箱梁隧道口倒裝設備的研制與應用

邢立成

(秦皇島優益重工科技有限公司 河北秦皇島 066000)

1 引言

箱梁隧道口倒裝設備是由秦皇島優益重工科技有限公司研發設計，適用于鐵路雙線箱式預制梁在隧道口從運梁車[1-3]卸下并滿足運架一體機[4-6]裝梁的設備，該設備于2018年研制成功，并首次用于赤喀鐵路雙線預制箱梁運輸倒裝施工。圖1為該倒裝實景。

該設備可將運梁車馱運的預制箱梁卸下，并將卸下預制箱梁高度減低1.2 m，滿足運架一體機裝梁。該設備替代傳統提梁機，不僅占用場地小，而且降低施工成本，將運梁車運梁速度快的優點和運架一體機可攜梁通過隧道的優點相結合，提高了多隧高鐵雙線箱梁的運梁效率。

圖1 箱梁隧道口倒裝設備

2 設備簡介

2.1 主要技術參數

橫梁型式:U型彎梁結構

額定起重量:750 t

頂升速度:0.18 m/min

升降行程:1 200 mm

重 量:約70 t

最大部件運輸尺寸:9.6 m×1.6 m×1.67 m

2.2 結構組成

該設備主要由倒換橫梁、支撐倒換裝置、承載油缸、液壓系統及橫梁錨固裝置等組成。倒裝設備結構如圖2所示。

圖2 倒裝設備結構組成(單位：mm)

2.3 主要部件介紹

(1)倒裝橫梁:為避免運梁車裝梁時與輪胎提梁機[7-9]的大車架干涉，倒換橫梁制作成U型彎梁結構；倒換橫梁共制造兩件，分別支撐在混凝土箱梁的前后兩端，橫梁高1.67 m、寬1.6 m、長9.6 m，橫梁支撐混凝土箱梁的上蓋板上安裝有兩塊橡膠板；倒換橫梁是倒運裝置承受荷載的主要構件，為保證倒換橫梁強度，采用Q460C鋼板制造。

(2)支撐倒換裝置:由凹凸墊板、上橫梁、伸縮式導向柱、承載底座、承載油缸等組成，如圖3所示；支撐倒換裝置共制造四組，分別固定于倒梁隧道口處的混凝土基礎上，其上部分別對應倒換橫梁的兩端，可支撐起倒換橫梁。

圖3 支撐倒換裝置結構示意(單位：mm)

(3)液壓系統:采用兩套液壓控制系統，分別控制前后兩組支撐倒換裝置的液壓缸，兩組系統交替工作，前部兩條液壓缸下降時，后部兩條液壓缸鎖死，通過系統中的節流閥，將兩條油缸獨立開來，保證左右是兩個支撐點；前部兩條動作的油缸將節流閥打開，使兩油缸之間管路串通[10]，在下降時可通過壓力分配油液，反之亦然，使一組中兩條油缸串通或獨立，始終保持混凝土箱梁三點受力不受扭力。

3 主要技術特點

(1)倒換橫梁制作成U型彎梁結構，在運梁車回到梁場裝梁時，可有效躲避開輪胎搬梁機的大車架，保證運梁車可順利從搬梁機側門架通過，保證裝梁高效性，如圖4所示。

圖4 裝梁示意(單位：mm)

(2)支撐倒運裝置升至高位，可與運梁車上倒裝橫梁對接，將倒裝橫梁及混凝土箱梁頂起，運梁車卸載，并在運梁車退出后前后交替下降1 200 mm，滿足運架一體機提梁需要，如圖5所示。

圖5 倒裝示意(單位：mm)

(3)運架一體機從預制箱梁側面橫移過來，橫移至混凝土箱梁正上方，運架一體機將混凝土箱梁提升100 mm后，混凝土箱梁底面可越過倒裝橫梁上頂部位置，順利橫移出去，如圖6所示。

圖6 運架一體機提梁示意(單位：mm)

(4)倒裝橫梁與支撐倒換裝置上橫梁之間設有一組凹凸墊板，凹凸墊板之間接觸面為弧面結構，沿順箱梁方向擺動±1°，橫箱梁方向擺動±0.5°，保證在前后交替下降和橫向油缸自適應調節時起到球鉸的作用，避免結構產生內力。

(5)支撐倒換裝置導向柱為伸縮套形式，底座為外套，銷軸孔處采用半孔式結構，在倒換裝置攜梁下降前，需將銷軸插入上一個軸孔內，作為保護銷；如油缸不正常卸載，混凝土箱梁突然下落，一個孔距后，銷軸落入半孔內承載止動。

4 施工流程

4.1 倒裝場地處理

倒裝設備安裝場地位于運梁進隧道前的路基[11]上，路基需加寬約9.8 m，縱向長度105 m，并在后部留16 m斜行路基，加寬路基為方便運架一體機主機縱向通過并橫移取梁，后部斜行路基為運梁車斜行到加寬路基的過渡區域，因運梁車只具備30°斜行功能[12]，不具備整體橫移功能，所以只能在支撐倒換裝置后部留出供運梁車斜行的行走區域。

支撐倒運裝置下部底座與地面基礎固定，固定位置事先澆筑混凝土基礎，如圖7所示；混凝土基礎承載力需滿足150 t/m2，基礎處需預埋錨固螺栓或預留鋼筋，以便與支撐倒運裝置連接固定。

圖7 場地處理示意(單位：mm)

4.2 倒裝流程

場地處理完畢，支撐倒換裝置在倒裝場地安裝、調試完成，準備倒裝，具體操作步驟如下:

(1)運梁車在路基上運梁，然后通過斜行區域，斜行到加寬的路基上。

(2)運梁車在加寬路基上繼續前行，將倒換橫梁與支撐倒換裝置對接。

(3)用支撐倒換裝置支撐倒裝橫梁，運梁車降低位狀態，與倒換橫梁脫離，然后運梁車駛出預制梁下方。

(4)前后兩套支撐倒換裝置交替下降，將預制梁整體降低1 200 mm。

(5)運架一體機行駛到路基加寬處。

(6)運架一體機橫移取梁。

(7)運架一體機提梁橫移回到運梁通道，運梁駛離。

5 結構強度驗算

對于該倒裝設備來說，其最關鍵的受力結構即為倒裝橫梁，且因空間等問題限制，倒裝橫梁必須制作成U型結構，這就對其受力產生極大的考驗，U型拐臂處極易造成應力集中，為保證其結構強度，在設計之初對倒裝橫梁進行了建模及受力分析。

通過對倒裝橫梁的受力分析計算，從而確定橫梁的應力、變形等穩定性條件。橫梁采用Q460C材質鋼板焊接而成，內部為箱形多室結構，鋼板許用應力280 MPa，泊松比0.3，對倒裝橫梁施加載荷，考慮動載系數，橫梁上兩支撐板各承載190×1.1＝210 t豎直方向壓力。

經計算得出結果，橫梁主體部分應力分布比較均勻，上下蓋板應力約為100 MPa，支座下轉折處有應力集中現象，應力為250 MPa在許用范圍之內，不會對U型梁整體承載性造成影響。

6 結束語

倒裝設備安裝于隧道口，赤喀項目大里程方向運梁最遠運距約為29 km，隧道距梁場約15 km，運梁車馱梁最快速度為6 km/h，而運架一體機重載運梁車最快速度僅為3 km/h，也就是在后半程箱梁運輸時，倒裝設備可為運梁節省1/2時間。該倒裝設備替代了傳統的提梁機，不僅占用施工場地小，同時極大節約了項目施工成本，是一種高效、經濟的鐵路箱梁施工輔助設備。