铁路架桥机施工作业过程安全风险控制研究

刘洋

中铁二十二局集团第二工程有限公司 北京 100043

架桥机是当前高速铁路架梁施工中使用的主要设备，这种设备能够克服施工的恶劣环境，而且具有操作简单、稳定性好、承载能力强、结构质量轻等优势，为高速铁路施工带来了极大的便利[1]。架桥机等特种施工设备由于使用环境恶劣，稍有不慎就会造成安全事故，因此采用先进的信息技术对施工设备进行安全监督管理就十分必要。同时，通过在设备上加装安全监控系统，便于实时诊断机械设备及其零部件的运行状态，方便设备的维护与保养。

1 吊运梁机主梁传统的拆卸

1.1 吊运梁机主梁介绍

吊运梁机作为运架一体机中重要的部分，承担了运梁和架梁的任务，TTYJ900型运架一体机其整机由①吊梁天车；②主梁及门架结构；③动力系统；④司机室；⑤液压悬挂轮胎组；⑥从动桥；⑦驱动桥；⑧辅助液压支腿；⑨转向系统；⑩液压系统；电控系统等部件组成。其中主梁作为吊运梁机的重要结构部件，它一般由6-7段短梁通过螺栓连接而成，主梁主要有以下三大功能：①连接前后车体：吊运梁机一般可以前后两个方向运架梁，因此，两端车体具有对称结构，而主梁将两端对称的车体连成一体；②承重功能：吊梁天车在架桥工作中主要承担起吊桥梁的功能，起吊后梁的重量直接由主梁承受；③作为天车移动的轨道：吊梁天车将桥梁吊起之后可沿主梁上端的轨道移动。

主梁在吊运梁机中占据着非常重要的地位，它是由6-7段短梁连接而成，当起吊长度为24米或者32米梁的时候，可根据梁的长度拼装或拆卸短梁的数量，而主梁连接的质量将直接影响到运架梁工作的安全。

1.2 传统拆卸方式

当运架一体机要进行转场运输时，需要将吊运梁机的各组成部件拆卸后运输。在传统的吊运梁机拆卸工作中，由于主梁的重量高达200吨，纵向长度较大，超过了制梁场内现有的移梁车等大吨位起重设备的操作空间，主梁的拆卸工作往往是非常繁琐且不好操作的。通常情况下，主梁的拆卸需要依靠大吨位起重设备，采用此方式拆卸吊运梁车主梁时，需要用到两台大吨位的起重机配合作业，才能将主梁整体起吊后，再分段拆卸。需要注意的是，在起吊主梁之前，在主梁位置上选取合适的吊装平衡点并将主梁与吊车连接可靠后才可进行起吊。

2 无大吨位吊车拆卸主梁方式

无大吨位吊车的拆卸主梁的方式是在不依靠大吨起重机的情况下，通过导梁机喂梁小车的支撑、移动，再配合70吨吊车即可直接将主梁进行分段拆卸。其具体详细操作步骤如下：

①拆卸前，吊运梁机携导梁机行至拆卸场地，一般在制梁场的移梁通道位置；②下放导梁机至离地面1m位置，下部四点钢墩支撑，保证导梁机平衡稳定；③拆卸吊运梁机左右两侧发动机组件，卷扬机、钢丝绳、驾驶室、相关电器、液压线路以及导梁机前鼻梁、牵引绳等；④喂梁小车开至吊运梁机主梁中间段左侧，托盘内放置两台500吨千斤顶支撑主梁，通过500吨千斤顶辅助拆卸左侧主梁与马鞍梁连接轴销；⑤采用70吨吊车辅助拆卸主梁第一、二、三段（70吨吊车吊稳后，25吨吊车辅助人员拆卸螺栓）；⑥一台70吨吊车、两台25吨吊车起吊主梁中间段（第四段），稳定后，下放千斤顶，喂梁小车右移至第六段左侧，托盘内放置两台500吨千斤顶支撑主梁；⑦采用70吨吊车和25吨吊车共同辅助拆卸主梁第四、五段；⑧70吨吊车起吊主梁第六段，稳定后，下放千斤顶，喂梁小车右移至第七段左侧，托盘内放置两台500吨千斤顶支撑主梁；⑨拆卸主梁第六、七段。

从拆卸过程可看出，采用无大吨位的起重机进行吊运梁机的拆卸工作时，只需用到70吨和25吨的小吨位吊车，再配合运架一体机下导梁和已有的千斤顶等设备作业，即可完成主梁的拆卸工作。

3 安全监测系统设计

3.1 传感器测点布置

由于所设计的主梁安全监测系统需要完成对应力以及挠度变形的监测，因此需要选择合适的传感器进行数据的采集。针对挠度变形的监测，选用倾角传感器测倾角的变化来反映变形的大小，对于应力的监测选用应变片来进行测量。所用传感器测点的布置根据有限元分析来确定。根据以上分析可知在架梁工况下，主梁下盖板跨中部分以及与前、后支腿连接处的应力较大，主梁前端以及跨中位置挠度变形较大，需在此位置安装应变片以及倾角传感器实时采集数据保证施工安全。

3.2 监测系统硬件电路设计

架桥机主梁安全监测系统的硬件部分主要包括微处理器、应力应变测量模块、倾角测量模块、4G通讯模块以及电源模块。其中系统的微处理器选用STM32L151CBT6单片机作为主控单元来完成数据的交互。应变测量模块选用PS09型高精度采集芯片来完成应力应变的采集。倾角测量模块采用SCA103TD-02型传感器进行角度的测量，且同样采用SPI接口实现与微处理器的通讯。4G通讯模块通过RS232串口实现与微处理器的通信。电源模块主要包含12V/5V和5V/3.3V的稳压电路实现对微处理器、传感器以及4G模块的供电[2]。

4 结语

（1）为保证架桥机施工安全，对于影响主梁健康状态的因素进行了分析，确定了架桥机主梁安全监测系统的具体需求。

（2）利用ANSYS软件对架桥机主梁在架梁工况下进行了静力学分析，得出主梁应力较大位置和挠度变形较大位置。

（3）根据有限元分析结果，确定了主梁应力应变传感器的安装位置为主梁下盖板与前、后支腿连接处以及主梁跨中位置，倾角传感器的安装位置为主梁前端和主梁跨中位置[3]。

（4）对监测系统的硬件电路框架进行了设计实现传感器数据的采集，同时设计了软件系统界面实现了对监测数据的实时展示和历史查询。