穿隧道架梁的高速铁路900 t架桥机研制

代　宇，陈德利，张艳丽

(郑州新大方重工科技有限公司，郑州　450064)



穿隧道架梁的高速铁路900 t架桥机研制

代宇，陈德利，张艳丽

(郑州新大方重工科技有限公司，郑州450064)

为了更好地适应我国高速铁路建设需求，在不牺牲普通运架分离式架桥机的正常施工工效的前提下，满足高速铁路建设过程中西南山区出现的多桥隧相连的工况，以沪昆高速铁路贵州凯里段为依托，研制穿隧道架梁的900 t架桥机。施工过程中，架桥机与配套运梁车配合，自助、高效地完成架梁状态与通过隧道状态的转换，实现隧道出口近距离架梁，并在普通工况下实现高效施工，完全实现设计目的，满足施工需求。该架桥机的研制成功，不仅解决了目前我国西南山区高速铁路建设的燃眉之急，为新型架桥机的研制提供可靠的理论、实践依据，同时也为国内大量闲置架桥机的改造提供了参考样本，经济效益显著。

900 t架桥机；穿隧道；隧道出口；O形腿收放；运梁车；高速铁路

1　研制背景

随着我国高速铁路建设的不断推进，高速铁路桥梁的架桥机架设工况也愈加复杂，尤其是在西南山区的高速铁路建设过程中遇到了越来越多的桥隧相连工况[1-3]，在此工况下不但要求架桥机能够在运梁车的辅助下穿越隧道，更要在隧道出口近距离架梁，同时要求架桥机在能够适应此工况的前提下有效保证正常工况的施工效率。

目前我国高速铁路建设市场上绝大多数的运架分离式架桥机无法适应桥隧相连穿隧道架梁工况[4]，无论是早期的导梁式架桥机[5]还是近期应用广泛的两跨式架桥机[6]都无法满足穿越隧道架梁的工况要求；一小部分能够适应该工况的架桥机在该工况下施工时不是施工效率低(一个周期多则10 d，少则7 d)[7]，就是需要大量的辅助吊装设备(很多情况下隧道出口不具备辅助吊装设备的站位条件)配合完成隧道出口架梁[8]；虽然运架一体机可适应该工况，但由于经济性差，存在标准工况下施工效率低，无法满足工期需求等短板[9]，应用范围也不足以满足目前国内高速铁路建设需求。

所以，高速铁路施工中急需能够适应在隧道出口近距离架梁的同时又能保证标准工况施工效率的900 t架桥机，正是在此种背景下，我公司研制了一种新型穿隧道架梁的900 t架桥机。

2　研制的总体思路

根据高速铁路900 t箱形梁架设施工的实际需求，该架桥机首先要能够保证在标准工况下施工的安全、高效，同时要求架桥机在隧道前完成末跨施工后，能够自助、高效地完成由架梁状态到运梁车驮运状态的转换；运梁车在驮运架桥机通过隧道后，要求架桥机能够自助、高效地从驮运状态转换到架梁状态，实现在隧道出口处架梁。如要在此施工过程中顺利实现设计目标[5]，不但对架桥机本身性能要求极高，同时对与其配合施工的运梁车要求亦高。图1为穿隧道架梁900 t架桥机结构。

图1　穿隧道架梁900 t架桥机结构(单位：mm)

3　主要技术参数

3.1线路参数

目前我国高速铁路建设中所涉及到的隧道半径绝大部分是这2种规格：

R=6 650 mm(对应时速350 km，混凝土梁高3 050 mm)[10]；

R=6 410 mm(对应时速250 km，混凝土梁高3 050 mm)[11]。

3.2架桥机参数

隧道进口架梁距离：≥0 m；

隧道出口架梁距离：≥4.5 m(含桥台)；

工效：24 h(隧道前末跨施工完成至具备隧道出口架梁条件，不含运梁车驮运架桥机通过隧道时间)。

3.3运梁车参数

车高：H≤1 600 mm(隧道半径R=6 410 mm)；

车高：H≤2 250 mm(隧道半径R=6 650 mm)。

4　架桥机工作原理

4.1架梁

架桥机前支腿墩顶站位，中支腿桥头站位，前、后天车在前跨就位，后支腿向前方翻转90°后锁定，让出运梁车运梁通道，运梁车携梁及辅助支腿进入架桥机后跨腹内就位，辅助支腿向上顶起架桥机主梁尾部，前、后天车运行至后跨提梁位置并提梁，前、后天车同步提梁至前跨后落梁，完成1孔梁的架设；

4.2过孔

架桥机前后天车落梁，辅助支腿脱空，运梁车携辅助支腿退回梁场运梁，将后支腿向下翻转并在桥面支撑，前、后天车拆除吊具后退回至架架桥机尾部，铺设架桥机中、后支腿走行轨道，中支腿转换为过孔模式，脱空前支腿，架桥机在中支腿下部走行机构的驱动下向前纵移1孔到位。前支腿墩顶支撑，中支腿转换为架梁模式，前后天车运行至前跨，后支腿向上翻转固定，架桥机转换为架梁模式，完成一次过孔作业。

本架桥机标准工况与隧道口架梁工况工作原理相同。

5　关键技术

架桥机成功与否，关键是架桥机各工况状态之间的转换(从架梁状态转换至运梁车驮运通过隧道状态，到达隧道出口后再转换至架梁状态)过程是否能够安全、高效且自助的实现，这其中涉及到以下关键技术问题。

5.1中支腿设计

中支腿自助收放功能的实现是本架桥机成败的关键，中支腿无论是宽度、还是高度方向在架梁状态都无法满足通过隧道的需求，因此中支腿的设计为架桥机关键部件之一。

本架桥机的设计方案是，利用布置在前天车前方的起吊机构吊起中支腿马鞍上横梁(上横梁与立柱之间为斜口法兰连接，便于拆装)，马鞍立柱利用液压缸作为动力将其向主梁巷内横向翻转放倒。如图2所示。

图2　前天车提中支腿马鞍上横梁

中支腿下横梁利用天车提起(下横梁与支撑曲臂之间为斜口法兰连接，便于拆装)后固定在支腿后方1.5 m处的主梁上。如图3所示。

图3　中支腿驮运状态

上、下两节支撑曲臂以及上曲臂与主梁外侧腹板之间均采用法兰连接，同时设置旋转销，拆除上曲臂与主梁外侧腹板的连接后利用液压缸作为动力推动上下两节曲臂向前方翻转90°，拆除上下节曲臂之间的连接螺栓，利用电动倒链将下曲臂向上方提起，下曲臂绕旋转销向上翻转，翻转至其距离地面的净空大于隧道内电缆沟槽墙的高度[3]，中支腿通过隧道前及隧道内状态如图4所示。由此，架桥机可自助完成中支腿的收起，反之，在隧道出口出，架桥机自助完成中支腿的展开。展开过程中需注意的是，应先完成支腿下横梁的安装，最后拼装马鞍梁的上横梁，否则可能出现支腿下横梁无法安装到位的情况。

图4　中支腿通过隧道状态

5.2后跨支撑设计

由架桥机结构总图可见，隧道出口出架梁时，运梁车需在隧道内完成架桥机后跨喂梁，故后跨喂梁时架桥机支撑设计成为关键点之一。

本架桥机设计方案，主梁后部距中支腿26.4 m处布置可翻转后支腿，运梁车喂梁时后支腿由油缸驱动向前方翻转90°，让开喂梁空间，喂梁完成后支腿恢复支撑状态，同时作为架桥机过孔时的辅助支撑。如图5所示。

图5　运梁车喂梁后支腿翻转状态

由于隧道内喂梁过程中，后支腿处于翻转状态，架桥机主梁后跨悬臂，无法实现天车提梁，故在运梁车尾部布置辅助支腿，即运梁车喂梁到位后，辅助支腿顶起架桥机主梁尾部，满足前后天车后跨提梁需求。

5.3架桥机主梁设计

架桥机主梁作为整机的主承载结构，其高度的设计涉及其自身的强度、刚度要求[12-13]，同时又要满足隧道高度方向的限界要求，又要有合理的经济性，所以主梁材质的选择、截面的设计相当关键，本架桥机设计利用多重手段，多人复核，并经过试验验证，充分保证了主梁截面选择的合理性。

5.4运梁车设计

作为架桥机架梁的配套装备，同样是本方案成败的关键因素之一。

运梁车驮运架桥机时，运梁车前端布置驮运支架支撑架桥机主梁中部，架桥机前、后天车在后跨站位，由布置在运梁车尾部的辅助支腿支撑。很明显，此时架桥机80%的荷载作用在运梁车前端驮运支架上[3]，驮运过程中造成运梁车后方正压力不足，导致轮胎打滑；反之，在前、后天车后跨提梁工况，运梁车尾部承受绝大部分荷载，造成运梁车前端向上抬起，压缩了混凝土梁通过中支腿的有效空间[14]。

本运梁车设计过程中充分考虑了以上两点，利用在运梁车尾部增加配重加大架桥机驮运过程中运梁车尾部正压力不足导致运梁车打滑的问题[15]；准确计算得到了运梁车在提梁工况下前方抬头的距离，充分预留了混凝土梁通过空间。运梁车驮运架桥机走行见图6。

图6　运梁车驮运架桥机走行状态

6　架桥机应用情况

该型架桥机设计制造完成后，首次应用于中交隧道局承建的沪昆高速铁路贵州凯里段，本标段设计时速350 km，隧道截面半径6 650 mm，共有箱梁127孔，共有隧道15处，需要在出口处架梁的隧道6处，其中大树脚2号隧道出口距桥头仅为4.5 m，其中部分桥台处于隧道内。如图7所示。

本标段施工过程中，架桥机在标准工况下架梁效率达到2孔/d(平均运距8 km)，与国内普通运架分离式架桥机工效相等；而在特殊工况下，中支腿收起及展开过程合计仅需8 h，整个通过隧道并达到隧道出口架梁条件时间最多23 h；架桥机安全、高效、自助地完成了整个标段施工。充分体现了设计意图，展示了架桥机自身的优越性能。

图7　沪昆高铁大树脚2号隧道口架梁现场

7　结论与展望

该型穿隧道架梁的900 t架桥机兼顾了普通分体式架桥机的所有优势，同时具备了隧道出口近距离架梁的及通过的功能，且效率极高。

该架桥机在完成本项目施工后又参与完成了沪昆铁路云南曲靖段、渝万铁路三标段等多处架梁任务。本架桥机的成功应用，不仅为新型架桥机的设计提供了可靠的理论依据，考虑到目前我国高速铁路建设市场上百套的运架设备，本架桥机的成功应用对现有运架分离式架桥机的改造也有巨大的参考价值及经济效益。

[1]张志华，等.DCY900型轮胎式运梁车技术设计报告[R].郑州：郑州大方桥梁机械有限公司，2004.

[2]周治国，陈德利，陈浩.DF900D导梁式定点起吊架架桥机通过隧道及隧道口架梁技术研究[J].铁道标准设计，2010(3)：37-45.

[3]陈浩，等.DF900D型导梁式定点起吊架架桥机技术设计报告[R].郑州：郑州大方桥梁机械有限公司，2004.

[4]陈浩，张志华，吴耀辉，等.DF900D型导梁式定点起吊架架桥机[J].铁道标准设计，2008(3)：10-12.

[5]代宇，陈德利，周治国，等.DF900架架桥机的研制与应用[J].建筑机械，2011(5)：94-97.

[6]陈浩，吴耀辉，张志华，等.铁路客运专线900 t箱梁提运架设备研究[J].铁道工程学报，2007(12)：251-255.

[7]马少群，陈浩，张志华.DCM900型自行式模块式运梁车简介[J].铁道标准设计，2008(3)：19-21.

[8]唐经世.高速铁路900 t级轮胎式运梁车的设计思考[J].工程机械，2005(6)：36-38.

[9]于文涛，薛泽民，洪彩葵.客运专线900 t过隧道架架桥机的特点及作业流程[J].铁道标准设计，2007(11)：33-38.

[10]李朝红，刘嘉武.客运专线900 t整机过隧道箱梁架桥机研究[J].铁道标准设计，2007(9)：5-7.

[11]尚朝军.DF900D型架桥机整机自助升降通过隧道口并架梁施工研究及应用[J].铁道标准设计，2011(9)：63-69.

[12]王星，李伟奇.高速铁路900 t级隧道口近距离箱梁架桥机[J].起重运输机械，2013(6)：77-80.

[13]张明宽.DF900D架架桥机通过隧道施工[J].铁道建筑技术，2011(6)：246-249.

[14]王峰.石太客运专线TLJ900型架架桥机过隧道架梁施工技术[J].铁道工程学报，2007(12)：269-273.

[15]刘亚滨，刘利国.整孔箱梁架架桥机穿越隧道及隧道口架梁技术方案[J].铁道标准设计，2004(12)：37-42.

Development of 900 t Though-tunnel Bridge Girder Erecting Machine

DAI Yu，CHEN De-li，ZHANG Yan-li

(Zhengzhou New Dafang Heavy Industry Science & Technology Co.，Ltd.，Zhengzhou 450064，China)

In order to satisfy the needs of high-speed rail construction in China without sacrificing the normal construction efficiency of ordinary transport-erection separated erecting machine，the 900 t erecting machine with girder erection capability through tunnel is developed based on the section of Guizhou Kaili on Shanghai-Kunming railway for high-speed railway construction in Southwest Mountains where tunnels and bridges are closely connected.In the construction process，the erecting machine and supporting beam carrier are coordinated to fulfill automatically and effectively girder erection and tunnel passing to allow immediate girder erection at the tunnel exit.Efficient construction is obtained under the general conditions to fulfill design goal and satisfy construction requirements.The development of this erecting machine can not only resolve the urgent needs of current high-speed railway construction in mountain areas of southwest China，but also provide reliable theory and practical basis for the development of new erecting machines.Meanwhile，it provides

for the reconstruction of a large number of idle bridge machines and sees significant economic benefits.

900 t bridging machine; Tunnel passing; Tunnel exit; O shaped retractable legs; Girder transporting vehicle; High-speed railway

2016-01-02；

2016-04-11

代宇(1977—)，男，工程师，2007年毕业于华北水利水电大学机械工程专业，工学硕士，E-mail：daiyu@zzdf.cn。

1004-2954(2016)10-0054-04

U445.36

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.10.013