高速鐵路橋上運梁垂直會車方案及裝備研究

李朝紅,徐光興

(1.石家莊鐵道大學土木工程學院,石家莊 050043； 2.石家莊鐵道大學河北省交通應急保障工程技術研究中心,石家莊 050043)

引言

高鐵線路中，橋梁占據相當大的比例，其中絕大部分是簡支梁橋[1-3]。簡支梁橋多采用“預制+運架”的模式施工，運架梁可分為運架分離、運架一體兩種方式，其中，運架分離式方案采用運梁車運梁、架橋機架梁的作業方法，作業效率高，施工成本低，因而應用最為廣泛[4-6]。

預制梁場的位置和間距決定著運梁距離。梁場的征地、建設、復耕、設備投入等耗資巨大[7-8]，當前對鐵路工程建設的工期要求亦趨向科學合理，為降低施工成本，梁場間距往往設置較大，使運梁時間成為運架梁作業的控制因素。為提高運架梁作業工效，使運梁、架梁作業效率相互匹配，當運距較大時，最理想的解決方案是采用“兩運一架”甚至“多運一架”的施工方案，即用2臺或多臺運梁車配合1臺架橋機進行運架梁作業[9-10]。但高鐵線路的寬度只允許運梁車單向通行，無法進行會車作業，因而在實際工程中尚未大量采用。為此，需研究安全、經濟、合理的會車技術方案。

1 既有運梁會車方案

高鐵箱梁在梁場經由跨線提梁機橋上裝梁，或經由便道上橋后，通過在建高鐵路基、橋梁、隧道運到待架橋跨[11-13]。為解決2輛運梁車間的會車問題，既有案例多采用平面會車方案。

平面會車位置可選擇在路基上或橋上。選擇路基作為會車點時，需加寬該段路基，供運梁車空車通行，其缺點是征地、建設費用高，會車地點不能移動。

在橋上設置會車點時，需在橋梁一側搭建臨時會車平臺。文獻[14]即采用了這一方案，其臨時會車平臺長92 m，寬10 m，利用六四式軍用梁和六五式軍用墩拼組而成，見圖1。利用制式搶修器材拼組臨時平臺，可節約一定的設備制造成本，但搭建臨時墩仍需征地、建造臨時橋墩基礎。此外，運梁車出入平臺時經過4孔已架混凝土箱梁的懸臂翼緣板，需對其進行加固處理，翼緣板上的防護墻、電纜槽、接觸網支座等預埋件也需做相應的處理。在橋上設置臨時會車平臺，會車點同樣不便移動位置。

圖1 利用搶修器材搭建的臨時會車平臺(單位：mm)

2 垂直會車方案

為更好地解決2臺或多臺運梁車的會車問題，提出了一種新的橋上會車方案，即在會車點設置會車提升裝備，當空載運梁車從架梁點返回梁場、抵達會車點時，利用會車提升裝備將空載運梁車提起，待重載運梁車從其下方通過后，再將空載運梁車降至橋面，然后空載繼續駛向梁場，重載運梁車駛向架梁點，從而實現橋上會車作業。

垂直會車方案的會車點可設置在橋上或路基上，會車提升裝備可采用跨線龍門吊。采用跨線龍門吊的缺點是設備一次性投入費用高，需征地并建造龍門吊基礎，會車位置不便移動。為此，研究了一種橋上會車提升裝備[15]，該裝備直接放置在已架箱梁頂面，和現有技術、裝備相比，具有突出的優點。

3 會車提升裝備

3.1 會車提升裝備的組成

會車提升裝備由金屬結構、起升系統和電氣控制系統等部分組成，見圖2。

圖2 會車提升裝備的組成

(1)金屬結構

金屬結構是會車提升裝備的主體結構。為使運梁車通過會車提升裝備，金屬結構采用“O”形門架形式，由2個“O”形門架通過3根縱向聯系梁連接而成。

“O”形門架是會車提升裝備的主受力構件，吊裝荷載直接作用在門架平面內。門架凈寬滿足預制混凝土箱梁的通過需求，凈高滿足提升空載運梁車后重載運梁車的通過需求。為方便運輸，每個“O”形門架由2根上曲梁結構、2根下曲梁結構、2根支撐靴梁和1根下橫梁連接組成。上曲梁下方設起升機構，承受較大彎矩，采用等截面箱梁結構。下曲梁為壓彎構件，采用變截面箱梁結構，下部截面高度逐漸縮小。上、下曲梁間通過法蘭板連接。靴梁上端與下曲梁通過法蘭板連接，下端支撐在已架混凝土箱梁頂面，將門架自重和起升荷載傳遞給混凝土箱梁橋面。為減小門架荷載對混凝土箱梁懸臂翼緣板的作用，靴梁支撐點盡可能靠近混凝土箱梁腹板，并且靴梁沿縱橋向設計有足夠的長度。兩側靴梁之間通過下橫梁連接，靴梁上設有開口耳板，下橫梁兩端設銷軸，使下橫梁能方便地插入靴梁耳板。下橫梁僅受較小的軸力作用，其作用在于限制兩側曲梁的相對位移，使門架具有良好的整體性。為使運梁車順利通過，下橫梁高度限制在120 mm以內，兩側設過渡坡道。

縱向聯系梁在工作狀態不承受起升荷載作用，僅起聯系2個“O”形門架的作用，同時保證整個會車提升裝備的傾覆穩定性。在馱運轉場狀態，馱運支架伸出扁擔梁，挑在下面2根聯系梁靠近“O”形門架的根部。因承受荷載有限，聯系梁采用較小截面的箱形梁結構。

(2)起升系統

起升系統包括2套相互獨立的起升機構，分別布置在2個“O”形門架內部。每套起升機構由2臺卷揚機、2個轉向滑輪、2套定滑輪組和1套吊具組成，卷揚機布置在門架兩側中部，定滑輪組設在門架頂部下方。為讓出起升空間并優化鋼絲繩的入繩角度，在卷揚機和定滑輪組之間設有轉向滑輪。起升系統采用“四點起吊三點平衡”設計[16-17]，4個吊點分別由4套獨立的傳動裝置驅動。在鋼絲繩卷繞時，一個“O”形門架上的卷揚機和滑輪組分別獨立卷繞，形成連個獨立吊點，另一個“O”形門架上的2臺卷揚機的跑頭繩通過滑輪組串聯，形成一個平衡吊點，從而避免運梁車起吊時受扭。

(3)電氣系統

電氣系統采用全變頻拖動，起升動作啟停平穩，減小了對結構的沖擊作用。起升機構設同步控制系統[18-19]，由外部編碼器采樣測量鋼絲繩的線速度，保證4個吊點之間的起升誤差在2 cm以內。整套裝備采用遙控操作，備用手動操作，作業方便簡單。

3.2 會車提升裝備主要技術性能參數

會車提升裝備的主要技術性能參數見表1。

表1 主要技術性能參數

3.3 會車提升裝備的特點

和既有會車方案與配套設備相比，本文會車方案與會車提升裝備具有以下優點。

(1)隨著運距的加長，會車地點可不斷前移，從而始終保持最佳的運梁效率。

(2)會車提升裝備直接支承在橋面上，可節省大量征地和基礎建設費用。

(3)和跨線門吊造價相比，設備一次性投入顯著降低。

(4)和傳統門吊相比，裝備結構形式簡單、新穎，起升系統設置在“O”形門架支腿平面內，避免設置強壯的主梁結構，可顯著降低設備自重和造價。

4 會車作業程序

利用會車提升裝備進行橋上垂直會車作業的步驟如下。

(1)在箱梁預制場與待架橋跨之間的橋上會車點預先安裝會車提升裝備；空載運梁車從架梁點返回梁場，抵達會車點；重載運梁車運梁駛向會車點。如圖3所示。

圖3 會車作業步驟1

(2)利用會車提升裝備將空載運梁車提升至高處，給重載運梁車讓出通行空間；重載運梁車運梁到達會車點。如圖4所示。

圖4 會車作業步驟2

(3)重載運梁車從會車提升裝備提起的空載運梁車下方通過，駛向架梁點。如圖5所示。

圖5 會車作業步驟3

(4)空載運梁車下降至橋面，返回箱梁預制場運梁，完成橋上會車作業。如圖6所示。

圖6 會車作業步驟4

具體作業時，如重載運梁車先行抵達會車點，則需在會車點后方等候空載運梁車返回。隨著架梁點前移，運距加長，當等候時間過長時，可將會車點沿架梁方向前移。

會車提升裝備的轉場利用運梁車馱運進行(圖7)，轉場作業方便快捷。馱運時，運梁車承載托架低位駛入提升裝備腹部，將托架上部橫梁與會車提升裝備的聯系梁連接，運梁車走行懸掛恢復至中位，馱起提升裝備，即可馱運會車提升裝備轉場至下一會車點。

圖7 利用運梁車馱運轉場

5 工程應用

連徐高鐵站前Ⅳ標線路全長47.044 km，由中鐵十二局集團一公司承建。Ⅳ標段邳州制梁場位于邳州市碾莊鎮境內，負責邳州特大橋761孔雙線箱梁的預制生產和架設任務[20]。邳州特大橋2018年5月開始架設第一孔箱梁，隨著運距的加長，運梁時間遠遠超過架橋機架梁時間。

為加快施工進度，匹配運梁、架梁工序的作業效率，2019年10月項目部投入1臺會車提升裝備，徹底解決了長大橋梁運梁車會車難題。采用“兩運一架”施工方案后，架梁工效提高了1倍多。目前，邳州特大橋箱梁已全部架設完成，比計劃工期提前半年。

6 結語

為解決高鐵橋梁運架施工中2臺或多臺運梁車橋上會車問題，提出了一種垂直會車技術方案，并研究與之配套的會車提升裝備，主要結論如下。

(1)通過在橋上安裝會車提升裝備，利用會車提升裝備提升空載運梁車，使重載運梁車從下方通過，創新實現了橋上運梁垂直會車作業。

(2)隨著運距的加長，會車提升裝備可方便地轉場前移，會車點位置變化靈活，從而始終保持最佳的運梁效率。

(3)與既有會車方案相比，本方案設備一次性投入低，會車提升裝備直接支承在橋面上，可節省大量征地拆遷和基礎建設費用，具有顯著的經濟效益。

實際工程應用結果表明，利用2臺或多臺運梁車配合1臺架橋機進行長運距運架梁，可顯著提高架梁作業效率。垂直會車方案為高鐵橋梁橋上運梁會車作業提供了一種經濟、合理、高效的解決方案。