邱 梓

(中铁二十二局集团第二工程有限公司 北京 100144)

1 引言

我国高铁桥梁一直以来以24 m、32 m预应力混凝土简支箱梁为主，采用预制架设建造模式，大量使用提梁机、运梁车和架桥机等大型施工设备。而我国首创的40 m后张法预应力混凝土箱梁技术，在国内外尚处空白，具有技术创新性强，结构性能优异、速度适应性好，经济指标明确、工程适应性好等三大特色[1]。

1 000 t/40 m箱梁于郑济线长江特大型桥、福厦线湄州湾特大型桥等地成功试点使用，证实了与常规32 m/900 t级预制箱梁相比，40 m/1 000 t级预制箱梁具有跨度大、重量重、高度高、宽度宽等特点[2]。采用跨度40 m预制简支梁桥，可提高桥梁的跨越能力、增加桥跨布置的适应性、减少墩台基础的数量、扩大简支梁桥的适用范围，并可减少施工作业班次、提高生产效率，工程建设实际意义显著[3]。鉴于我国目前千吨级大型设备的发展，新型千吨级架桥装备推动了高铁40 m简支箱梁架设技术的提升，而探索新型高铁40 m箱梁架设技术将是我们迎接的一项新挑战，因此高铁40 m箱梁架设施工技术对于推广大跨简支箱梁有着非常重大的意义。本文依托的时速350 km南沿江城际铁路作为国内第一条大规模应用的40 m箱梁设计的铁路线，研究其架设特点，形成一套成熟的箱梁快速运架施工技术对高速铁路40 m箱梁架设工程具有借鉴意义。

2 工程背景

新建江苏南沿江城际高速铁路NYJZQ-7标起讫里程是DK165＋114(跨京沪高速公路特大桥7号墩)～DK199＋356(跨疏港特大桥621号墩)，正线全长34.24 km。工程地处无锡市江阴市与苏州市张家港市，主要的施工内容有正线路基106 m，桥梁34.13 km，制架预应力砼简支箱梁751榀，其中40 m简支箱梁366榀，连续梁42联(含一联钢构连续梁)。工期紧、任务重、存在频繁变跨过连续梁等情况。

3 高速铁路1 000 t/40 m箱梁快速运架技术

3.1 设备选型

目前国内已有的架桥机多为32 m、900 t高铁箱梁架桥机，而采用1 000 t/40 m预制箱梁运架一体机会增加架梁时间，且工期紧、工况较为复杂，因此，急需一款高速自动化、适应多工况、稳定系数高、可连续作业的1 000 t/40 m预制箱梁分体式架桥机来满足施工需求。运架设备除需要具备承载能力、多种跨度架梁、首末跨架梁、架桥机驮运转场等基本功能和技术要求以外，还要考虑特殊工况下的适应性问题，如大坡道、小曲线和隧道口架梁等[4]。

南沿江项目选用的型号为TJ-JQS1000 t/40 m架桥机与TJ-YLS1000/40运梁车，因其具有“自平衡迈步式过孔”和“低位运梁”的特点，可以满足时速250 km与350 km的高速铁路以及客运专线跨度分别为24 m、32 m、40 m双线整孔箱梁的架设，并且可以实现隧道内运输，隧道口架梁，可以适用30‰大坡度等特殊工况下的运架梁，具有20～40 m非标梁架设能力。该套运架装备在南沿江城际铁路于2020年6月完成40 m箱梁首跨架设[5]。

3.2 运架设备先进技术

3.2.1 超低净空箱梁移运技术

TJ-YLS1000/40运梁车因采用双边主梁的结构，使用919 mm直径小轮胎，悬挂系统通过回转支承反装在纵梁下端。驮梁机构中走行系统采用重型移运器替代传统钢质车轮，后车链条驱动，前车闭环链驱动，有效降低运梁空间。

运梁车辆在道路、桥梁上正常或中位行驶，在运梁行车过程中，运梁车辆的悬吊系统应处于三点支承状态下，并保持与液压控制系统的自动平衡，以避免在运梁过程中箱梁受扭，见图1。

图1 TJ-YLS1000/40运梁车运梁

3.2.2 低位喂梁施工技术

(1)通常情况下低位提梁是为满足运梁可以穿行隧道，将箱梁的前端和后端放置在低位临时台座上，并在提梁前，对前起重小车应进行以下作业:

①箱梁通过前车架与后车架上的顶升油缸将顶起(前端也可以利用起重小车前吊点直接利用起重小车提吊)，同时，将后驮梁台车行驶至箱梁底部的支座内侧[6]。

②缩回梁片的顶升油缸，将箱梁的前端和后端安置在驮梁台车上(前端若未安装前驮梁台车由起重小车提吊)。

③通过前起重小车进行箱梁提吊，控制箱梁底部提升高度，使其距离地面高度与喂梁高度一致(1.6 m)。

(2)前起重小车与运梁车后驮梁台车同步喂梁至后起重小车达到提梁位。喂梁过程中，前起重小车为主动体，驮梁小车为从动体[7]。注意检测起重小车和驮梁台车牵引机构运行的状态，是否出现卡滞的现象，移运器是否保持平稳，控制轨道中线的偏移量不得超过2 cm或出现走行歪斜的情况，确认运梁车处于正常支撑状态，若有异常需及时停车检查。

(3)运梁车喂梁前，前端支腿控制系统油缸支承在桥墩之上，而后端支腿控制系统油缸则支承于桥面。架桥机前起重小车取梁时，起吊高度应控制在100 mm以内。运梁车在架桥机的后起重小车提梁并完全离开运梁车后可收起支撑设备，并调整回运梁模式，返回梁场继续装梁。

3.2.3 快速变跨施工技术

本项目所用架桥机能够在过孔时直接实现变跨操作，与常规过孔相比，区别在于架桥机第一次过孔和第二次过孔时，后支腿驱动整机的两次距离不同，但是位于架桥机中部的辅助支腿和梁端的支撑距离一致，前支腿和桥墩垫石的支撑距离也一直保持不变，过孔时的作业流程以及注意事项也完全一样，其具体的操作步骤如下:

(1)在过孔前，将架桥机的调整到准备状态，等待过孔。

(2)架桥机首次过孔对位。

(3)操作架桥机的辅助支腿放下支撑，前支腿行驶过孔。

(4)前支腿对位支撑，收起辅助支腿。

(5)第二次过孔对位完毕后，将架桥机状态调整到准备架梁时的状态，完成变跨[8]。

快速变跨施工技术的优势是变跨过程简单，在过孔的同时，前支腿实现自行移位，同时完成架桥机的变跨和过孔作业，即在过孔时实现架桥机的变跨。

3.2.4 TJ-YLS1000/40运梁车对比900 t运梁车的优点

(1)整机运行灵活，通过微电系统使各轮胎实现“纯滚动”走行、“整升整降”和“单点升降”，满足了自动调平和喂梁时精确对位要求[9]。

(2)结构紧凑，轮胎为非标定制胎，直径919 mm，比900 t小轮胎运梁车约小300 mm，运梁高度降低至1.3 m。

(3)车体结构横截面呈U型结构，主梁放在车体两侧，藏在砼梁翼缘下方，有效降低了运梁车的整体高度，满足运梁过隧要求。

(4)智能化程度高，具有偏斜及偏载报警功能、对位防撞功能、全车360°视频监控，以及自动驾驶功能。

(5)传统气制动改进为液压制动，避免传统气路容易漏气且故障不易排查等问题，制动力矩可控，能参与行车及驻车制动，确保行车安全。

3.2.5 TJ-JQS1000/40运梁架桥机车对比900 t架桥机的优点

(1)后支腿采用液压均衡，使后支腿喂梁高度降低至1.3 m，实现隧道出口3 m、进口隧道内40 m架梁。

(2)主梁中段设计有8 m调整节段，拆除调整节段可变为900 t/32 m架桥机。

(3)广泛采用液压油缸拔插，翻转折叠等采用液压油缸，遥控操作，自动化程度高。

(4)采用驮运新技术，出隧道无需其他吊装设备辅助，电液控制自行恢复，过隧周期短。

(5)变跨施工极为快捷，在架桥机正常过孔过程中自动完成变跨，无需人工调整。

(6)整机结构简单、施工流程简洁、作业劳动强度低、施工效率高、安全性好、故障率低、维保费用少、经济性好。

3.3 标准工况架梁技术

本项目采用提梁上桥的方式，提梁站设2台500 t跨墩龙门吊，4个台座，40 m箱梁TJ-YLS1000/40运梁车运输，TJ-JQS1000 t/40 m架桥机架设。

运架梁施工主要工序包含:装梁、运梁、顶梁、取梁及喂梁、落梁、过孔等工序。

3.3.1 装梁

运梁车先调节至三点支承状态，驮梁台车运行至前运梁车的最尾部。装梁过程中，要始终保持箱梁落放在同一水平，靠近驮梁台车时，要注意悬挂的三个支撑点压力数值是否有变化，若出现偏载，则使用提梁机械加以调节，使得三点支撑的压力保持一致，然后保证箱梁整体缓慢下降，将箱梁完全落放在驮梁台座上，开始装梁作业[10]。箱梁在运梁车放稳后，要保证箱梁的中轴线应和运梁车中轴线相重合，且误差范围小于50 mm。装运过程中预制箱梁支撑点应当处于同一个平面上，同一方向支撑点的相对高度小于2 mm。

3.3.2 运梁

运梁车须慢慢平稳启动，但不得骤然加快速度及急刹车，运梁车在靠近架桥机时要一度停止，直到获得命令后方可进行喂梁工作。运梁车辆在道路、桥梁上正常或中位行驶，在运梁行车过程中，运梁车辆的悬吊系统应处于三点支承状态下，并保持与液压控制系统的自动平衡，以避免在运梁过程中箱梁受扭。运梁车在运梁工作过程中，尤其对经过的道路段、桥台和道路交叉点，应当加强观察周围道路的变化以及运梁车的行驶状况。运梁车在通过已架箱梁或现浇梁时，通过偏移报警系统显示位置，确保运梁车的轮组保持在警戒线之内行驶。

3.3.3 顶梁

运梁车将箱梁运输至架桥机的尾部并完成对位，通过架桥机上的前起重小车将箱梁的前端吊起，箱梁尾端靠顶梁系统顶升，将箱梁同步抬升350 mm的高度，此时驮梁台车行驶到箱梁尾端的底部，缩回运梁车的顶梁油缸，由驮梁台车承接箱梁尾端，完成喂梁前的准备工作。

3.3.4 取梁、喂梁

运梁车就位后，使用拖梁吊挂方式进行喂梁作业(见图2)，而箱梁的一端通过架桥机的前吊梁天车将箱梁吊起，由运梁车的驮梁小车将箱梁的另一端拖着向前同步行驶。运梁车喂梁前，架桥机前端支腿控制系统油缸支承在桥墩之上、而后端支腿控制系统油缸则支承于桥面。通过架桥机的前起重小车进行取梁作业时，起吊高度控制在100 mm之内。运梁车在架桥机的后起重小车提梁并完全离开运梁车后可收起支撑设备，并调整回运梁模式，前往梁场准备装梁[11]。

图2 喂梁过程

3.3.5 落梁

距离垫石顶面约50 cm时，由架梁机上的起重设备进行制动，对支座下座板锚固螺栓进行安装。距垫石顶平面20 cm左右时，应用线锤对中，检查支座中心的偏移量。距离垫石顶面4 cm时，卷扬机刹车，用升降小车的纵向、横移装置微调箱梁位置后落梁安装就位。

3.3.6 过孔

过孔方法使用自平衡“迈步式”的方法，通过后移前后两个起重小车来保持架桥机的重心平衡。此时，架桥机的主梁向前行走，用辅助支腿支撑，前支腿处于脱空状态。前支腿行驶到前方桥墩，使用前支腿支撑，将辅助支腿收缩。架桥机第二次过孔前行到位后，将辅助支腿翻折[12]，完成过孔作业。

3.4 设备优化改进

在40 m梁运架设备实际使用过程中，经过不断摸索，本项目对该运架设备进行了以下几个方面的改进优化，提升了运架效率，具体内容如下:

3.4.1 对运梁车后拖小车动力优化

加装一台120 kW的静音发电机组替代原来需通过架桥机电源连接做动力，减少操作环节，缩短工作时间大大提高了工效。

3.4.2 加装落梁卷扬机

架桥机在架设首孔和末孔箱梁时，落梁千斤顶要依靠吊车或架桥机前吊具，进行墩身与桥面之间的吊装运输，工况繁琐，耗时较多，为此，在前吊具加装了2台具有30 m起升高度，可吊装2.5 t 380 V摇控(手动)两用快速小卷扬机，只需天车前后走动对位，即可通过小卷扬机快速提升千斤顶，比之前吊装千斤顶每次可节省60 min，特别是本标段的箱梁架设施工段内有连续梁近40联，大大节省了施工等待时间。

3.4.3 优化线缆的拆装方式

架桥机调头过程中在拆卸后支腿时，由于原设计未在支腿通过电缆上设置拆卸部位，只能对整条电缆进行拆卸，拆卸作业繁复，改进后在拆卸结构分离处，对电缆加装了接线端子和线号标记，可在15 min左右完成拆线，30 min左右完成恢复，此举大大节省了时间，同时也得到了厂家的赞誉，促使其对后续设备进行了处理优化。

3.4.4 优化下横移轨提升方式

拆卸前支腿标准节后，提升下横移轨作业的原设计是采用钢丝绳捆绑，通过2个5 t手拉葫芦进行提升，人工提升费力耗时，同时安全系数低，现将其改为焊接耳座，挂设两个10 t的380 V手柄操作低压控制的电动葫芦，每拆一次仅需40 min，节约了人力及时间成本，提高了安全系数，获得到厂家的认可和应用。

4 实际架梁效果分析

高速铁路千吨级40 m简支箱梁分体运架装备能架设40 m及以下多种跨度箱梁，解决了传统架桥机变跨步骤复杂、自动化程度低、无法大跨度架梁的技术难题。TJ-JQS1000 t/40 m架桥机与TJ-YLS1000/40运梁车与现有40 m梁运架装备相比，优势如下:

(1)过孔速度更快，架梁效率更高。国内其他形式架桥机支腿更多，采用多跨架梁模式，架梁效率低；TJ-JQS1000 t/40 m架桥机采用一跨式结构，架桥机中部的辅助支腿设计为可翻转方式，并将前支腿设计为三角形结构形式，稳定可靠，过孔就位同时完成变跨，施工作业流程简单，架梁效率高，平均一天可架设3孔箱梁，最高一天架设6孔箱梁。

(2)人工成本低，作业速度快。新型千吨级40 m分体式运架装备，相较于32 m运架设备每台班节省20人，见表1；采用前支腿过孔时自行移位，解决了变跨与过孔作业的融合难题，实现了快捷变跨过孔施工技术，体现了新型架桥机的性能和技术优越性；且架桥机驮运过隧自行恢复技术，无需其他设备辅助，操作简单，恢复时间短，减少了人工投入使用量。

表1 施工人员数量对比

(3)调头效率高，采用液压转向系统，实现90°转向，4 h快速调头，解决了传统运梁车调头时间过长的问题，大幅提升工效，节省时间。

通过对40 m箱梁运架工艺技术改进及工装关键技术研究，40 m架桥机在施工效率方面，有了很大的提升，每台班可节约人工20人，每孔梁可节约160 min的架设时间；同时40 m梁在智能化方面也有了很大的提升，为设备的安全性提供了很大的保障。

5 结束语

通过南沿江城际铁路项目跨京沪高速公路特大桥40 m箱梁架设施工的技术应用，该技术具有起吊重量大、适用范围广、实现数字化应用程度高、提升施工效率的优点。可满足1 000 t重量的40 m箱梁提运架施工；适用于曲线半径≥2 000 m的40 m、32 m、24 m箱梁架设；运梁和喂梁采用数字化控制技术(自动对中和偏移报警)，提高行车安全性；采用自平衡“迈步式”技术与下导梁、双导梁架桥机迈步式，每榀梁省时约160 min，节省时间，提高效率。得到建设、设计、监理、咨询单位的肯定，经济效益和社会效益显著。