鐵路橋梁施工中架橋機的應用探討

摘要：針對某城鐵中小半徑曲線以及大坡度的情況，在考慮經濟性基礎上選用架橋設備。根據所選用設備，對橋梁在小半徑曲線和大坡度路段的運輸和架設施工的技術可行性進行驗證，最終肯定了所選用架橋設備在該城鐵中應用的可行性，也為后續鐵路橋梁施工中架橋機的應用提供了參考。

關鍵詞：架橋機;小半徑曲線;大坡度;牽引力

0" "引言

比起地下線路而言，高架橋線路在建設成本和運營成本方面低一些[1]。但因城市具有較多復雜性和多變性的公共設施，以及稀缺性的土地資源，在現有范圍內能提供給軌道交通規劃設計建設用地非常有限，因此在設計時，常常采用小半徑曲線以及大坡度的方式來應對上述困難。 本文針對某城鐵中小半徑曲線以及大坡度的情況，在考慮經濟性基礎上選用架橋設備。根據所選用設備，對橋梁在小半徑曲線和大坡度路段的運輸和架設施工的技術可行性進行驗證，最終肯定了所選用架橋設備在該城鐵中應用的可行性，

1" "項目概況

1.1" "工程簡介

某鐵路線路規劃建設總長度為101.8km，全線軌道類型均為60kg/m的鋼軌，扣件類型為彈條II型，軌枕為600mm中心間距的新型II型混凝土軌枕。高架線路全線總長1.538km，上部結構為32m跨徑的簡支T梁橋，質量120t，線路最小曲線半徑為400m，最大坡度為30‰。

1.2" "架設方案

橋梁架設施工可分為人工和機械兩種方式。人工架設的方式僅可在較少預制梁、橋群較為分散或交通條件較為不便等的工況下使用，其通過搭設滿堂支架等方式進行現場澆筑施工，在橋梁梁片強度滿足要求之后即可進行滑道的鋪設，以便開展人工橫移使落梁就位[2]。該種方式有投入較少的優點，但所需施工工期較長，且對施工人員的素質有較高要求。

機械施工方式多數用于現場設有梁場預制梁片的施工，在待架梁通過運梁車輛運輸到橋頭之后，將預制梁片以架橋設備進行吊裝就位。該種施工方法具有施工工期短、安全性高的特點，但所需投入較大，一般情況下鐵路簡支梁使用專用的架橋機施工。

城市軌道交通建設中的橋梁多為高架橋梁。在預制T梁架設施工時，人工架設方式難以滿足工期和質量要求。但因為城市軌道交通的小半徑曲線以及限制坡度均與國鐵標準有所不同，因此針對某一工程設計架橋機需花費較長時間，對前期成本投入而言存在較大壓力。

從經濟性考慮，具體施工時可考慮使用DJ168型以及DJ180型單導梁架橋機。施工時先將鐵路T梁通過鐵路輪軌車輛運輸至橋頭位置，再將其換裝至運架平車上，最后轉運至待架橋處進行吊裝就位[3-4]。鑒于單導梁架橋機在市場中已經較為成熟，本文以DJ168或DJ180型單導梁架橋機進行施工，以更好的利用既有設備等資源，并在確保安全質量的同時，盡可能加快施工工期。

1.3" "曲線過跨

1.3.1" "第一次轉彎線性調整

將天車、前中支腿的螺栓松開，并將相對位移約束解除。在前支腿的后方位置架設臨時中支腳以進行支撐，通過反滾輪組在曲線外側單動，使前支腿的橫梁朝前移動，在曲線內側朝后移動，確保前中支腿間的橫向移動距離最大。

前支腿調整之后，將中支腿后方用作支撐的臨時中支腿移動到前方，整機進行橫向移動讓臨時中支腿始終保持支撐作用。讓中支腿上的橫梁通過反滾輪組沿著曲線的外側朝后，沿著曲線的內側朝向前面移動，反向讓前中支腿橫向移動到尾支腿在橋面邊緣進行支撐。

1.3.2" "第二次轉彎線性調整

支撐起中支腿，使其前移到約25m的安全最小間距位置，此時架橋機有最大的轉彎調整程度。在前中支腿的間距移動天車使整機得到平衡，使用水準儀進行前中支腿主梁的高差測量，確保其坡度小于1%。朝向曲線內側移動前支腿，以中支腿作為圓心進行整機旋轉，以調整好架橋機。

1.3.3" "前臨時支腿就位

朝前推動架橋機主梁，當前面的臨時支腿比墩蓋梁超出約20cm時即可停止，通過反滾輪組朝前推動一側主梁，直到主梁橫聯與墩蓋梁的中心線保持平行。繼續超前推動主梁，在墩蓋梁位置進行前臨時支腿的定位。

1.3.4" "中支腿就位

定位好前臨時支腿后，在尾支腿朝向主梁軸線的位置朝前推動臨時中支腿，使其移動到可以進行支撐的位置進行支撐。在支撐好臨時中支腿后，在中支腿后側朝向曲線內側位置支撐尾支腿，使尾支腿和臨時中支腿相互間錯開支撐。中支腿上方位置必須有天車壓載，使臨時中支腿和尾支腿錨固于橋面的預埋鋼筋。

脫空中支腿，使其移動到臨時中支腿的后方位置進行支撐。脫空臨時中支腿，使其移動到前支腿的后方位置進行支撐。在中支腿的后方位置設置尾支腿進行支撐，脫空中支腿使其移動到前支腿后方位置進行支撐，以完成中支腿的定位。

1.3.5" "架橋機第三次調整

在脫空前支腿之后，上橫梁和下橫梁存在相對位移，此時應使用手拉葫蘆進行調整，并朝前移動前支腿，使其位于超前墩進行支撐。第三次朝前推動主梁，反向移動前中支腿使兩者達到極限位置，以保證架橋機線性達到設計要求。最后進行架橋機的轉彎，以實現線性的調整，最后再進行梁片的架設。

需要注意的是，在進行第二次的線性調整時，兩支腿反滾輪組間距因為旋轉作用而有所減小，導致前中支腿有所傾斜。因此必須將前中支腿的壓板螺栓固定鎖好，確保兩者每次橫向移動均在50cm以內，并且需對前支腿垂直度進行實時觀測。若發現前支腿出現傾斜時，應立即停止施工?？墒褂们爸鹊姆礉L輪組單動進行調整回正，再繼續進行橫向移動。將前支腿夾軌器固定鎖好，確保中支腿可以移動到極限位置。

2" "運梁車通過小半徑曲線可行性分析

2.1" "預制T梁運輸方案

在鐵路運輸中，預制T梁屬超級超限貨物，因此在運輸時能夠符合通過小半徑曲線的要求，是城市軌道交通施工時能否應用鐵路架橋機的關鍵所在[5]。本項目預制T梁在施工時，采用的是分片預制和架設的施工方法，即提前在合適場地進行T梁的預制和儲存，在施工完路基以及橋隧等項目之后，再通過鐵路運輸車將預制T梁推送至現場架設。

為成功運輸32m長度的預制T梁，需將3輛13.92m的N17型運輸車進行連接，以確保預制T梁可以成功放置在運輸車輛上。在一片預制T梁運輸過程中，承重車輛為兩側平板車，主要起到承擔梁片質量的作用。將固定和活動兩種類型的支座安裝到運輸平板車頂部，以確保在曲線地段運輸時，預制T梁可以進行縱向移動。中間平板車主要起到連接兩頭平板車的作用而不承擔T梁質量。

2.2" "可行性分析

2.2.1" "橫向水平力

當曲線地段有三輛連掛運輸車經過時，安設在車上的梁片會有橫向彎曲變形出現，并相應有橫向彎矩產生，彎矩大小計算為：

（1）

式中：M0表示彎矩， E表示梁片彈性模量，取值3.5×1010Pa;I表示梁片慣性矩，取值為0.8636m4;R表示梁片彎曲半徑，單位為m，其值與曲線半徑相等。可知，當運輸車經過曲線半徑為400m的地段時，梁片彎矩大小為75565kN。

基于材料力學原理，梁片彎矩等于兩支點距離和梁片橫向反力的乘積，而兩支點距離與32m的梁片跨度相近。梁片橫向反力會傳遞到鋼軌上，因此在鋼軌上作用的橫向反力與梁片中的橫向反力相等，即為75565/32=2361.4kN。

單個彈條II型扣件可承受40kN橫向力，三輛運輸車長下的彈條II型扣件有70套，因此三輛運輸車下可以承受2800kN的橫向力。該值比鋼軌上作用的2136.41kN的橫向力大，因此可知該運輸車可以成功經過400m半徑的曲線。

2.2.2" nbsp;竄動量計算

平板車上設置有固定支座，可限制梁片縱橫位移。在曲線路段運輸梁片時，其內外側仍能保持原有長度不出現改變。梁片外側會出現朝向內側的收縮，而內側會出現朝向外側的伸長，梁片會因該種變化而沿水平方向出現竄動?？紤]到活動支座上預制梁片所受阻力可忽略，因此預制梁片竄動量就等于梁片外側基于運輸車頂面寬度中心處的變化量，具體計算如下：

（2）

式中：△表示竄動量，S表示梁片外側與運輸車寬度中心的水平距離，即1/2的運輸車頂面寬度，取值為1.9m，L表示梁片跨度，32m。因此在運輸車在400m曲線半徑下運行時梁片竄動量為0.04m。活動支座有0.25m的允許位移最大值，可知在經過400m半徑的曲線路段時，梁片可保持在自由狀態。相關計算如圖1所示。

3" "通過大坡道的可行性分析

3.1" "牽引力驗算

本項目擬使用DF4B型機車作為梁片推送入場的動力設備，其質量為108t，啟動最大牽引力為326.8kN。

從施工工期上看，預制T梁每日需要架設至少4片，4片預制T梁共有480t的總質量，運輸車質量為360t，機車質量為108t，因此機車運輸時的總質量為948t。

在曲線路段運輸時，機車所受阻力包括坡道、曲線、啟動以及相應的附加阻力[6]。在30‰的坡道上，坡道阻力是所有阻力中最大的，此處僅對坡道阻力進行考慮。

列車阻力與線路坡度最大值有直接關系，列車阻力大小等于坡道方向上列車質量的分力數值，方向與坡道順坡向下平行。其計算方法如下：

（3）

式中：W表示列車助力，Q為列車質量，i為坡道坡度最大值，g代表重力加速度。

機車車輛牽引力最大值為326.8kN，從計算結果可知列車所受阻力遠小于牽引力，因此在曲線路段行駛時，機車牽引力可以滿足要求，能確保運梁車經過該地段。

3.2" "制動力驗算

機車車輛在長大坡道上行駛時若遇突發事件需進行制動時，必須確保機車車輛制動力能夠滿足緊急停車制動的要求[7-8]。因此在長大坡道地段運輸梁片時制動要求是否可以滿足，也是城市軌道交通中應用鐵路架橋機的關鍵所在。

為確保機車車輛在坡道上制動時可以維持不往下滑，應確保機車車輛的制動力比坡道方向上車輛整體質量的分力數值要大。列車單位制動力計算公式如下：

b=1000×φ×ψ=112.56kN" " " " " " " " " " （4）

式中：b為列車單位制動力;φ表示換算摩擦系數，取值為0.402;ψ表示列車制動換算率，取值為0.28。

列車制動力計算如下：

（5）

式中：B為列車制動力，其中，Q表示列車總重。

從計算結果可知，列車有著比坡道方向上總質量分力278.71kN 更大的制動力，因此機車車輛在需要緊急剎車時制動力能夠滿足要求。

4" "結語

在城市軌道交通中有應用架橋設備時，應針對項目條件、現場情況等因素，對所采用的架橋設備類型的技術可行性進行詳細分析，尤其是在預制梁片運輸方面，更應進行詳細的理論分析，以確保所選用的架橋設備以及施工方法合理可靠，確保項目經濟效益。

參考文獻

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