京沪高铁ML900-43型吊运梁机的加高技术改造

2011-06-06钦祥凡

中国港湾建设 2011年4期

钦祥凡

（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛 266071）

1 京沪高铁工程简介及背景

吊运梁机是梁场施工中一个重要的大型设备，它负责箱梁在梁场内的吊移倒运，最终移送到架梁台座，从而为完成箱梁架设作业提供铺垫。

目前生产的吊运梁机普遍为“提一过一”型，即吊移一榀箱梁时，仅能通过单层存梁（即存梁台座上存放一榀箱梁）的存梁台座。因此，这就使移梁通道不可以双层存梁，大大降低了梁场的存梁能力，特别是在线下工程进度制约梁场进度、梁场存梁趋近饱满的关键施工期，设备的性能短板显得尤为突出。

在京沪高铁江阴制梁场的施工过程中，就出现了这样的施工情况，受线下工程进度的制约，架梁的施工进度受到影响，致使梁场存梁趋近饱满，按照当时的施工进度，需要停止制梁一个月。

为了使制架梁工期尽可能加快，经过技术分析论证，如果对吊运梁机进行加高改造，使其具备“提一过二”的能力，即吊运梁机在吊移梁时可通过双层存梁的台座，避免吊移梁必须预留移梁通道，就可以增加存梁能力并减少倒运箱梁次数，降低吊运梁机对道路的破坏和设备本身的磨损，同时降低了因倒运箱梁而增加的成本。

吊运梁机加高改造后，具备以下优点：

1）提前工期。受线下进度制约，当存梁饱满的梁场再次开启箱梁架设作业时，按照一般的工程进度即1 d架设4榀、预制2榀箱梁，则“提一过一”型吊运梁机需要15~20 d时间才能将移梁通道彻底打开，从而开始制梁；而加高改造后，应用“提一过二”型吊运梁机，在架梁的第2天即可恢复制梁。

2）减少搬运次数，节约成本。由于箱梁预制后要进行初次张拉、二次张拉，而且未进行二次张拉的箱梁不允许进行双层存梁，所以造成存梁顺序不可能与架梁顺序一致，所以当使用“提一过一”型吊运梁机架设某一榀箱梁时，不可避免地需要倒运移梁通道；而加高改造后的吊运梁机明显减少了箱梁倒运。经过成本核算，每倒运一榀箱梁，费用约为2 000元。

3）节省设备维修成本。若不加高，将增加设备的使用次数和时间，造成设备老化和加大零配件更换频率，增加设备维修成本。

经专题研究，通过对ML900-43型吊运梁机增加高度来解决“提一过二”问题技术可行，改造费用100万元左右。

可以预见，对吊运梁机进行加高改造，“提一过二”型能够加快梁场梁体存放台座的周转速度，保证制梁进度，提高存梁能力。

与此同时，对吊运梁机加高改造，也是设计上的一次技术改进，是对梁场施工能力的一次提高，也是现代铁路施工提升竞争力的一次展示。

2 加高改造的实施

2.1 加高改造的场地要求

1）改造区设置在提梁区，在450 t吊运梁机能够覆盖的区域；

2）改装场地长度不小于50 m、宽度不小于40 m；

3）场地平整无积水，有排水措施。

2.2 加高改造后吊运梁机的高度要求

吊运梁机原高度为9.5 m（主梁下表面到地面的距离）；而吊运梁机具备“提一过二”时需要满足的高度条件：

1）三榀梁的高度：因为每榀梁的梁高为3.06 m，故三榀梁高度为9.18 m，再加上两边挡墙的预埋钢筋的高度0.25 m（因为只有存梁台座最上面的一榀箱梁的挡墙钢筋影响通行条件，故只取一榀梁的钢筋网片高度），则其高度应计为9.43 m；

2）存梁台座的高度为0.60 m；

3）制梁台座的高度为0.80 m；2） 3）条属同类取高点，即取一个0.80 m即可；

4）台座垫板的高度为0.20 m；

5）路面沉降：按0.20 m计算；

6）其他：按0.20 m计；

7）考虑到后续工程不同的施工条件及标高极限，预留设计余量0.50 m。

综上所述，吊运梁机加高需要的高度为：11.33 m。

箱梁的表面与主梁的下表面还应留一定的作业空间，故将加高后吊运梁机主梁下表面距离地面的高度设计为12 m，则加高的立柱高度为：12.00 m-9.50 m=2.50 m。

2.3 加高改造的具体实施步骤

1）搭设脚手架。

2）拆除两侧布设于立柱上的电线电缆和液压油管。需注意，拆除后的电线电缆、油管接头要专门绑扎保护。

3）拆主梁。

①将动滑轮起到最高位，检查液压管、电线电缆是否完全拆除。

②按照对称拆卸的原则拆卸螺栓（提前2 d喷螺栓松动剂）；同时搭设枕木支墩，支墩高度为0.9 m，支墩间距为8 m，共搭设5个。

③用450 t起吊主梁，至钢丝绳稍微带力时停止。

④完全拆卸螺栓，然后将主梁吊至搭设好的支墩上；主梁高位的结构部件如绞车、吊梁小车、滑轮组等不进行分解，整体起吊。

4）拆除主副司机室、平台、斜拉杆。

5）立柱就位。

①钻孔。

②将待加高立柱下法兰对接于原立柱上法兰，然后连接螺栓，并具备初步拧紧力（螺栓连接按照对称连接的原则），初步焊接固定。

③取下立柱和下法兰板，在地面焊接。

④将待加高立柱和原立柱连接固定，上法兰对接于主梁下法兰，然后连接螺栓，并具备初步拧紧力（螺栓连接按照对称连接的原则），然后主梁就位，将立柱和上法兰焊接固定。

⑤吊下主梁和立柱，在地面焊接上法兰板。

⑥然后安装立柱和主梁，螺栓分两次拧紧固定到所要求的终拧力矩。同时进行立柱液压管线、电线电缆的布设。

6）安装司机室、平台和斜拉杆。

7）更换钢丝绳，将原钢丝绳盘放妥当，涂油密封保存。

8）系统调试：调试缓冲、卷扬、走行、转向等动作。

9）空载、重载试验。

3 加高改造后的稳定性计算

3.1 整体稳定性计算

起重机无悬臂时，仅需验算横向（大车走行方向）在暴风侵袭时非工作状态的自身稳定性。

根据本工程吊运梁机的作业工况，只需校核空载的工作状态在坡道走行且受暴风侵袭、起（制）动时的自身稳定性。

其坡度是极限状态，大车走行方向一侧的缓冲油缸全部收起，另一侧缓冲油缸全部顶出所产生的斜度加上1.5%的走行道坡度，其最大坡度为4°（见图1）。

1）空载风力。

式中：C取1.5；Kb取1.23；q为荷载，取250 N/m2；A为迎风面积，根据该吊运梁机的结构尺寸，取194 m2。

2）空载状态时起（制）动的惯性力。

式中：f为滚动摩擦系数，取0.025；Q自重为吊运梁机自重，取3 920 kN（400 t）。

3）稳定力矩。

稳定力矩是空载状态下在坡道时自重相对于重心点的力矩，根据该吊运梁机的结构尺寸，空载重心高按8 m计算，

4）倾覆力矩。

式中：M风=F风h风=946 277.44 N·m；

因此，M稳定=2 188 928 N·m＞∑M倾覆=1 730 277.44 N·m

3.2 斜支撑的压杆稳定性计算

1）轴向心力。

按极限状态，所有的横向力均由一侧斜支撑承担，则压杆的轴向心力为：

式中：G为总质量，包括：吊运梁机的主梁质量约为1 176 kN，加上卷扬系统、吊具等，质量共为1 470 kN；一般情况下，一榀箱梁的自质量约为8 232 kN，则其总质量G=9 702 kN；A′为面积，取240.98 m2。

2）斜杆的临界应力。

根据欧拉公式，斜杆的临界应力为：

式中：E为材料弹性模量，45号钢，取E=210×109N/m2；μ为长度系数，因为斜杆的两端均为铰接，故取μ=1；l为斜杆的长度，l=1 021 cm；I为斜杆截面的最小惯性矩，I=41 093 cm4；A为斜杆截面面积，A=1 600 cm2。

因此斜杆的临界压力为：

3）压杆的稳定性校核。

综上所述，压杆的工作安全系数为：

由于压杆采用45号钢，nst取8~10；则n＞nst，故该斜杆满足稳定性要求。

4 改造技术重点及难点

吊运梁机的加高改造技术不仅是把主梁取下来加上1根一定高度的立柱，涉及到电气系统、液压系统线路及管路的重新设计，涉及到控制系统基础数据的调试，还涉及到场地的选择、安全防护工作的部署。

4.1 改造工作的重点

4.1.1 场地的选择

场地平整，能够保证安装精度。有足够大的空间，保证主梁有存放空间和吊车的站位。

4.1.2 主梁的拆卸

拆卸主梁属于高空作业，且吊运梁机上没有操作空间，需要搭设架子管，安全防护是重点。主梁为大型构件，需使用2台450 t提梁机抬运，所以安全防护、主梁的起吊位置和牢固性需要加强。

主梁的存放需要一定的存放高度，所以存放时下面支点的设定和稳定性是关键。支点少，会引起主梁的变形；支点不稳定，会引起主梁的倾翻。

4.1.3 立柱的安装

新加工的立柱属于大型构件，且安装是高空作业，操作平台是架子管，作业安全是重点。

对孔时，由于立柱稳定性不高，需要增加1根拉绳来增加稳定性，减少对孔难度。

4.1.4 主梁的安装

主梁的安装首先要保证起吊安全，其次是对孔时难度较大，作业安全和安装精度都要保证。

连接螺栓除了按照螺栓连接通用标准安装外，设计单位对扭矩有严格的紧固要求，每次紧固的扭矩都要按照设计要求严格执行。

4.1.5 电气、液压系统的安装

电气、液压系统是吊运梁机的控制系统，保证控制线路不出错误是关键。

电气系统安装按照电工规范进行，还要考虑吊运梁机的本身特点，发动机组、发电机组、主控制柜、分电箱、分线盒、各传感器、压力开关等的安装位置，必须在主结构完成之后确定，因为机械部件的安装定位，液压管路的排布，回转装置、伸缩机构的长度、角度都可能影响线路的长短以及与液压管路的交叉；在各机构的运转过程中不能使任何部位有碰触、干扰，不能影响传感器的传感性能。

由于液压管件较多，且排布紧密，现场管路的排布应留有工具的操作空间，便于维护。

液压油缸在安装前不得使活塞杆伸出外露，已安装的外露部分的活塞杆要进行有效的防护；组装时切勿用硬物撞击活塞杆表面。

液压系统工作前，须再次检查系统中各元件安装是否正确、牢固。调试时所有人员应远离液压管路的接口部位，避免因管路爆裂造成伤害。