一種架設全預制橋梁架橋機的設計及應用研究

賈力鋒

(鄭州新大方重工科技有限公司 河南鄭州 450064)

1 前言

隨著中國城市化進程及中國橋梁建設技術的快速發展，中國高架橋建設越來越多，如何能在保證橋梁安全及使用壽命的前提下快速施工，這對橋梁架設施工的裝備提出更高要求[1]。同時隨著預制裝配式建筑技術的推廣及應用，橋梁建設的全預制裝配技術也開始進行了研究及施工探索。通過在工廠生產出建筑部件，再在現場進行裝配，這樣不僅能對構件進行工廠化管理，提高生產效率，而且全預制可以減少原始現澆作業，大量減少了施工中造成的環境污染，減少工人現場工作量，提高了施工效率，節約了成本，并且施工周期短。這種全預制裝配式橋梁建設作為一種綠色建筑建造技術也得到國家相關部門的推廣應用。我國寧波舟山港主通道魚山石化疏港公路橋梁建設是浙江首例較大規模的裝配建設施工項目，作為一家專業的橋梁裝備設計制造企業，我們與浙江省交通規劃設計研究院一起完成了該項預制裝配橋梁的設計及研究，同時為全預制橋梁施工建設提供裝備支持[2]。

2 架橋機組成及工作原理

該架橋機主要由主框架、前輔助支腿、前支腿、后支腿、前天車、后天車、托輥、后頂高、附屬結構、液壓系統、電氣系統等組成。架橋機組成見圖1。

圖1 架橋機組成(單位：mm)

2.1 技術參數

前天車額定起升能力:130 t

后天車額定起升能力:80 t

架設梁跨:30 m

立柱及蓋梁最大重量:120 t

吊裝方式:兩車抬吊或單獨起吊

喂梁方式:橋后喂梁或墩柱、蓋梁橋下喂梁

過孔移位速度:0～3 m/min

整機橫移速度:0～3 m/min

適應縱坡:30‰

設備外形尺寸(長×寬×高):80 m×11 m×32.6 m

2.2 工作原理

(1)架設墩柱、蓋梁:架橋機主梁采用兩跨半長度，五支腿結構，架設墩柱及蓋梁時前輔助支腿支撐在橋墩前方支架上，前支腿站立在已架蓋梁上，后支腿、托輥、后頂高均站立在已架設橋面上。運梁車分別將前方待架墩柱及蓋梁從已架橋面運入架橋機腹內，通過前、后天車配合將墩柱架設好，待墩柱與承臺間連接強度滿足后，架橋機再通過前天車將蓋梁與已架墩柱連接好[3]。

(2)架梁:架橋機完成前跨墩柱的安裝，在等待墩柱與承臺間接縫等強過程中，架橋機可以安裝后跨整孔梁。將梁通過運梁車運入架橋機腹內，架橋機通過前、后天車將梁安裝在后跨，通過整機及天車的橫移功能，完成多片T梁或小箱梁的架設。

(3)過孔:架橋機在完成前跨墩柱、蓋梁架設及完成后跨整孔梁的架設安裝后準備過孔。架橋機后支腿自行至前支腿后方橋面站好，托輥自行至已架好橋面距墩柱中心約12 m處站立，前支腿自行至前跨蓋梁上站立，前輔助支腿收起，后頂高收起，前、后天車走行至托輥上方位置，開始過孔。架橋機過孔到位后，前輔助支腿站立在下一跨承臺前方支架上，準備開始下一跨墩柱、蓋梁及整孔梁架設施工[4]。

2.3 主要部件介紹

(1)主框架:由2根桁架主梁、前后聯系梁組成，兩主梁中心距8 m，每根主梁分8段，主梁全長為80 m，上弦設置天車軌道，下弦蓋板作為托輥軌道，單根梁寬1.5 m，高3.5 m，通過銷軸連接。

(2)前輔助支腿:前輔助支腿位于主梁前部，為固定支腿，上部通過橫梁與主梁前端上弦連接。為滿足施工需要，前輔助支腿需在4～26 m高度范圍調整，過孔時處于脫空狀態，可滿足設備架設墩柱、蓋梁，完成過孔、拼裝等工況施工要求[5]。

前輔助支腿立柱、連接系均為快速連接設計，滿足立柱向上及向下的空間要求，前輔助支腿架設時站立在前方支架上。前輔助支腿站立架設狀態見圖2。

圖2 前輔助支腿站立狀態(單位：mm)

(3)前支腿:作為架橋機主支撐件，主要由托輥輪箱、橫梁、立柱、橫移機構、支承油缸、橫移軌道、附屬結構等組成。

前支腿站立在蓋梁上，下部有橫移機構，可與后支腿配合完成整機橫移功能，設置斜撐及壓力傳感裝置，監控支腿縱向穩定。前支腿蓋梁站立架設狀態[6]見圖3。

(4)后支腿:作為架橋機主支撐件，主要由托盤、旋轉臺、橫梁、縱移機構、橫移機構、支承油缸、墊塊、附屬結構等組成。

后支腿始終站立在橋面，為設備縱向穩定支腿，通過橫移機構站立在橋面的橫移軌道上，為架橋機縱移及橫移提供動力。

(5)前天車:前天車為一臺起重量較大的部件，與后天車共同提升整孔梁。另一個重要功能是獨自完成墩柱、蓋梁的吊運及調整。前天車主要由縱向走行機構、天車橫梁框架、卷揚機平臺及定滑輪系統、吊具組件、動滑輪系統、卷揚機、橫向走行機構、鋼絲繩等組成。吊具為專用吊具，配備縱、橫坡調整油缸及360°回轉機構，可具備將墩柱及蓋梁進行多個自由度調整的功能，滿足墩柱及蓋梁精確對位的要求。前天車專用吊具[7]見圖4。

圖3 前支腿蓋梁上站立狀態(單位：mm)

圖4 前天車專用吊具(單位：mm)

(6)后天車:后天車主要由縱向走行機構、卷揚機平臺及定滑輪系統、吊具組件、動滑輪系統、卷揚機、橫移機構、鋼絲繩等組成。后天車主要配合前天車完成墩柱及整孔梁的吊裝。

(7)托輥:由托輥輪箱、立柱及下部支撐架組成，協助架橋機過孔時的臨時支撐裝置。

(8)后頂高:后頂高位于主框架最后端，為固定腿，由立柱、橫梁、頂升油缸等組成。平時支撐橋面，架橋機整機橫移時處于脫空狀態，架橋機過孔時則協助主支腿一起完成設備過孔[8]。

3 關鍵技術

3.1 前輔助支腿高度調整機構

設備需要滿足墩柱架設，前輔助支腿的高度要比墩柱還高，同時架設末孔時前輔助腿還需要站立在路基上，本次前輔助支腿采用立柱、套筒橫梁與步進油缸配合，完成大范圍高度變化能力。橫向連接框架采用可拆卸模塊，通過步進油缸與橫梁的配合，能滿足支腿立柱大范圍高度變化。能滿足設備的功能要求，立柱可分段及橫向連接框架套可前后分瓣拆解，即可快速完美解決設備過孔及末孔架設要求[9]。

3.2 前、后天車聯動控制技術

架橋機在架設墩柱時先通過前、后天車從運梁車上將墩柱起吊。此時墩柱處于水平狀態，如何使墩柱從水平狀態安全可靠地變為豎直站立狀態，除了采用專用吊具外，前、后天車在前跨需要配合作業，根據縱移及下放速度的算法，通過PLC控制，可以使后天車在縱移過程中吊點自動下放，平穩可靠地將墩柱變為豎直狀態。后天車與墩柱解除連接，由前天車獨立起吊墩柱，然后通過前天車橫移，將墩柱安裝在相應位置[10]。

3.3 前支腿防傾斜傳感器控制裝置

前支腿在墩頂站立時，為保證支腿縱移過孔時前支腿的縱向穩定，設置了連接斜撐。同時為保證受力的可控，斜撐銷軸設置壓力傳感器，通過讀取銷軸處壓力大小，及時了解前支腿傾斜狀態，若壓力超出設計值將自動停止設備過孔前移，達到自動控制功能，保證施工安全[11]。

4 施工流程

架橋機為兩跨長度，通過前跨可以滿足墩柱及蓋梁的架設，在墩柱與承臺及墩柱與蓋梁間連接濕接縫等強時，可以架設后跨橋梁，交錯施工，達到高效合理的施工目的。以下步驟(見圖5)詳細說明架橋機如何完成前跨與后跨配合施工，完成全預制橋梁的架設。

圖5 架橋機施工流程(單位：mm)

5 結束語

隨著全社會對環境保護意識增強，綠色建筑及綠色施工的理念越來越得到認可。預制裝配施工在橋梁建設中得到更廣泛推廣，與之相配套的施工裝備也應運而生，通過本文所述架橋機在實際工程中應用的成功經驗，能為今后裝配式施工技術在其他類型橋梁的裝配設計及施工提供更多借鑒意義[12]。