高鐵1 000 t/40 m簡支箱梁運架裝備成套技術發展綜述

湯友富 何建華 雷升祥 萬 鵬

(1.中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600；2.中國鐵建股份有限公司 北京 100855)

1 引言

我國高速鐵路標準跨距的預應力混凝土簡支箱梁[1]，從2000年秦沈客專的24 m跨，到2005年合寧鐵路的32 m跨，再發展到目前推廣應用的40 m跨[2-3]，歷經三階段，相應的運架裝備也經歷三次重大技術創新，其額定運輸、起吊重量也從24 m跨的600 t級，到32 m跨的900 t級，再到40 m跨的1 000 t級[4]。時速250 km、350 km的高速鐵路隧道標準斷面半徑為R6410 mm、R6650 mm，在隧道斷面不變的情況下，由于40 m箱梁相對32 m箱梁，除其跨度、重量增加外，梁的高度也增加了200 mm，原來32 m箱梁低位運梁車研發技術，也沒法全部套用，需創新設計一種新型的運梁車來滿足過隧需要。相應地，分體式架橋機與運架一體式架橋機也由于過隧、起重量及跨度增加等原因而需要重新研制。

高速鐵路1 000 t/40 m標準跨距預應力混凝土簡支箱梁，由于是我國近幾年創新開發的，國外目前還沒有這種梁型，為此，對我國新研制且用于工程實踐的幾套高速鐵路1 000 t/40 m箱梁運架裝備進行梳理，系統總結其成套運架技術，為同行參考。

2 高鐵1 000 t/40 m箱梁運架裝備需滿足的工況要求

為適應山嶺地區橋隧相連、隧道口架梁、曲線架梁、大坡度架梁等需要，研制的高速鐵路1 000 t/40 m簡支箱梁運架裝備要滿足以下要求:

(1)額定運輸、起重量為1 000 t，滿足高速鐵路24～40 m(含)雙線預制簡支箱梁的運架。

(2)運梁過隧時，對箱梁斷面、隧道斷面不做任何特殊要求即可直接運梁通過高鐵隧道。

(3)可在縱坡≤30‰線路上運架梁。

(4)可在曲線半徑≥2 000 m的線路上運架梁。

(5)可在隧道口架梁。

(6)運梁車、架橋機需具有信息化系統和智能安全監控系統。

3 高鐵1 000 t/40 m箱梁運架裝備成套技術發展分析

3.1 高鐵箱梁運架成套裝備分類及發展現狀

高速鐵路運架箱梁的成套裝備，從運梁、架梁功能是否分開來講，分為兩大類:一類是運梁、架梁功能分別由運梁車、架橋機完成的運架分體式架橋機(簡稱“運架分體機”)；另一類是集運梁、架梁功能于一體的運架一體式架橋機(簡稱“運架一體機”)。運架分體機適宜在平原地區或過隧運架梁少的項目選用，運架一體機適宜在橋隧相連的山嶺地區或過隧運架梁多的項目選用。

從目前國內已研制應用且符合第2章工況要求的高速鐵路1 000 t/40 m箱梁運架裝備來看，運架分體機代表性研制單位有兩家:一家是中鐵工程機械研究設計院有限公司(以下簡稱“中鐵機械院”)與中鐵二局集團有限公司(以下簡稱“中鐵二局”)聯合研制[5-6]，另一家是中鐵第五勘察設計院集團有限公司(以下簡稱“中鐵五院”)與中鐵十一局集團有限公司(以下簡稱“中鐵十一局”)聯合研制[7]。而運架一體機研制只有一家，即中鐵五院與中鐵十一局聯合研制的[8-9]，具體見表1所示。從表1可看出，只有中鐵五院與中鐵十一局聯合研制出高鐵1 000 t/40 m簡支箱梁運架一體機、運架分體機全部成套設備。除以上兩家外，目前參與研制的單位還有秦皇島天業通聯重工股份有限公司、鄭州新大方重工科技有限公司、邯鄲中鐵橋梁機械有限公司，由于其研制的成套運架裝備技術少見文獻報道，以下僅對中鐵機械院與中鐵二局、中鐵五院與中鐵十一局研制的成套運架設備技術進行論述。

表1 高鐵1 000 t/40 m箱梁運架成套裝備分類

3.2 第1套技術:“YLS1000運梁車 ＋JQS1000架橋機”的運架成套技術

YLS1000運梁車＋JQS1000架橋機，可運架40 m、32 m、24 m高鐵標準雙線箱梁，也能運架20～40 m之間跨度的非標準箱梁，YLS1000運梁車能馱運JQS1000架橋機、40 m高鐵雙線箱梁通過隧道，能在隧道出口5 m、進口-20 m架梁，也能在曲線半徑≥2 000 m、縱坡≤30‰的線路架梁。該套運架裝備在鄭濟高鐵[10](設計時速350 km)于2018年9月完成40 m箱梁首跨架設，可日架40 m箱梁1.5～2孔[11]。

3.2.1 YLS1000運梁車

3.2.1.1 設備組成

YLS1000運梁車是低位過隧運梁車，由馱梁臺車、車體、頂升裝置、液壓支腿、走行輪組、動力系統、制動系統、轉向系統、液壓系統、電氣系統、司機室等組成，見圖1[12-13]。

圖1 YLS1000運梁車運梁

3.2.1.2 主要技術參數(見表2)

表2 YLS1000運梁車主要技術參數

續表2

3.2.2 JQS1000架橋機

3.2.2.1 設備組成

JQS1000架橋機，采用五支腿、雙主梁結構，主要由機臂、前后起重小車、前支腿、中支腿、后支腿、前輔助支腿、后輔助支腿、電氣系統、液壓系統、司機室組成，見圖2。該機為一跨步履式架橋機，通過前、中、后及前輔助支腿完成過孔；后輔助支腿僅用于架橋機轉場。

圖2 JQS1000架橋機架梁

3.2.2.2 主要技術參數(見表3)

表3 JQS1000架橋機主要技術參數

3.2.3 該套裝備(YLS1000運梁車＋JQS1000架橋機)運架施工技術

(1)裝梁。分兩種情況:一是不過隧架梁時，裝梁就用制梁場的提梁機吊梁至前后馱梁臺車上；二是過隧架梁時，裝梁前前后馱梁臺車讓出裝梁位，用提梁機吊梁至前后馱梁臺車頂升裝置的支撐墊箱上。裝梁時確保三點支撐，且壓力基本一致。

(2)運梁。在路基或橋上時，運梁車正常中位行駛即可；要過隧道時，除前面說的裝梁時用墊箱支撐梁外，懸掛輪組中位狀況下再降90 mm，啟用自動駕駛，安全通過隧道。

(3)頂梁復位(過隧架梁時才有)。運梁過隧時，由于梁是支撐在頂升裝置的墊箱上，為后序配合架橋機喂梁需要，啟動頂升裝置的油頂，將墊箱支撐轉換到前后馱梁臺車支撐。

(4)喂梁。該運梁車是兩次喂梁:第1次是前后馱梁臺車一起滑動走行，把箱梁送至伸出運梁車前端800 mm；第2次是架橋機前起重小車吊起待架梁前端，與后馱梁臺車同步拖拉，走行到位停車，架橋機后起重小車吊起待架梁后端，喂梁結束。之后運梁車返回提梁站或制梁場進行下次運梁。

(5)吊梁走行、落梁就位。架橋機的前、后起重小車同步吊梁走行到位；起重小車橫移對位落梁(縱、橫向調整)；支座灌漿；箱梁就位。

(6)架橋機過孔。架橋機架設完一跨箱梁后，準備過孔；后支腿下翻并支撐在鋼軌上，前支腿與剛架箱梁錨固；兩起重小車后移，前輔助支腿和中支腿離地；后支腿走行輪和前支腿托輪驅動整機縱移到位；中支腿支撐可靠，再支撐前輔助支腿；前輔助、中、后支腿支撐，前支腿縱移到位；起重小車運行至取梁位，前輔助支腿前移，后支腿向上翻折；過孔完成，準備架下一孔梁。

(7)重復前面6項工作，進入運架梁循環作業。

3.3 第2套技術:“TJ-YLS1000/40運梁車＋TJJQS1000t/40m架橋機”的運架成套技術

TJ-YLS1000/40運梁車＋TJ-JQS1000t/40m架橋機，可運架40 m、32 m、24 m高鐵標準雙線簡支箱梁，也能運架20～40 m之間跨度的非標準箱梁，TJ-YLS1000/40運梁車能馱運TJ-JQS1000t/40m架橋機、40 m高鐵雙線箱梁通過隧道，能在隧道出口3 m、進口-40 m架梁，也能在曲線半徑≥2 000 m、縱坡≤30‰的線路架梁。該套運架裝備在南沿江城際鐵路(設計時速350 km)于2020年6月完成40 m箱梁首跨架設，可日架40 m箱梁2.5～3孔，最高16 h架了6孔40 m箱梁[14]。

3.3.1 TJ-YLS1000/40運梁車

3.3.1.1 設備組成

TJ-YLS1000/40運梁車也是低位過隧運梁車，由車架、前后馱梁機構、懸掛總成、轉向系統、液壓系統、動力系統、電氣控制系統等組成，如圖3所示[15]。

圖3 TJ-YLS1000/40運梁車運梁

3.3.1.2 主要技術參數(見表4)

表4 TJ-YLS1000/40運梁車主要技術參數

3.3.2 TJ-JQS1000t/40m架橋機

3.3.2.1 設備組成

TJ-JQS1000t/40m架橋機，采用三支腿、雙主梁結構，主要由主梁、起升系統、后支腿、輔助支腿、前支腿、液壓系統、電氣系統及安全監控系統等組成，如圖4所示。該機也為一跨步履式架橋機，通過前、后、輔助支腿完成過孔。第1套技術中JQS1000架橋機有5條支腿，而本架橋機只有3條支腿，從構造上就少2條支腿。

圖4 TJ-JQS1000t/40m架橋機

3.3.2.2 主要技術參數(見表5)

表5 TJ-JQS1000t/40m架橋機主要技術參數

3.3.3 該套裝備(TJ-YLS1000/40運梁車＋TJJQS1000t/40m架橋機)運架施工技術

(1)裝梁。也分兩種情況:一是不過隧架梁時，裝梁就用制梁場的提梁機吊梁至運梁車的前后馱梁機構上；二是過隧架梁時，馱梁臺車運行至運梁車的最尾部，安裝支撐臺座，用提梁機吊梁至運梁車的馱梁臺座、支撐臺座上。裝梁時確保三點支撐，且壓力基本一致。

(2)運梁。在路基或橋上時，運梁車正常中位行駛即可；要過隧道時，運梁車可以中位通過，為進一步安全運輸，懸掛輪組中位狀況下再降100 mm(從表4知其調節范圍為±250 mm)，此時運梁高度僅為1.2 m；再啟用自動駕駛，快速通過隧道。

(3)頂梁(過隧架梁時才有)。運梁時，由于梁是支撐在馱梁臺座、支撐臺座上的，為后序配合架橋機喂梁需要，在前起重小車吊起箱梁前端后，啟動頂升裝置的油頂，將梁尾部的臺座支撐轉換為馱梁臺車支撐。

(4)喂梁。該運梁車僅一次喂梁:架橋機前起重小車吊起待架梁前端，與后馱梁臺車同步拖拉，走行到位停車，架橋機后起重小車吊起待架梁后端，喂梁結束。之后運梁車返回提梁站或制梁場進行下次運梁。

(5)吊梁走行、落梁就位。架橋機的前、后起重小車同步吊梁走行到位；起重小車橫移對位落梁(縱、橫向調整)；支座灌漿；箱梁就位。

(6)架橋機過孔。架橋機架設完一跨箱梁后，準備過孔；兩起重小車后移，鋪設軌道，轉換后支腿支撐體系；后支腿走行輪和前支腿托輪驅動整機第一次過孔；支撐輔助支腿，前支腿脫空、縱移至前墩；前支腿支撐，輔助支腿收縮，后支腿走行輪和前支腿托輪驅動整機第二次過孔到位；轉換后支腿支撐體系，起重小車運行至取梁位，輔助支腿向上翻折；過孔完成，準備架下一孔梁。

(7)重復前面6項工序，進入運架梁循環作業。

3.4 第3套技術:TJ-YJ1000t/40m運架一體機成套技術

TJ-YJ1000t/40m運架一體機[16-17](又稱“昆侖號架橋機”)可運架40 m、32 m、24 m高鐵標準雙線箱梁，也能運架20～40 m之間跨度的非標準箱梁，能不解體吊運40 m高鐵雙線箱梁通過隧道，也能在隧道進出口及隧道內架梁，是一種“全能型”高鐵架橋機。該運架一體機在福廈高鐵(設計時速350 km)于2020年6月完成40 m箱梁首跨架設，可日架40 m箱梁2～2.5孔。

3.4.1 設備組成

TJ-YJ1000t/40m運架一體機(昆侖號架橋機，見圖5)，主要組成部分有前車、后車、主梁、主支腿、中支腿、起吊系統、動力系統、電氣液壓控制系統、液壓系統以及監控系統等。

圖5 TJ-YJ1000t/40m運架一體機

3.4.2 主要技術參數(見表6)

表6 TJ-YJ1000t/40m運架一體機主要技術參數

3.4.3 該套裝備(TJ-YJ1000t/40m運架一體機)運架施工技術

(1)裝梁。不過隧架梁和過隧架梁時，裝梁是一樣的，TJ-YJ1000t/40m運架一體機到制梁場或提梁站取梁。

(2)運梁。在路基、橋梁或過隧道時，該運架一體機都一樣吊著梁行駛至待架工位。過隧時低位行駛即可。

(3)安裝主支腿。運架一體機的前車頂升，安裝主支腿至橋墩。

(4)第一次支撐體系轉換。前車懸掛收起，架橋機由主支腿和后車支撐，完成第一次支撐體系轉換。

(5)后車主動驅動、主支腿從動驅動，推送運架一體機整機前行，至中支腿位于已架箱梁前方支座正上方時停車，完成第一次過孔。

(6)支起中支腿，待架箱梁前端放置在已架設的箱梁前端(臨時落梁)，主支腿前移至待架孔前方橋墩，支好主支腿，隨后收起中支腿，完成第二次支撐體系轉換。

(7)前吊點提起箱梁，由后車及主支腿驅動裝置推動整機前行到位，完成第二次過孔。

(8)精確對位、落梁完成，澆筑支座砂漿。

(9)整機后移，使前車走行系統到達已架設箱梁頂面，收起主支腿返回梁場取梁。

(10)重復前面9項工序，進入運架梁循環作業。

4 結束語

高速鐵路1 000 t/40 m簡支箱梁，其運架裝備第1套(YLS1000運梁車＋JQS1000架橋機)技術在鄭濟高鐵開始工程應用，第2套(TJ-YLS1000/40運梁車＋TJ-JQS1000t/40m架橋機)技術在南沿江城際高鐵開始工程應用，第3套(TJ-YJ1000t/40m運架一體機，又稱“昆侖號架橋機”)技術在福廈高鐵開始工程應用，之后各套技術在杭忂、昌景黃、湖杭、汕汕等高鐵得到推廣應用，實踐表明:

(1)這三套運架裝備技術都滿足高速鐵路1 000 t/40 m簡支箱梁運架施工要求。

(2)第1套技術在鄭濟高鐵可日架40 m梁1.5～2孔；第2套技術在南沿江城際高鐵可日架40 m梁2.5～3孔(最高16 h架了6孔)；第3套技術在福廈高鐵可日架40 m梁2～2.5孔。

(3)在平原地區或過隧少的項目，選用第2套運架分體式架橋機(TJ-YLS1000/40運梁車＋TJJQS1000t/40m架橋機)技術較好；在橋隧相連的山嶺地區或過隧多的項目，選用第3套運架一體機(昆侖號架橋機)技術較好。

(4)這幾套技術，隨著工程應用經驗積累，對運梁車、分體式架橋機、運架一體機也會隨之改進設計，如在設備的輕量化、智能化、操作方便性、安全性方面進行優化，使之更好地服務于高鐵40 m簡支箱梁的運架施工。