴(yán)重影響施工工期。通過加裝這種新型輔助轉(zhuǎn)動裝置(圖6)，順利完成最小800 m半徑曲線橋梁架設(shè)，輪緣與軌道磨損正常，未出現(xiàn)嚴(yán)重的啃軌現(xiàn)象，效果很好。

圖6 小曲線架梁施工現(xiàn)場

4 結(jié)語

通過對馱梁小車改造，增加該新型機(jī)構(gòu)，即通過小的改造，小的投入，就很好地解決了高速鐵路小半徑曲線架梁。目前該裝置已經(jīng)在合福、滬昆線上成功應(yīng)用，通過性能良好、順暢，得到了施工單位的認(rèn)可，更重要的是為以后小半徑曲線橋梁架設(shè)提供了成功的參考案例。

另外，此機(jī)構(gòu)已經(jīng)通過國家專利局審批，專利號201220391410.X。

[1] 陳浩.DF900D型架橋機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告[R].鄭州：鄭州大方橋梁機(jī)械有限公司，2006．

[2] 陳浩，張志華，吳耀輝，韓軍.DF900D型導(dǎo)梁式定點(diǎn)起吊架橋機(jī)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(3)．

[3] 袁志富.鐵路客運(yùn)專線移動模架現(xiàn)場制梁施工工藝探討[J].建筑工程，2010(9)．

[4] 郭改成.適應(yīng)小曲率線路施工900t運(yùn)梁車的結(jié)構(gòu)改造[J].工程機(jī)械，2010(3)．

[5] 代宇，陳德利，周治國，王琪.DF900型架橋機(jī)的研制與應(yīng)用[J].建筑機(jī)械，2011(9)．

An auxiliary Rotational & Supporting Device to Erect Curve Bridge

Wang Shuchao

(New Dafang Heavy Industry Science & Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou 450064， China)

With the high-speed railway extending to mountainous area or cramped urban area， the bridge-girder with minor-radius curve has come into use. During the erection of small curved bridge-girder， the traditional bridge-girder erection crane can not adapt to the work condition and this might endanger the bridge-girder erection. Therefore， in order to fulfill this kind of work， bridge-girder erection crane needs to be modified as a general practice. This paper introduces a new equipment specially for erection of bridge-girder on small radius curve without modifying bridge-girder erection crane. This shows a great break-through technically in the industry and a positive reference to other equipment for the erection of bridge-girder on small radius curve.

Curve bridge; Bridge-girder erection machine; Rotation device

2014-02-24；

：2014-03-07

王書超(1983—)，男，助理工程師，2007年畢業(yè)于華北水力

水電學(xué)院，工學(xué)學(xué)士，E-mail：wangsc26@163.com。

1004-2954(2014)11-0080-04

U445.3

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.11.019