路 斐,張耀輝,2,魏岳峰

(1.石家莊鐵道大學(xué),石家莊 050043； 2.河北省交通應(yīng)急保障工程技術(shù)研究中心,石家莊 050043)

引言

鐵路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中,橋梁施工往往是整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目的關(guān)鍵控制工程。尤其是我國(guó)的高鐵橋梁,其在整個(gè)建設(shè)線路中所占的比例很大,目前建成和在建的高速鐵路橋梁總長(zhǎng)平均占線路長(zhǎng)度的50%以上,有時(shí)一個(gè)施工標(biāo)段中,橋梁比例甚至達(dá)到80%以上。大型架橋機(jī)已經(jīng)成為橋梁架設(shè)的關(guān)鍵裝備,但是由于工程施工單位的施工計(jì)劃安排、工期的限制、施工作業(yè)場(chǎng)地的限制、施工過程中的交叉作業(yè)以及征地拆遷障礙等因素的影響,往往需要架橋機(jī)適時(shí)調(diào)頭,進(jìn)行雙向架梁作業(yè)的工況。然而對(duì)于架橋機(jī)這種幾百噸重的超大型裝備來說,其在橋上進(jìn)行調(diào)頭較困難,會(huì)受到許多因素的影響。主要針對(duì)高鐵架橋機(jī)在橋上進(jìn)行高空整體調(diào)頭的實(shí)施方案、所需回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)等問題,通過應(yīng)用實(shí)例將這一新技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述,為工程施工單位解決這一難題提供技術(shù)幫助與參考。

1 架橋機(jī)調(diào)頭作業(yè)方式分析

根據(jù)鐵路架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、施工現(xiàn)場(chǎng)條件等不同因素,架橋機(jī)調(diào)頭作業(yè)方式可分為以下幾種。

(1)架橋機(jī)部分解體調(diào)頭方式

此種調(diào)頭方式是最為“原始”的一種調(diào)頭方式,其基本調(diào)頭作業(yè)流程：根據(jù)架橋機(jī)的具體結(jié)構(gòu)形式和起重機(jī)具的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力,將架橋機(jī)分解成幾個(gè)部分→利用汽車吊或借助跨線提梁機(jī)等起重設(shè)備將架橋機(jī)解體后的部分分別調(diào)轉(zhuǎn)180°→將調(diào)轉(zhuǎn)后的各個(gè)部分按照前后順序重新組裝,實(shí)現(xiàn)架橋機(jī)的反向調(diào)頭。

此種調(diào)頭方式的優(yōu)點(diǎn)：一是不需要占用較大的場(chǎng)地及對(duì)梁場(chǎng)運(yùn)梁便道不作要求；二是作業(yè)場(chǎng)地的選擇相對(duì)靈活。缺點(diǎn)：一是架橋機(jī)拆解再組裝作業(yè)耗時(shí)較長(zhǎng)且工作量大；二是需大型輔助吊裝機(jī)具進(jìn)行配合；三是架橋機(jī)的調(diào)頭成本很高。

(2)預(yù)制梁場(chǎng)自行調(diào)頭方式

適用此種調(diào)頭方式的架橋機(jī)一般為采用輪胎式大車走行機(jī)構(gòu)的架橋機(jī)。其現(xiàn)場(chǎng)適用條件包括：橋梁一側(cè)設(shè)置預(yù)制梁場(chǎng),且梁場(chǎng)的空間足夠大,有能適應(yīng)整個(gè)架橋機(jī)長(zhǎng)度回轉(zhuǎn)的無(wú)障礙場(chǎng)地；梁場(chǎng)有通向橋面的運(yùn)梁施工便道。其調(diào)頭作業(yè)流程包括：架橋機(jī)從橋上沿運(yùn)梁通道退回至梁場(chǎng)→在梁場(chǎng)專用場(chǎng)地上通過架橋機(jī)輪胎式走行機(jī)構(gòu)的多次轉(zhuǎn)向調(diào)頭180°→架橋機(jī)反向沿梁場(chǎng)另一側(cè)的運(yùn)梁通道駛上橋面。

此種調(diào)頭方式的優(yōu)點(diǎn)：一是架橋機(jī)調(diào)頭過程簡(jiǎn)單；二是調(diào)頭作業(yè)時(shí)間短；三是不需任何輔助吊裝機(jī)具。缺點(diǎn)：一是必須具備梁場(chǎng)和運(yùn)梁通道等現(xiàn)場(chǎng)條件；二是梁場(chǎng)自行調(diào)頭所占空間比較大,增加了梁場(chǎng)征地及地面處理成本；三是僅限具有輪胎式大車走行機(jī)構(gòu)的架橋機(jī)。

(3)輪胎式運(yùn)梁車馱運(yùn)架橋機(jī)梁場(chǎng)調(diào)頭方式

此種調(diào)頭方式對(duì)架橋機(jī)的形式限制較少,只要在橋上能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)梁車的馱運(yùn)即可。其現(xiàn)場(chǎng)適用條件同預(yù)制梁場(chǎng)自行調(diào)頭方式一樣。其調(diào)頭作業(yè)流程包括[1-4]：運(yùn)梁車在橋上將架橋機(jī)整體背負(fù)馱起→運(yùn)梁車馱著架橋機(jī)從橋上沿運(yùn)梁通道退回至梁場(chǎng)→在梁場(chǎng)專用場(chǎng)地上通過運(yùn)梁車輪胎走行機(jī)構(gòu)的多次轉(zhuǎn)向調(diào)頭180°→運(yùn)梁車馱著架橋機(jī)反向沿梁場(chǎng)另一側(cè)的運(yùn)梁通道駛上橋面→在待架孔后的梁面上將架橋機(jī)卸下就位。

此種調(diào)頭方式的優(yōu)點(diǎn)：一是適合于長(zhǎng)距離架橋機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)工況；二是不需大型輔助吊裝機(jī)具；三是對(duì)架橋機(jī)的形式限制較少,但是多用于架橋機(jī)自身不具有轉(zhuǎn)向功能的架橋機(jī)。其缺點(diǎn)：一是必須具備梁場(chǎng)和運(yùn)梁通道等現(xiàn)場(chǎng)條件；二是運(yùn)梁車橋上馱運(yùn)準(zhǔn)備工作和橋上卸落工作較長(zhǎng),而且有時(shí)架橋機(jī)還需進(jìn)行部分的拆解作業(yè)；三是梁場(chǎng)所占空間比較大,增加了梁場(chǎng)征地及地面處理成本。

(4)架橋機(jī)橋上整體調(diào)頭方式[5-8]

此種調(diào)頭方式是本文重點(diǎn)介紹的當(dāng)前較為先進(jìn)的一種新式調(diào)頭方法,其原理類似于橋梁的轉(zhuǎn)體施工。其作業(yè)流程：根據(jù)具體的架橋機(jī)形式設(shè)計(jì)加工架橋機(jī)的回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)→在橋上選擇合適的安裝位置進(jìn)行回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)的安裝→安裝架橋機(jī)的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)并安裝相應(yīng)的反力傳感器裝置→通過計(jì)算初步確定架橋機(jī)起重天車的平衡調(diào)節(jié)位置,并通過反力傳感器裝置的反應(yīng)數(shù)值來進(jìn)一步調(diào)整,確保整機(jī)的重心位于回轉(zhuǎn)中心的安全范圍內(nèi)→啟動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行架橋機(jī)橋上整體調(diào)轉(zhuǎn)180°→拆除回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu),恢復(fù)架橋機(jī)至正常狀態(tài)。

此種調(diào)頭方式的優(yōu)點(diǎn)：一是無(wú)需梁場(chǎng)及運(yùn)梁通道等設(shè)施,現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)性高；二是無(wú)需大型輔助吊裝機(jī)具進(jìn)行配合作業(yè)；三是調(diào)頭作業(yè)用時(shí)短且工作量?。凰氖钦{(diào)頭回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可重復(fù)利用,綜合下來成本相對(duì)較低。其缺點(diǎn)：一是需設(shè)計(jì)加工回轉(zhuǎn)支撐機(jī)構(gòu)；二是一次性投入成本相對(duì)較高；三是高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。

針對(duì)此種調(diào)頭方式,以下通過SPJ900架橋機(jī)實(shí)例對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 SPJ900架橋機(jī)橋上整體調(diào)頭關(guān)鍵技術(shù)

2.1 SPJ900架橋機(jī)橋上整體調(diào)頭實(shí)施方案

架橋機(jī)的調(diào)頭是施工中經(jīng)常遇到的問題,在方案的優(yōu)化選擇上需綜合考慮以下幾個(gè)方面：調(diào)頭方案要具有較高的環(huán)境適應(yīng)性,其目的是減少施工現(xiàn)場(chǎng)條件的諸多限制,便于施工單位具體操作；盡量減少架橋機(jī)的拆解作業(yè),降低現(xiàn)場(chǎng)大型起吊設(shè)備的應(yīng)用環(huán)節(jié)；調(diào)頭速度要快,有利于滿足工期要求和降低成本；具有可靠的安全保障措施。

SPJ900架橋機(jī)是石家莊鐵道大學(xué)國(guó)防交通研究所研發(fā)的一款拼裝式高鐵架橋機(jī)[9-11],其采用兩跨式的結(jié)構(gòu)形式,如圖1所示。在中鐵十二局徐連高鐵項(xiàng)目中,綜合考慮上述因素,該架橋機(jī)采用了橋上整體調(diào)頭的施工方案：利用單獨(dú)設(shè)計(jì)的整機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和架橋機(jī)的中車結(jié)構(gòu)連接,并將整個(gè)架橋機(jī)頂起呈雙懸臂狀態(tài),然后通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供轉(zhuǎn)體動(dòng)力,將架橋機(jī)整機(jī)一次性調(diào)頭180°。此方案可適應(yīng)任何架梁工程現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境,不占用任何橋下施工場(chǎng)地,不需要大型起吊裝備的輔助施工,作業(yè)人員少且勞動(dòng)強(qiáng)度低,充分保證了工期要求。

圖1 SPJ900架橋機(jī)整機(jī)形式(單位： mm)

架橋機(jī)橋上整體調(diào)頭裝置包括：回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)支撐桁架、錨固結(jié)構(gòu)、反力測(cè)試裝置等四大部分組成,其中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)包括：橋機(jī)支撐平臺(tái)結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)軸承機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)支撐底座等,詳見圖2和圖3。

圖2 整體調(diào)頭裝置布置立面(單位： mm)

圖3 整體調(diào)頭裝置布置平面(單位： mm)

架橋機(jī)橋上整體調(diào)頭裝置安裝在架橋機(jī)的中車位置,安裝前先拆除中車走行機(jī)構(gòu),然后將調(diào)頭裝置從下到上依次安裝各個(gè)組成部分。如圖4所示。架橋機(jī)懸臂支撐在回轉(zhuǎn)裝置上,通過回轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)整機(jī)調(diào)頭。

圖4 整機(jī)調(diào)頭狀態(tài)(單位： mm)

2.2 橋上整體調(diào)頭技術(shù)要點(diǎn)

架橋機(jī)橋上整體調(diào)頭是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)較高的作業(yè)施工,從方案的制定到具體的實(shí)施工藝環(huán)節(jié)都要充分考慮各種影響因素,做到設(shè)計(jì)先進(jìn)、工藝簡(jiǎn)捷、適應(yīng)性強(qiáng)和安全可靠。

(1)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)是整個(gè)調(diào)頭裝置的核心部位,它由上層的橋機(jī)支撐平臺(tái)結(jié)構(gòu)、中間的三排滾柱式回轉(zhuǎn)軸承及下層的回轉(zhuǎn)支撐底座組成?；剞D(zhuǎn)動(dòng)力由2臺(tái)功率為7.5 kW的YZPEE160L-8型變頻調(diào)速制動(dòng)電機(jī)提供,電機(jī)通過連接法蘭盤豎直安裝在支撐平臺(tái)結(jié)構(gòu)上的固定位置。上層的橋機(jī)支撐平臺(tái)結(jié)構(gòu)是根據(jù)架橋機(jī)中車結(jié)構(gòu)的具體形式來設(shè)計(jì),既要便于和中車結(jié)構(gòu)可靠連接,又便于和主梁的三角形回轉(zhuǎn)支撐桁架連接；中間采用三排滾柱式回轉(zhuǎn)軸承,其能夠同時(shí)承受各種載荷,承載能力大且軸及徑向結(jié)構(gòu)牢固；下層的回轉(zhuǎn)支撐底座上面連接回轉(zhuǎn)軸承,下面和混凝土梁面進(jìn)行可靠錨固。見圖2及圖3。

(2)調(diào)頭回轉(zhuǎn)裝置的錨固

回轉(zhuǎn)支撐底座是調(diào)頭回轉(zhuǎn)裝置的最下層結(jié)構(gòu),必須將其可靠錨固在橋面上才能抵抗架橋機(jī)傾覆力矩。之所以采用混凝土橋面作為錨固點(diǎn),是考慮到混凝土橋面要比一般的路基路面的承壓強(qiáng)度更高,且可避免在施工過程中因雨水浸泡等情況造成支撐面不均勻下沉的不利影響。在相鄰兩孔梁的梁端接縫處,利用梁體頂板的4個(gè)吊裝孔,用架橋機(jī)自身的吊梁吊桿作為錨固螺桿，將回轉(zhuǎn)支撐底座和梁體固定。采用此種錨固方案,既解決了錨固點(diǎn)的設(shè)置及施工,又充分節(jié)省了錨固螺桿的加工制造成本,整體安全可靠性更高。具體布置形式如圖5所示。

圖5 調(diào)頭回轉(zhuǎn)裝置的錨固布置(單位：mm)

實(shí)施前應(yīng)對(duì)梁體的吊裝孔的抗拔力及回轉(zhuǎn)支撐座下的混凝土局部抗壓強(qiáng)度進(jìn)行校核。另外,錨固螺桿螺栓擰緊時(shí),需嚴(yán)格控制回轉(zhuǎn)支撐座的水平度,必要時(shí)加墊鋼板或鋪沙墊平。

(3)回轉(zhuǎn)支撐桁架及反力測(cè)試裝置的設(shè)置

回轉(zhuǎn)支撐桁架采用倒三角桁架的結(jié)構(gòu)形式,上端兩個(gè)鉸點(diǎn)分別和架橋機(jī)左右主梁采用螺栓連接,下端鉸點(diǎn)通過銷軸座和支撐平臺(tái)結(jié)構(gòu)相連。設(shè)置此結(jié)構(gòu)一是作為架橋機(jī)的前后平衡支撐點(diǎn),二是在下鉸點(diǎn)處安裝反力傳感器,測(cè)試前后的支撐反力,差別較大時(shí),通過主梁上的起重天車位置來進(jìn)行調(diào)節(jié),確保整機(jī)的重心位于回轉(zhuǎn)中心附近。見圖2及圖3。

(4)整機(jī)平衡重心的調(diào)整和架橋機(jī)結(jié)構(gòu)分析

整個(gè)架橋機(jī)呈雙懸臂懸空狀態(tài)時(shí),其重心位置首先通過計(jì)算來確定。通過調(diào)整主梁上兩個(gè)起重天車的位置,來保證整機(jī)的重心位于回轉(zhuǎn)中心附近,同時(shí)還要盡量減小主梁的反向彎矩,確保中間最不利截面處架橋機(jī)結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。經(jīng)過詳細(xì)的優(yōu)化分析計(jì)算,最終確定起重天車的布置方案,如圖6所示。架橋機(jī)支點(diǎn)處及其他截面上的桿件強(qiáng)度及穩(wěn)定性通過詳細(xì)計(jì)算,均滿足要求；通過實(shí)測(cè)架橋機(jī)兩端撓度及最低位置，與橋面最高障礙物的實(shí)際預(yù)留距離不小于20 cm,以保證架橋機(jī)在平面內(nèi)無(wú)障礙回轉(zhuǎn)。

圖6 重心調(diào)整后的整機(jī)狀態(tài)(單位： mm)

2.3 調(diào)頭作業(yè)流程及注意事項(xiàng)

(1)架橋機(jī)退至預(yù)定的橋上調(diào)頭位置,打開前支腿,頂起中車,拆除中車臺(tái)車,與此同時(shí),在架橋機(jī)中車主梁附近安裝調(diào)試整機(jī)回轉(zhuǎn)支承調(diào)頭裝置。

(2)利用滑板將架橋機(jī)整機(jī)回轉(zhuǎn)支承調(diào)頭裝置推至架橋機(jī)中車主梁下方,對(duì)準(zhǔn)中車主梁4個(gè)牛腿和整機(jī)回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)牛腿4個(gè)聯(lián)接處,緩慢下降架橋機(jī)高度,使中車主梁4個(gè)牛腿與整機(jī)回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)牛腿4個(gè)聯(lián)接處緊密接觸(此時(shí)后車和前支腿仍然起到整個(gè)架橋機(jī)的支承作用),用螺栓聯(lián)接牛腿和支撐結(jié)構(gòu),可在支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置擋塊避免主梁牛腿滑動(dòng)。

(3)使用該機(jī)吊桿將回轉(zhuǎn)底座與橋端縫兩側(cè)的箱梁吊孔相連,起到整機(jī)回轉(zhuǎn)支承調(diào)頭裝置的錨固作用。

(4)在距架橋機(jī)中車主梁位置前后各4 m的內(nèi)側(cè)F6主豎桿上部聯(lián)接支撐桁架,支撐桁架下端與稱重裝置相連,稱重裝置中設(shè)有壓力傳感器,用于測(cè)量整個(gè)架橋機(jī)重心偏距在橋向支承平臺(tái)上構(gòu)成的偏心荷載。

(5)根據(jù)支撐桁架下的稱重壓力傳感器的載荷數(shù)值并結(jié)合分析計(jì)算結(jié)果,調(diào)整起升桁車位置來調(diào)整架橋機(jī)重心位置,使支撐桁架的支撐反力在200 kN之內(nèi)。

(6)上述各步驟完成后,仔細(xì)檢查各個(gè)位置聯(lián)接的可靠性,抬起后車和前支腿,復(fù)測(cè)稱重壓力傳感器的數(shù)值顯示,前后支撐反力差別較大時(shí),重新通過調(diào)整起升桁車位置來調(diào)整架橋機(jī)重心位置。

(7)檢查調(diào)頭回轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)無(wú)障礙后,通過遙控控制平穩(wěn)啟動(dòng)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置,使架橋機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng),至180°后,再將架橋機(jī)落回橋面上,完成架橋機(jī)調(diào)頭作業(yè)。

架橋機(jī)整機(jī)回轉(zhuǎn)調(diào)頭狀態(tài)如圖7所示。

圖7 整機(jī)回轉(zhuǎn)調(diào)頭過程狀態(tài)

3 結(jié)語(yǔ)

架橋機(jī)調(diào)頭作業(yè)是架梁施工中經(jīng)常遇到的施工問題,選擇不同的調(diào)頭方式會(huì)對(duì)施工工期、施工成本和安全控制起到不同的影響。本文介紹的由石家莊鐵道大學(xué)國(guó)防交通研究所設(shè)計(jì)的橋上整體調(diào)頭方案是適應(yīng)性較強(qiáng),速度較快且綜合成本較低的一種先進(jìn)調(diào)頭技術(shù)。目前,此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功用于多個(gè)架橋機(jī)調(diào)頭施工工程,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。