240 t级U型梁运架设备研制与应用

张兆钦

(中铁十四局集团第五工程有限公司 山东济宁 272117)

1 研制背景

近年来，随着我国基础设施大规模建设，在城际轨道交通高架桥建设过程中，U型梁做为一种下承式结构梁，其相对于传统的T型梁和箱型梁具有环保节能、外形美观、运营成本低、系统先进高效等特点，目前已在上海、南京和重庆等城轨交通领域应用，在国内城际轨道交通领域尚处于推广阶段[1]。

在轨道交通建设中，传统U型梁架设直接采用吊车吊装或者轮轨运架设备架设[2]。吊车吊装受地理条件影响，特别河道较多地区，而轮轨式运架需要铺设长距离轨道，运梁速度慢，运输和架设坡度适应性差，适应梁型单一，使得U型梁运架成本和施工时间大大增加。传统施工方式都存在施工局限、施工成本高和效率低下等缺点[3]。

青岛蓝色硅谷轨道交通快线又名青岛轨道R1线，连接青岛主城区与蓝色硅谷核心区。该工程南起于苗岭路站，北至即墨市王村新城的盐田东站，线路全长59.2 km。该工程全线主要以高架桥架设方式为主，桥梁上部结构全部采用U型梁设计[4]。整个工程中铁十四局集团承担了约1 200片U型梁的预制架设任务，施工线路复杂，坡度大、曲线段多、沿线河流多及工期短任务重，若采用传统方式，不能满足线路施工要求。如何安全高效满足工程要求，是需要研究的重要课题。为此联合郑州新大方重工科技有限公司研制了240 t级U型梁运架设备，该设备采用运架分离施工，轮胎式运梁车桥上运梁，配合架桥机架梁。相比传统方式，该套设备不受制于地理环境，适应坡度大、施工速度快、适应梁型多样，可大大提高施工效率和设备应用范围。

2 240 t级U型梁运架设备组成

240 t级U型梁运架设备由DCY240轮胎式运梁车和DF240架桥机组成，施工过程两者配合使用。

2.1 DCY240轮胎式运梁车

DCY240轮胎式运梁车整机分为前车(接近架桥机)、后车两部分，主要由车架、液压悬挂、驱动桥、制动桥、从动桥、动力系统、液压系统、空气制动系统、电控系统、转向系统、前车液压泵站等组成。运梁车总体结构见图1。

图1 DCY240轮胎式运梁车总体结构(单位：mm)

2.1.1 DCY240轮胎式运梁车技术特点

(1)整机采用轮胎式走行，接地比压小，适应路面强，悬挂轮组为单轮胎承载，宽度窄，适应有预埋钢筋的狭小空间的桥面运行。

(2)整机采用液压悬挂、液压分组，可以实现整机三四点分组。运架U型梁采用三点分组，避免U型梁受扭；驮运架桥机时采用四点分组，增强整机稳定性。

(3)整机采用微电控制液压连杆转向，可以实现直行和八字转向，前后车可以单独转向，转弯半径小，方便配合架桥机进行小曲线喂梁[5]。

(4)整机采用分布式动力和集中驱动布置，前车动力仅为前车提供转向和制动，后车动力提供后车转向和制动，并为整机走行提供动力。简化整机驱动控制，提高了整机运行同步性。

(5)整机采用液压驱动，可以实现空载5 km/h、重载3 km/h，纵坡4%，无极调速，牵引力大，爬坡能力强。

(6)整机采用液压驱动配合电机驱动的架桥机天车喂梁，适应坡度大、速度快。

(7)整机前后车分开，自重低、轴载小，方便纵梁调整，适应梁型长度更广泛。

2.1.2 DCY240轮胎式运梁车主要技术参数

额定运载重量:240 t；

车辆自身质量:70 t；

总质量:310 t；

轮系:2纵列20轴线；

驱动悬挂:6套；

制动悬挂:18套；

从动悬挂:16套；

空载平地车速:0～5 km/h；

满载平地车速:0～3 km/h；

满载爬坡车速:0～1 km/h；

配合架桥机喂梁速度:0～3 m/min；

适应纵坡:4%；

适应横坡:3%；

整机功率:后车166 kW、前车39 kW；

外形尺寸(长×宽×高):44.5 m×5.9 m×2.8 m(中位)；

悬挂升降:±200 mm；

接地比压:0.72 MPa；

转向角度:±30°；

转弯半径:外47 m、内35.5 m。

2.2 DF240架桥机

DF240架桥机由双组合桁架梁及联系梁组成的主梁、前支腿、中支腿、后支腿、前天车、后天车、过孔横梁、附属结构、液压系统及电气系统等组成[6-8]。架桥机总体结构见图2。

图2 DF240架桥机总体结构(单位：mm)

2.2.1 DF240架桥机技术特点

(1)采用组合桁架两跨半主梁和三支腿两天车系统，整机结构简单、操作方便。

(2)主梁在过孔及架梁工况均为简支结构，受力明确、安全性高。

(3)架桥机整机过孔是由运梁车后天车配合中支腿托辊完成。运梁车不但对线路曲线适应能力强，而且有效降低对槽型混凝土梁的正压力，也为架桥机过孔节约了一套驱动系统，经济效益好。

(4)中支腿支撑主梁的上下两层横梁可相对横向移动和转动，便于实现线路小曲线架设。

(5)天车可横移，利用变频电机驱动，运行平稳、精确度高。

(6)天车吊具可横向折叠，便于天车取、落梁。

(7)过孔采用轮轨、托辊技术，连续性好、方便快捷。

(8)架桥机过孔、前后天车走行均采用变频技术，启动、制动平稳；整机采用遥控器控制，便于操作。

(9)液压系统采用独立单元设计，使系统简化和模块化，减少沿程损失和功率损耗，方便维修和搬运。

(10)设备操作配置遥控，可以实现就近操作，避免因视线不同、沟通不畅、判断失误等因素造成的系统风险。

2.2.2 DF240架桥机主要技术参数

架设跨度:18 m、25 m、30 m；

天车数量:2个；

单天车起吊能力:120 t；

天车起升速度:重载0.5 m/min、空载1 m/min；

天车纵移行走速度:重载3 m/min、空载6 m/min；

天车横移速度:0.33 m/min；

整机纵移过孔速度:4.2 m/min；

起升高度:7 m；

天车横移范围:±3 m；

适应曲线:R≥300 m；

适应坡度:纵坡3%、横坡3%；

喂梁方式:运梁车配合喂梁；

夜间施工照明:满足夜间作业需要；

装机容量:75 kW；

发电机组功率:100 kW；

整机自重:207 t；

外形尺寸(长×宽×高):64 m×13.2 m×10.8 m；

控制方式:遥控。

3 施工流程

整套设备施工流程分为架梁、架桥机过孔、架桥机变小跨、架桥机变大跨[9-10]。

3.1 架梁流程

步骤一:

(1)架桥机空载，运梁车运梁到位；

(2)架桥机准备架梁；

(3)前天车安装吊具、提梁。

步骤二:

(1)前天车提梁与后运梁车同步前进到位后停车；

(2)后天车安装吊具、提梁；

(3)运梁车返回梁厂取梁。

步骤三:

(1)前、后天车提梁纵移到位；

(2)前、后天车携梁横移、对位、落梁；

(3)架桥机完成一幅梁的架设。

步骤四:

(1)前、后天车退回原架桥机空载待架梁位置；

(2)架桥机重复步骤一至步骤三(运梁车在桥面等待配合过孔)；

(3)架桥机架设完成另一幅梁，架桥机准备过孔。

3.2 过孔流程

(1)运梁车运梁进入架桥机；

(2)前天车吊过孔横梁与主运梁车连接；

(3)前天车吊中支腿向前运行；

(4)前天车吊中支腿向前运行30 m，到达前支腿后方；

(5)前天车回到后天车附近；

(6)前后支腿收起，主运梁车推动架桥机主梁向前运行30 m，前支腿到达前方盖梁；

(7)前天车吊过孔横梁放置于中支腿位置，并回到吊梁位置。

此时，过孔完成，准备架梁。

3.3 架桥机变小跨流程(30 m变25 m)

步骤一:

(1)运梁车与架桥机机臂连接；

(2)按标准施工流程过孔；

(3)前、中支腿及运梁车支撑架桥机。

步骤二:

(1)利用倒链将后天车与后支腿连接；

(2)脱空后支腿，后天车吊运到25 m梁架设安装位；

(3)变跨流程结束；

(4)运梁车返回取梁，架桥机准备架梁。

3.4 架桥机变大跨流程(25 m变30 m)

步骤一:

(1)架桥机配合运梁车架完一孔梁；

(2)准备过孔。

步骤二:

(1)架桥机按标准流程过孔；

(2)前、中支腿及运梁车支撑架桥机；

(3)天车与后支腿连接。

步骤三:

(1)后天车吊运后支腿到架设30 m梁安装位；

(2)变跨结束。

4 关键技术

(1)运梁车采用分布式动力系统和集中驱动系统布置，前车动力系统仅为前车提供转向和制动，后车动力系统提供后车转向和制动，并为整机驱动系统提供动力。简化整机驱动控制，提高了整机运行同步性。

(2)悬挂轮组为单轮胎承载，宽度窄，适应有预埋钢筋的狭小空间的桥面运行，见图3。

(3)运梁车配置有超声波测距装置，实时检测车辆中心与道路中心的间距，自动修正走行轮转角，保证运梁车沿道路中心行走，避免运梁车运行过程中偏移路线碾压预埋钢筋。

图3 运梁车运梁断面

(4)运梁车采用液压悬挂、液压分组，轴载均匀，可以实现整机三四点分组，运架U型梁采用三点分组，避免U型梁受扭；驮运架桥机时采用四点分组，增强整机稳定性。

(5)架桥机吊机通过机械结构实现四点起升、三点平衡，U箱梁起吊受力明确。

(6)架桥机吊具由滑轮组、吊具支架和小吊具等组成。小吊具通过销轴与吊具支架连接，吊梁完成后，吊具旋转，从已架好梁内升起吊具，见图4。

图4 吊具及工作状态

(7)小吊具上安装有扁担梁，扁担梁与小吊具通过销轴连接。该销轴孔为长圆孔，扁担梁会随着吊梁尺寸的变化而相应移位以适应吊梁孔的变化以及不同梁型的吊装。

(8)运梁车与架桥机配合喂梁，采用液压驱动轮胎走行与电机驱动轮轨同步控制喂梁技术[11-12]。

5 现场应用

青岛蓝色硅谷轨道交通快线，中铁十四局集团承担了约1 200片U型梁的预制架设任务。沿线多河流，路线坡度最大2.9%，最小曲线半径450 m。采用DCY240轮胎式运梁车和DF240架桥机施工作业，不受线路环境状况和复杂工况的影响，实现2%以上大坡和450 m小曲线半径架梁，整体效率比传统轮轨方式高50%以上，施工安全高效，创造了单机单班日架梁6片的全线最高纪录，以全线第一成绩完成施工任务。施工现场见图5。

图5 现场应用

6 结束语

240 t级U型梁运架装备是U型梁架设的专用设备，解决了以往施工技术存在的困难，填补了U型梁架设专用设备的空白。随着基础设施的大力建设，在城际轨道交通高架桥建设过程中，U型梁会得到广泛应用，此项技术通过实际检验值得推广和借鉴。