高鐵運架一體式架橋機發展與性能比較研究

魏岳峰 毛凌一 張淼瑋

(石家莊鐵道大學河北省交通應急保障工程技術研究中心 河北石家莊 050043)

1 引言

20世紀90年代初期，意大利高速鐵路網開始逐步建設，對大噸位架橋機有了更多的應用需求，為架橋機開拓了市場，這使意大利更早地開始了新型大噸位架橋機的研發，如Nicola、Deal、Spic等公司開始研發900 t級架橋機，并在本國取得了良好發展。我國當時沒有自主研發改進架橋機的意識，大噸位架橋機主要從國外引進。但在發展過程中，兩國對于架橋機的定位有所不同，“高速鐵路架橋機”這一概念由我國于1996年最早提出[1-2]。時至今日，我國高速鐵路架橋機的應用規模與技術發展程度已經得到了大幅提升。

2 運架一體機分類及特性介紹

運架一體機分為由意大利Nicola公司生產的具有下導梁機的運架一體機(后文稱下導梁式運架一體機)和由石家莊鐵道大學生產的SLJ900/32流動式運架一體機(后文稱流動式架橋機)兩種。

2.1 運架一體機分類

(1)下導梁式運架一體機

下導梁式運架一體機最早由意大利Nicola公司研發，為我國早期引進的運架一體機機型，如圖1～圖2所示。下導梁式運架一體機主要由下導梁機和運架梁機組成，雖省去了運梁車部分，提高了施工效率、簡化了施工工序[3-4]。隨著施工環境趨于復雜，下導梁的存在使得該種架橋機的適用范圍受限，并不適用于多隧道線路，且當時的使用成本與整體造價都較高。

圖1 下導梁式運架一體機

圖2 下導梁式運架一體機組成

(2)流動式架橋機

流動式架橋機由石家莊鐵道大學自主研發，主要由金屬結構、起升系統、整機走行系統、液壓系統和電氣控制系統等部分組成，如圖3所示。金屬結構包括主梁、輔助支腿、主支腿、前車架、后車架；起升系統包括前后起重小車、卷揚機、吊具；整機走行系統包括前、后車懸掛[5-6]。運梁時后車架與前車架支撐成一跨式，提梁時后車架與主支腿支撐成一跨式。

圖3 流動式架橋機

該架橋機適用于多隧道線路，節約施工時間，解決了在隧道施工中復雜費時的問題。除去了下導梁部分在施工中帶來的不便，簡化了架梁順序。不久又研發出改進型流動式架橋機，加設中支腿以代替原有架橋機的輔助支腿，在中支腿與前支腿的共同支撐下進行架梁。

2.2 運架一體機特點分析

2.2.1 施工優勢

與傳統的運架分離式架橋機相比，運架一體機施工優勢明顯。

(1)實現了提梁、運梁和架梁作業由1臺設備完成，即一體化作業，作業流程簡捷、轉場方便。避免使用運梁車，無需使用過渡軌等器材進行運梁車與架橋機的對接，省去了運梁車從梁場將待架梁運至現場、為保持整體重量平衡起重天車前后兩次移動、后支腿與中支腿反復打開收縮、馱梁小車與架橋機天車通過控制系統協同運行等施工流程[7]，提高了施工效率和架梁速度、簡化了施工流程。

(2)設備集成化程度高，作業機械化程度高。運架一體機集機、電、液設計于一身，高度集成。

(3)相對適應了多隧道線路的建設，大大減少了過隧時間。運梁方式從馱運過隧改為跨運過隧，易于通過隧道。無需對待架梁的翼緣板進行剪切以減少頂寬而后進行二次澆筑的辦法來通過隧道、無需分次回填隧道仰拱、無需升降支架或拆卸轉折架橋機的構件以降低架橋機設備的高度和寬度[8]。節省了時間，降低了施工成本，同時避免了對隧道的損傷破壞。

(4)在出隧道的第一孔梁架設時架橋機恢復較為簡單，不需要較長的恢復場地，在一定程度上解決了緊鄰隧道口架梁的問題。

2.2.2 施工劣勢

與無隧道工況下的運架分離作業模式相比，運架一體機存在一些劣勢。

(1)綜合作業效率不高

從梁場到待架孔距離越遠，效率越低。運架分離式作業時，運梁車可在喂梁結束后先返回梁場與架橋機作業同步并行；而運架一體機無法完成該工序的同步進行，造成時間上的浪費。

(2)整機重量相對較大，綜合耗油量較大

對于下導梁式運架一體機來說，還存在以下缺點:①由于下導梁的存在，首末兩孔架設的施工工序比傳統架橋機的工序更加復雜，且安全性較低。②在架設進隧道前最后一孔梁時，需移動下導梁；而出隧道口架梁時，只有在出隧道口處梁長滿足一定長度的前提下才可進行架梁。隧道內架梁、隧道口架梁時步驟繁瑣的問題仍然存在。③過孔依賴下導梁，需對下導梁與橋墩上的預埋件進行錨固，施工流程復雜；落梁時，前抽下導梁使架橋機受力復雜，整體穩定性較差，加大了施工危險程度[9]。

3 運架一體機機型性能比較

3.1 下導梁式運架一體機與流動式架橋機性能比較

以我國引進的900 t級穿隧式下導梁運架一體機及由我國石家莊鐵道大學自主研發的流動式運架一體機為例進行技術參數比較，比較結果見表1。

從結構組成、施工工序、對施工環境的適應性等方面對下導梁式運架一體機和流動式架橋機的性能進行比較，比較結果見表2。

表1 下導梁式運架一體機與流動式架橋機技術參數比較

表2 下導梁式運架一體機與流動式架橋機性能比較

3.2 流動式架橋機優勢

由表1～表2可知，與目前既有的各類架橋機相比，流動式架橋機具有獨到的技術優勢。

(1)依賴三角形結構主支腿和拖輪系統的支持，實現自身穩定。主支腿各輪組始終保持滾動，避免卡死事故；下托輪組處設有液壓馬達驅動系統，減小過孔時主支腿對橋墩產生的彎矩和水平分力。

(2)依靠架橋機整機獨自完成架梁作業，無需其他輔助器具與下導梁機參與作業，減輕了自重且結構形式更為簡單[10]；無需攜帶下導梁進行轉場，采用全輪獨立轉向技術，在施工、轉場過程中調整比較方便；在架梁方向改變時，較容易實現橋上整體掉頭等施工工序[11]。

(3)更適合于多隧道線路架梁，易于實現進入隧道前最后一孔、出隧道后第一孔梁的架設，提高了架橋機對于深溝、峽谷等施工環境的適應性。

(4)簡化了線路中架設首、末孔梁的施工工序，提高了整機的穩定性，施工更加安全。

(5)以往高鐵施工中依靠下導梁機完成過孔。為防止過孔架梁過程中下導梁傾覆，特別強調需對下導梁機與橋墩預埋件進行錨固；而本機型施工時省去了這一工序，無需對主支腿進行錨固，可單獨依靠主支腿放于待架孔前方橋墩。

(6)受場地限制影響較小，在緊鄰高速鐵路、曲率半徑較小等狹小空間內或無法借助路基上橋等不利工況下也可進行架梁；可進行橋位取梁，提高了對惡劣施工條件的適應能力。

(7)易于實現整機變跨。僅需將后起重小車縱移方向滑道內的支撐架位置進行調整，移動后起重小車來實現變跨，其他作業工序不變。

(8)整機自重較輕，綜合油耗較低，施工成本減少。

3.3 改進型流動式架橋機

改進型流動式架橋機(后文稱為流動式架橋機B型)繼承了原有機型(后文稱為流動式架橋機A型)的大部分特點，機型結構與組成部分基本相似，用中支腿代替了原有的輔助支腿。

3.3.1 流動式架橋機A型與流動式架橋機B型性能比較

從結構組成、施工工序、對施工環境的適應性等方面對流動式架橋機A型和流動式架橋機B型的性能進行比較，比較結果見表3。

表3 流動式架橋機A型與流動式架橋機B型性能比較

3.3.2 流動式架橋機B型創新點

(1)從結構上用中支腿代替輔助支腿。待架箱梁始終由起重天車吊起，保持四點起吊、三點平衡的理想狀態[12]。避免了待架箱梁在已架箱梁上臨時落梁、反復起吊，保證了已架箱梁不受扭轉、不再承擔由臨時落梁產生的載荷。

(2)流動式架橋機B型的大部分構件、組成部分和原有流動式架橋機相同，降低了創新成本，保留了原有架橋機的技術優勢。

4 結論

高鐵架橋機在我國已經完成了從引進到改進、從改進到自主創新的轉變，在保證基本不增加任何施工步驟的前提下，解決了線路首末孔架梁、高鐵箱梁運輸通過隧道、緊鄰隧道口及隧道內架梁的問題，逐步提高了作業效率和對施工環境的適應性，大幅降低了高速鐵路建設的成本。

同時，高鐵架橋機施工應用中仍存在對架橋機維護和管理不完善、施工人員不嚴格按操作流程施工、缺乏安全意識的問題，對技術人員的培養水平與規模也應有所提高。