240 t級U型梁運架設備研制與應用

張兆欽

(中鐵十四局集團第五工程有限公司 山東濟寧 272117)

1 研制背景

近年來，隨著我國基礎設施大規模建設，在城際軌道交通高架橋建設過程中，U型梁做為一種下承式結構梁，其相對于傳統的T型梁和箱型梁具有環保節能、外形美觀、運營成本低、系統先進高效等特點，目前已在上海、南京和重慶等城軌交通領域應用，在國內城際軌道交通領域尚處于推廣階段[1]。

在軌道交通建設中，傳統U型梁架設直接采用吊車吊裝或者輪軌運架設備架設[2]。吊車吊裝受地理條件影響，特別河道較多地區，而輪軌式運架需要鋪設長距離軌道，運梁速度慢，運輸和架設坡度適應性差，適應梁型單一，使得U型梁運架成本和施工時間大大增加。傳統施工方式都存在施工局限、施工成本高和效率低下等缺點[3]。

青島藍色硅谷軌道交通快線又名青島軌道R1線，連接青島主城區與藍色硅谷核心區。該工程南起于苗嶺路站，北至即墨市王村新城的鹽田東站，線路全長59.2 km。該工程全線主要以高架橋架設方式為主，橋梁上部結構全部采用U型梁設計[4]。整個工程中鐵十四局集團承擔了約1 200片U型梁的預制架設任務，施工線路復雜，坡度大、曲線段多、沿線河流多及工期短任務重，若采用傳統方式，不能滿足線路施工要求。如何安全高效滿足工程要求，是需要研究的重要課題。為此聯合鄭州新大方重工科技有限公司研制了240 t級U型梁運架設備，該設備采用運架分離施工，輪胎式運梁車橋上運梁，配合架橋機架梁。相比傳統方式，該套設備不受制于地理環境，適應坡度大、施工速度快、適應梁型多樣，可大大提高施工效率和設備應用范圍。

2 240 t級U型梁運架設備組成

240 t級U型梁運架設備由DCY240輪胎式運梁車和DF240架橋機組成，施工過程兩者配合使用。

2.1 DCY240輪胎式運梁車

DCY240輪胎式運梁車整機分為前車(接近架橋機)、后車兩部分，主要由車架、液壓懸掛、驅動橋、制動橋、從動橋、動力系統、液壓系統、空氣制動系統、電控系統、轉向系統、前車液壓泵站等組成。運梁車總體結構見圖1。

圖1 DCY240輪胎式運梁車總體結構(單位：mm)

2.1.1 DCY240輪胎式運梁車技術特點

(1)整機采用輪胎式走行，接地比壓小，適應路面強，懸掛輪組為單輪胎承載，寬度窄，適應有預埋鋼筋的狹小空間的橋面運行。

(2)整機采用液壓懸掛、液壓分組，可以實現整機三四點分組。運架U型梁采用三點分組，避免U型梁受扭；馱運架橋機時采用四點分組，增強整機穩定性。

(3)整機采用微電控制液壓連桿轉向，可以實現直行和八字轉向，前后車可以單獨轉向，轉彎半徑小，方便配合架橋機進行小曲線喂梁[5]。

(4)整機采用分布式動力和集中驅動布置，前車動力僅為前車提供轉向和制動，后車動力提供后車轉向和制動，并為整機走行提供動力。簡化整機驅動控制，提高了整機運行同步性。

(5)整機采用液壓驅動，可以實現空載5 km/h、重載3 km/h，縱坡4%，無極調速，牽引力大，爬坡能力強。

(6)整機采用液壓驅動配合電機驅動的架橋機天車喂梁，適應坡度大、速度快。

(7)整機前后車分開，自重低、軸載小，方便縱梁調整，適應梁型長度更廣泛。

2.1.2 DCY240輪胎式運梁車主要技術參數

額定運載重量:240 t；

車輛自身質量:70 t；

總質量:310 t；

輪系:2縱列20軸線；

驅動懸掛:6套；

制動懸掛:18套；

從動懸掛:16套；

空載平地車速:0～5 km/h；

滿載平地車速:0～3 km/h；

滿載爬坡車速:0～1 km/h；

配合架橋機喂梁速度:0～3 m/min；

適應縱坡:4%；

適應橫坡:3%；

整機功率:后車166 kW、前車39 kW；

外形尺寸(長×寬×高):44.5 m×5.9 m×2.8 m(中位)；

懸掛升降:±200 mm；

接地比壓:0.72 MPa；

轉向角度:±30°；

轉彎半徑:外47 m、內35.5 m。

2.2 DF240架橋機

DF240架橋機由雙組合桁架梁及聯系梁組成的主梁、前支腿、中支腿、后支腿、前天車、后天車、過孔橫梁、附屬結構、液壓系統及電氣系統等組成[6-8]。架橋機總體結構見圖2。

圖2 DF240架橋機總體結構(單位：mm)

2.2.1 DF240架橋機技術特點

(1)采用組合桁架兩跨半主梁和三支腿兩天車系統，整機結構簡單、操作方便。

(2)主梁在過孔及架梁工況均為簡支結構，受力明確、安全性高。

(3)架橋機整機過孔是由運梁車后天車配合中支腿托輥完成。運梁車不但對線路曲線適應能力強，而且有效降低對槽型混凝土梁的正壓力，也為架橋機過孔節約了一套驅動系統，經濟效益好。

(4)中支腿支撐主梁的上下兩層橫梁可相對橫向移動和轉動，便于實現線路小曲線架設。

(5)天車可橫移，利用變頻電機驅動，運行平穩、精確度高。

(6)天車吊具可橫向折疊，便于天車取、落梁。

(7)過孔采用輪軌、托輥技術，連續性好、方便快捷。

(8)架橋機過孔、前后天車走行均采用變頻技術，啟動、制動平穩；整機采用遙控器控制，便于操作。

(9)液壓系統采用獨立單元設計，使系統簡化和模塊化，減少沿程損失和功率損耗，方便維修和搬運。

(10)設備操作配置遙控，可以實現就近操作，避免因視線不同、溝通不暢、判斷失誤等因素造成的系統風險。

2.2.2 DF240架橋機主要技術參數

架設跨度:18 m、25 m、30 m；

天車數量:2個；

單天車起吊能力:120 t；

天車起升速度:重載0.5 m/min、空載1 m/min；

天車縱移行走速度:重載3 m/min、空載6 m/min；

天車橫移速度:0.33 m/min；

整機縱移過孔速度:4.2 m/min；

起升高度:7 m；

天車橫移范圍:±3 m；

適應曲線:R≥300 m；

適應坡度:縱坡3%、橫坡3%；

喂梁方式:運梁車配合喂梁；

夜間施工照明:滿足夜間作業需要；

裝機容量:75 kW；

發電機組功率:100 kW；

整機自重:207 t；

外形尺寸(長×寬×高):64 m×13.2 m×10.8 m；

控制方式:遙控。

3 施工流程

整套設備施工流程分為架梁、架橋機過孔、架橋機變小跨、架橋機變大跨[9-10]。

3.1 架梁流程

步驟一:

(1)架橋機空載，運梁車運梁到位；

(2)架橋機準備架梁；

(3)前天車安裝吊具、提梁。

步驟二:

(1)前天車提梁與后運梁車同步前進到位后停車；

(2)后天車安裝吊具、提梁；

(3)運梁車返回梁廠取梁。

步驟三:

(1)前、后天車提梁縱移到位；

(2)前、后天車攜梁橫移、對位、落梁；

(3)架橋機完成一幅梁的架設。

步驟四:

(1)前、后天車退回原架橋機空載待架梁位置；

(2)架橋機重復步驟一至步驟三(運梁車在橋面等待配合過孔)；

(3)架橋機架設完成另一幅梁，架橋機準備過孔。

3.2 過孔流程

(1)運梁車運梁進入架橋機；

(2)前天車吊過孔橫梁與主運梁車連接；

(3)前天車吊中支腿向前運行；

(4)前天車吊中支腿向前運行30 m，到達前支腿后方；

(5)前天車回到后天車附近；

(6)前后支腿收起，主運梁車推動架橋機主梁向前運行30 m，前支腿到達前方蓋梁；

(7)前天車吊過孔橫梁放置于中支腿位置，并回到吊梁位置。

此時，過孔完成，準備架梁。

3.3 架橋機變小跨流程(30 m變25 m)

步驟一:

(1)運梁車與架橋機機臂連接；

(2)按標準施工流程過孔；

(3)前、中支腿及運梁車支撐架橋機。

步驟二:

(1)利用倒鏈將后天車與后支腿連接；

(2)脫空后支腿，后天車吊運到25 m梁架設安裝位；

(3)變跨流程結束；

(4)運梁車返回取梁，架橋機準備架梁。

3.4 架橋機變大跨流程(25 m變30 m)

步驟一:

(1)架橋機配合運梁車架完一孔梁；

(2)準備過孔。

步驟二:

(1)架橋機按標準流程過孔；

(2)前、中支腿及運梁車支撐架橋機；

(3)天車與后支腿連接。

步驟三:

(1)后天車吊運后支腿到架設30 m梁安裝位；

(2)變跨結束。

4 關鍵技術

(1)運梁車采用分布式動力系統和集中驅動系統布置，前車動力系統僅為前車提供轉向和制動，后車動力系統提供后車轉向和制動，并為整機驅動系統提供動力。簡化整機驅動控制，提高了整機運行同步性。

(2)懸掛輪組為單輪胎承載，寬度窄，適應有預埋鋼筋的狹小空間的橋面運行，見圖3。

(3)運梁車配置有超聲波測距裝置，實時檢測車輛中心與道路中心的間距，自動修正走行輪轉角，保證運梁車沿道路中心行走，避免運梁車運行過程中偏移路線碾壓預埋鋼筋。

圖3 運梁車運梁斷面

(4)運梁車采用液壓懸掛、液壓分組，軸載均勻，可以實現整機三四點分組，運架U型梁采用三點分組，避免U型梁受扭；馱運架橋機時采用四點分組，增強整機穩定性。

(5)架橋機吊機通過機械結構實現四點起升、三點平衡，U箱梁起吊受力明確。

(6)架橋機吊具由滑輪組、吊具支架和小吊具等組成。小吊具通過銷軸與吊具支架連接，吊梁完成后，吊具旋轉，從已架好梁內升起吊具，見圖4。

圖4 吊具及工作狀態

(7)小吊具上安裝有扁擔梁，扁擔梁與小吊具通過銷軸連接。該銷軸孔為長圓孔，扁擔梁會隨著吊梁尺寸的變化而相應移位以適應吊梁孔的變化以及不同梁型的吊裝。

(8)運梁車與架橋機配合喂梁，采用液壓驅動輪胎走行與電機驅動輪軌同步控制喂梁技術[11-12]。

5 現場應用

青島藍色硅谷軌道交通快線，中鐵十四局集團承擔了約1 200片U型梁的預制架設任務。沿線多河流，路線坡度最大2.9%，最小曲線半徑450 m。采用DCY240輪胎式運梁車和DF240架橋機施工作業，不受線路環境狀況和復雜工況的影響，實現2%以上大坡和450 m小曲線半徑架梁，整體效率比傳統輪軌方式高50%以上，施工安全高效，創造了單機單班日架梁6片的全線最高紀錄，以全線第一成績完成施工任務。施工現場見圖5。

圖5 現場應用

6 結束語

240 t級U型梁運架裝備是U型梁架設的專用設備，解決了以往施工技術存在的困難，填補了U型梁架設專用設備的空白。隨著基礎設施的大力建設，在城際軌道交通高架橋建設過程中，U型梁會得到廣泛應用，此項技術通過實際檢驗值得推廣和借鑒。