桁架拱橋新型鏈條軌道式檢查車設(shè)計(jì)與安裝

周 輝

（中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都 610091）

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)生產(chǎn)力的飛速發(fā)展，我國(guó)橋梁建造技術(shù)特別是在拱橋建造方面取得了重大突破，其跨越山區(qū)溝谷的超強(qiáng)能力為我國(guó)高鐵在全國(guó)乃至世界推廣做出了重要貢獻(xiàn)。由于拱橋大量建造，我們面臨著后期大量管理和維護(hù)工作，常規(guī)采用的有：移動(dòng)式橋梁檢查設(shè)施如專業(yè)橋梁檢查車輛，優(yōu)點(diǎn)是靈活、機(jī)動(dòng)，缺點(diǎn)是占用交通通道、造價(jià)高、無(wú)法全覆蓋、需多人協(xié)同；固定式橋梁檢查設(shè)施如拱背檢修通道、拱下吊籃，優(yōu)點(diǎn)是固定、安全、成本低，缺點(diǎn)是無(wú)法全覆蓋。在以“生命至上、安全發(fā)展”觀念深入人心的中國(guó)，不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)安全可靠、構(gòu)造輕便、操作簡(jiǎn)易、無(wú)障礙全覆蓋的拱橋橋梁檢查設(shè)施顯得尤為重要。

本文基于2015年建成的世界最大跨度352 m的單線鐵路上承式變高截面提籃鋼桁拱橋—貴州林織鐵路納界河特大橋，重點(diǎn)介紹了其創(chuàng)新設(shè)計(jì)的新型鏈條軌道式檢查車，可實(shí)現(xiàn)自爬行、無(wú)障礙、全覆蓋的管理維護(hù)工作；通過(guò)分析其設(shè)計(jì)原理、構(gòu)造特點(diǎn)，充分研究對(duì)比特殊施工條件下的多種安裝方案，獨(dú)立研究了簡(jiǎn)易安裝車實(shí)現(xiàn)了安全、精確、快速的橋梁檢查車安裝施工，并順利投入后期管維工作。

1 工程概況

1.1 橋梁總體設(shè)計(jì)

貴州林織鐵路納界河特大橋主跨為352 m上承式鋼桁拱，全長(zhǎng)810.10 m。主橋?yàn)樯铣惺阶兏呓孛嫣峄@鋼桁拱結(jié)構(gòu)，主桁為N型架，拱頂處桁高8.0 m，拱腳處桁高13.0 m；拱頂處主桁中心距8.0 m，拱腳處主桁中心距27.0 m，弦桿內(nèi)傾角8.378 67°[1]。弦桿上、下弦平面內(nèi)設(shè)平聯(lián)，為“K”型布置或“X”型布置（見(jiàn)圖1）。為保障運(yùn)營(yíng)階段實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁各部位全覆蓋檢查，橋梁設(shè)計(jì)有拱圈檢查車、梁體底部檢查車、拱背檢修通道，鋼立柱設(shè)有人洞和爬梯，鋼蓋梁設(shè)有檢修平臺(tái)并與立柱人洞連通，梁體內(nèi)設(shè)有人洞與鋼立柱連通。

1.2 檢查車設(shè)計(jì)構(gòu)造

本橋設(shè)計(jì)有梁部檢查車和拱圈檢查車，均由檢查車系統(tǒng)和軌道系統(tǒng)組成，采用雙軌單車布局，整車成“一”字型，最大載重500 kg。兩者構(gòu)造相同，主要區(qū)別在于車體伸縮、軌道間距和軌道安裝方式不同：梁部檢查車車體可伸縮，軌道中心距為1.8 m，在鋼混結(jié)合梁底部沿縱橋向預(yù)留安裝螺栓孔，行走軌道通過(guò)軌道托板栓接于梁體底部同時(shí)吊裝，檢查車沿縱橋向在軌道上行走；拱圈檢查車車體固定，軌道中心距為4.6 m，主拱肋合攏后在拱圈下平聯(lián)K撐橫桿通過(guò)抱箍鎖定軌道。

拱圈檢查車是檢查人員工作的平臺(tái)，主要包括檢查車桁架結(jié)構(gòu)、行走驅(qū)動(dòng)組合裝置、動(dòng)力裝置、控制裝置和平衡裝置，沿安裝在拱底的行走軌道行進(jìn)（見(jiàn)圖 2）。

1）行走驅(qū)動(dòng)組合裝置包含車輪架、行走車輪、水平導(dǎo)向輪、電動(dòng)機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)鏈輪、常閉式電磁制動(dòng)器、夾軌裝置、阻尼緩沖器等，整套裝置安裝在桁架結(jié)構(gòu)上部并連接復(fù)合軌道系統(tǒng)。檢查車重量由行走車輪承受，驅(qū)動(dòng)鏈輪僅提供檢查車行進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力。夾軌器由液壓系統(tǒng)單獨(dú)控制，其默認(rèn)為關(guān)閉狀態(tài)以?shī)A緊軌道；通電后4個(gè)夾軌器全部打開(kāi)，檢查車啟動(dòng)行走[2-3]（見(jiàn)圖3）。

2）檢查車采用隨車鏈輪與固定式鏈條的驅(qū)動(dòng)型式，檢查車在驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)下沿布置在鋼桁拱底的行走軌道行進(jìn)，固定式鏈條共2條，分別固定安裝在2條行走軌道上，軌道中心線距離為4.6 m。

復(fù)合軌道系統(tǒng)由行走軌道系統(tǒng)和固定式鏈條系統(tǒng)組成。

行走軌道系統(tǒng)主要包括行走軌道、軌道托架、連接螺桿、連接板、墊板和連接螺栓，軌道托架與拱圈下平聯(lián)連接并固定行走軌道。

固定式鏈條系統(tǒng)主要包括固定式鏈條、鏈條保護(hù)軌、鏈條托板和固定螺栓。鏈條保護(hù)軌與軌道通過(guò)焊接連接，用于固定鏈條及鏈條托板，安裝槽沿橋預(yù)留有足夠調(diào)節(jié)量；鏈條托板通過(guò)摩擦型高強(qiáng)螺栓固定在保護(hù)軌上（見(jiàn)圖4）。

3）電氣系統(tǒng)由1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組提供獨(dú)立電源，放置在檢查車桁架上，電源為380V三相交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)共4臺(tái)，采用軟啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。行走速度通過(guò)變頻器接入PLC控制，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。檢查車控制采用按鈕控制器，可直接在檢查車上實(shí)現(xiàn)命令實(shí)時(shí)輸入。

1.3 工作原理

新型鏈條軌道式檢查車是專門(mén)為拱橋管養(yǎng)維護(hù)時(shí)運(yùn)送檢查人員研究設(shè)計(jì)的專用檢查設(shè)備。檢查車上配備有柴油發(fā)電機(jī)組，提供獨(dú)立電源；檢查車沿拱圈下固定安裝的行走軌道行進(jìn)，行走軌道上布置有固定鏈條，鏈條側(cè)有專門(mén)的U型槽保護(hù)軌，檢查車行走機(jī)構(gòu)上配備驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)而在軌道上爬行[3]。

1.4 技術(shù)參數(shù)

結(jié)構(gòu)尺寸：長(zhǎng)2 900 cm×寬280 cm×高400 cm，自重：6.5 t，驅(qū)動(dòng)方式：鏈輪鏈條，行駛速度：變頻控制10 m/min，制定方式：電磁制動(dòng)，動(dòng)力：柴油發(fā)電機(jī)組供電，限載：3人500 kg，風(fēng)速≤6級(jí)。

2 軌道安裝方案確定

該拱圈檢查車需在拱圈下平聯(lián)K撐橫桿通過(guò)抱箍鎖定行走軌道，必須在主拱肋合攏后方可施工。檢查車通過(guò)汽車吊即可在拱腳平臺(tái)組拼安裝，但軌道系統(tǒng)因其安裝位置特殊無(wú)法利用如汽車吊、纜索吊等大型設(shè)備進(jìn)行軌道安裝，且無(wú)操作平臺(tái)可供人員利用進(jìn)行安裝調(diào)整，其行走軌道運(yùn)輸困難、安裝調(diào)整安全隱患大，因此解決行走軌道安裝固定即為重中之重。

2.1 方案比選

1）頂升法：設(shè)計(jì)4套頂升機(jī)構(gòu)安裝于拱腳處行走軌道正后方，按照先跨中最后拱腳的安裝順序?qū)ΨQ施工，分段逐一利用導(dǎo)向軌、鏈條葫蘆和牽引輔助頂升安裝。其頂升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、噸位大，需單獨(dú)設(shè)置人員安裝平臺(tái)同步施工，輔助工序多，操作復(fù)雜、安全威脅大、成本高。

2）卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引法：于跨中段左右正對(duì)行走軌道位置設(shè)置2套卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)，按照先拱腳最后跨中的安裝順序?qū)ΨQ施工，利用簡(jiǎn)易吊籃運(yùn)輸、鏈條提升輔助牽引安裝。其需單獨(dú)設(shè)置人員安裝平臺(tái)，操作簡(jiǎn)便、成本相對(duì)低，但牽引系統(tǒng)在跨中桁架上安裝和拆除非常困難。

3）簡(jiǎn)易安裝車輔助法：結(jié)合檢查車構(gòu)造特點(diǎn)，單獨(dú)設(shè)計(jì)1套簡(jiǎn)易安裝車代替原檢查車桁架結(jié)構(gòu)連接其他構(gòu)件，利用原有動(dòng)力控制系統(tǒng)，確保能順橋向運(yùn)輸軌道和有足夠的人員操作空間，按照先拱腳最后跨中的安裝順序施工，鏈條提升輔助安裝。其設(shè)計(jì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、制造成本低、人員協(xié)同少，可實(shí)現(xiàn)人員和軌道同步運(yùn)輸，兼顧操作平臺(tái)，操作簡(jiǎn)便、安全可靠。

經(jīng)過(guò)比選，行走軌道安裝固定采用簡(jiǎn)易安裝車輔助法為最佳方案。

2.2 簡(jiǎn)易安裝車構(gòu)造

簡(jiǎn)易安裝車結(jié)構(gòu)為銷軸連接的拼裝式鋼結(jié)構(gòu)[4]，材料為Q235角鋼，配置原拱圈檢查車的行走驅(qū)動(dòng)組合裝置、動(dòng)力裝置、控制裝置。新加工制造的桁架車體上設(shè)置有滾軸式軌道支撐固定裝置，可以輕松使待安裝的軌道縱向滑動(dòng)；同時(shí)設(shè)置有將待安裝軌道固定的鏈條，可以保證軌道在運(yùn)輸過(guò)程中與簡(jiǎn)易安裝車固定牢靠不滑落（見(jiàn)圖5～圖6）。

3 檢查車安裝施工

3.1 行走軌道安裝

1）施工準(zhǔn)備

對(duì)進(jìn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收，在拱腳平臺(tái)正上方桁架上安裝吊裝軌道的固定卷?yè)P(yáng)機(jī)作為提升站，將全橋拱圈待安裝軌道的準(zhǔn)確位置進(jìn)行標(biāo)示。

2）拱腳段軌道安裝

在拱腳平臺(tái)利用25 t汽車吊吊裝、手動(dòng)鏈條輔助將覆蓋區(qū)域內(nèi)的軌道托架安裝到位，按照從拱腳向跨中的順序，分節(jié)吊裝待安裝的行走軌道并固定在軌道托架上。

3）行走驅(qū)動(dòng)組合裝置安裝

先將原檢查車配置的行走驅(qū)動(dòng)組合裝置組裝到位，包含車輪架、行走車輪、水平導(dǎo)向輪、電動(dòng)機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)鏈輪、常閉式電磁制動(dòng)器、夾軌裝置、阻尼緩沖器等，然后利用汽車吊吊裝將其連接在拱腳段已安裝行走軌道上，調(diào)整驅(qū)動(dòng)鏈輪使其與固定鏈輪正常咬合，調(diào)整夾軌裝置、行走車輪使其與行走軌道側(cè)面貼合緊密。

4）簡(jiǎn)易安裝車安裝

利用汽車吊吊裝已組裝完成的簡(jiǎn)易安裝車，與行走驅(qū)動(dòng)組合裝置固定，將置于簡(jiǎn)易安裝車上的動(dòng)力、控制裝置線路與行走驅(qū)動(dòng)組合裝置連接，然后調(diào)試動(dòng)力、行走、制動(dòng)和緊急斷電時(shí)系統(tǒng)閉鎖反應(yīng)。簡(jiǎn)易安裝車使用原理與原檢查車一樣，其車體重量由行走車輪承受，驅(qū)動(dòng)鏈輪僅提供車體行進(jìn)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力。

5）軌道安裝

剩余軌道提前運(yùn)輸至拱腳平臺(tái)并正對(duì)行走軌道下方的提升站，緩慢移動(dòng)簡(jiǎn)易安裝車將待安裝軌道準(zhǔn)確放置在滾軸式軌道支撐固定裝置上固定牢靠，利用鏈條葫蘆固定；人員操作安裝車同步運(yùn)輸至待安裝橋位，利用手動(dòng)鏈條輔助將軌道提升到位，與軌道托架連接固定。依次循環(huán)運(yùn)輸安裝直至跨中，然后拆除簡(jiǎn)易安裝車、行走驅(qū)動(dòng)組合裝置，再次按照上述步驟施工對(duì)岸剩余行走軌道直至跨中合攏。

3.2 軌道調(diào)整

由于拱圈為曲面，為使后期檢查車在行走軌道上行駛安全、順暢不跳車，需將每節(jié)軌道對(duì)接后調(diào)整固定鏈條使其順接，并分別鏈接后形成一條完整的固定式鏈條供檢查車運(yùn)行使用。

1）拼裝過(guò)程中調(diào)整

行走軌道分別從拱腳向跨中安裝，將兩節(jié)段行走軌道接頭處固定鏈條通過(guò)連接件鏈接牢靠。如果間距不適合鏈接，將后安裝行走軌道接頭處的鏈條托板螺栓輕微放松，向已安裝行走軌道移動(dòng)使其固定鏈條間間距滿足連接件鏈接要求，然后鎖定鏈條托板。

2）軌道跨中聯(lián)結(jié)調(diào)整

兩岸軌道分別安裝至跨中位置，再次測(cè)量跨中合攏處軌道間隙，適當(dāng)調(diào)整鏈條松弛，將軌道的鏈條相連，微調(diào)就位貫通全橋軌道。如果間距過(guò)大無(wú)法調(diào)整就位，則需選擇距偏差大的一側(cè)從跨中開(kāi)始分節(jié)段解開(kāi)接頭處固定鏈條連接件，調(diào)整好后與另一側(cè)不調(diào)整固定鏈條鏈接，依次向拱腳方向調(diào)整直至鏈接形成全橋貫通軌道。

3.3 檢查車安裝調(diào)試

拆除簡(jiǎn)易小車及拱圈上其他輔助設(shè)施，組裝檢查車桁架結(jié)構(gòu)并安裝動(dòng)力裝置、控制裝置等剩余組件，連接整個(gè)系統(tǒng)線路，全面調(diào)試動(dòng)力、行走、制動(dòng)和緊急斷電時(shí)系統(tǒng)閉鎖反應(yīng)等。

4 結(jié)語(yǔ)

新型鏈條軌道式檢查車僅使用一個(gè)月即安裝完成，其成功研發(fā)和投入使用，標(biāo)志著我國(guó)在橋梁管養(yǎng)維護(hù)研究方面取得了顯著的進(jìn)步，安全可靠、綠色生態(tài)、可持續(xù)的設(shè)計(jì)思路與理念，對(duì)于我國(guó)后續(xù)橋梁建造技術(shù)研究有著重要的借鑒和推動(dòng)作用。