高铁1 000 t/40 m梁昆仑号架桥机(运架一体机)创新设计

2021-10-20何建华

铁道建筑技术 2021年9期

何建华

(中铁第五勘察设计院集团有限公司北京 102600)

1 引言

目前，我国高速铁路“四纵四横”路网也已建成，“八纵八横”路网建设正在快速推进中，开通及在建里程都雄居世界第一。其中桥梁长度占已建成运营的高铁线路总长的50%以上，主要为标准跨度预应力混凝土简支箱梁桥。2019年以前，以跨度32 m简支箱梁桥为主，部分采用跨度24 m、20 m简支箱梁桥。2018年，我国基于运架装备技术架设的40 m标准跨度高铁预应力混凝土简支箱梁成功研发，2019年在郑济高铁利用1 000 t级运架分体式架桥机实现40 m简支箱梁首架，2020年在福厦高铁利用1 000 t级运架一体式架桥机实现40 m简支箱梁首架，标志着我国高铁桥梁建设进入40 m跨标准简支箱梁时代。

高速铁路简支箱梁运架装备，有两大类:一类是提梁、运梁、架梁功能分开的，是运架分体式架桥机；另一类是集提梁、运梁、架梁功能于一体的，是运架一体式架桥机。运架一体式架桥机，最大能架32 m梁的，目前使用的代表型机子有:秦皇岛通联公司研制TTYJ900型[1－2]导梁式运架一体机(双主梁)，北京万桥公司研制WE-SC900H型[3]导梁式运架一体机(单主梁)，石家庄铁道大学国防所研发SLJ900/32型[4－5]无导梁式运架一体机，郑州新大方公司生产的DYJ900型[6－8]无导梁式运架一体机。运架一体式架桥机，能架40 m梁的，目前使用的机子仅有中铁五院与中铁十一局联合研制的世界首台高铁1 000 t级40 m梁运架一体机(定名“昆仑号架桥机”)[9－11]。由于高速铁路40 m标准跨度的双线预应力混凝土简支箱梁是我国自主创新研制的，世界上其他囯家还没有，其集提、运、架功能于一体的昆仑号架桥机的成功研发更具意义。本文对高铁1 000 t/40 m梁昆仑号架桥机的组成、技术参数、架梁流程进行了介绍，对设计方面的创新进行了梳理、分析，以供同行参考。

2 昆仑号架桥机简介

昆仑号架桥机属于无导梁式运架一体机，能直接吊运高铁1 000 t级40 m箱梁通过隧道，能在隧道内及隧道进出口、大于2 000 m的曲线线路、小于30‰的纵坡线路上架梁，能架24～40 m预制简支箱梁，是一种“全能型”架桥机。

2.1 设备组成

昆仑号架桥机，由主梁、后车、前车、中支腿、主支腿、起升系统、动力系统、液压系统、电气液压控制系统以及监控系统等部分组成，如图1所示。

图1 昆仑号架桥机

2.2 主要技术参数

整机尺寸(长×宽×高):116 m×9.8 m×9.2 m

额定起重量:1 000 t

适应梁型:高铁24～40 m跨度双线整孔箱梁

适应坡度:30‰

适应最小曲线:2 000 m

运行最小转弯半径:100 m

重载行走速度:0～5 km/h

空载行走速度:0～10 km/h

重载起升速度:0～0.5 m/min

空载起升速度:0～1.5 m/min

适应海拔高度:≤3 000 m

环境工作温度:－20～50℃

非工作状态最大风力:11级

工作状态最大风力:7级

机构工作级别:M4

整机工作级别:A3

整机重量:997 t

2.3 架梁流程

(1)从梁场提吊简支梁运至架梁工位。

(2)前车顶升，安装主支腿至桥墩。

(3)前车悬挂收起，完成体系转换，架桥机由后车和主支腿支撑(见图2a)。

(4)由后车推送，使前车越过主支腿(第一次喂梁，见图2b)。

(5)中支腿就位，临时落梁(见图2c)。

(6)中支腿顶升，主支腿倒运至下一桥墩上。

(7)安装主支腿，中支腿收缩，完成体系转换。进行第二次喂梁(见图2d)。

(8)喂梁结束，精确对位，准备落梁(见图2e)。

(9)落梁结束，架桥机准备回撤(见图2f)。

(10)架桥机回撤到位，主支腿回收，准备返回梁场去运梁(见图2g)。

图2 昆仑号架桥机一般工况架梁流程

3 昆仑号架桥机主要创新设计

昆仑号架桥机与最大架设32 m梁的SLJ900/32型、DYJ900型一样，都属于无导梁式运架一体机，只是它为能适应最大吊运40 m梁顺利通过高铁隧道等工况进行架设，采取了如下主要创新设计。

3.1 新材料GT785D高强钢的应用

40 m跨标准简支箱梁，比32 m箱梁重100 t多，达1 000 t级，跨度增加8 m，梁高增加200 mm，而高速铁路隧道断面尺寸并未增加，为满足架桥机过隧架梁净空要求，就无法选用目前市面上32 m梁架桥机多数采用的Q460、Q355钢材，架桥机主梁必需采用强度更高的钢材。为此，昆仑号架桥机主梁采用新研制的GT785D高强钢，其屈服强度达685 MPa。这也是GT785D高强钢在高速铁路架桥装备设计制造中，首次使用。GT785D高强钢力学性能及成分如表1、表2所示[12]。

表1 GT785D高强钢化学成分(质量分数) %

表2 GT785D高强钢力学性能

3.2 主梁轻量化设计

昆仑号架桥机的主梁采用箱形截面，总长为104.3 mm，为减轻重量，主要采取了以下措施:

(1)从原材料上来减轻重量，主梁材料选择新研制的GT785D高强度结构钢，其屈服强度高达685 MPa。

(2)主梁共由9个节段拼接而成[13]，通过计算后在第2～5节段、第7～8节段的腹板位置进行开孔，孔洞整体形状为长方形，四周为圆角，孔洞四周焊有包边(见图1)。腹板进行开孔，可显著节约材料，降低主梁自身的重量。

3.3 主梁方便运输设计

昆仑号架桥机的主梁截面为箱形，高为4.8 m，为方便运输，采取了以下措施:

(1)主梁长度方向上分节(9节)，高度方向上分层(上下两层)，如图1、图3所示。

图3 主梁结构断面

(2)组成主梁的上下两层梁采用叠置，为防止吊装或运输时主梁腹板变形，增加结构的横向稳定性，主梁腹板在叠置部位设计为T形，用竖向高强螺栓连接即可(见图3)。这与一般主梁腹板另加钢板用水平向高强螺栓连接的，明显不同，是一创新。

3.4 研制了大推力关节轴承

新研制的子母套免维护大推力关节轴承，主要由座圈、轴圈、内圈、外圈、密封圈、连接螺栓、螺母、金属衬垫、沉头螺栓等组成(见图4)，是用来连接昆仑号架桥机主梁与后车的。通过该关节轴承连接，使昆仑号架桥机在架梁过孔或驮梁运输过程中，形成“四点接触、三点平衡”体系，免除了架桥机由于支点不平而受到附加扭矩，也增加了架桥机的曲线通过性。

图4 大推力关节轴承

原有架桥机主梁与后车连接大都采用球铰结构(见图5)，这种球铰结构往往存在加工精度低、转动不够灵活、易磨损和锈蚀、需经常维护等缺点。昆仑号架桥机主梁与后车连接采用新研制的子母套大推力关节轴承结构，其整体结构高度比球铰结构低200 mm以上，这降低了架桥机整体高度，方便过隧设计；其采用自润滑材料组成摩擦副，摩擦系数更小，转动灵活，可免维护，承载力、寿命及使用功能都有一定的增强和提高[14]。

图5 实体球铰结构

3.5 研制了可变位主支腿折叠结构

昆仑号架桥机主支腿设计成倒三角空间结构(见图6)，是一种可以免除墩顶锚固的构造，通过水平导向轮、反抓轮、托辊轮，可以沿主梁自行来回移动；通过油缸来伸缩、折叠主支腿，满足在不同高度下支腿回收的需要；主支腿通过垫梁支撑在桥墩上，垫梁与主支腿下横梁间设置了3个推力关节轴承，两侧的关节轴承下垫有聚四氟乙烯滑块，使主支腿和下垫梁可相对转动，满足曲线架梁需要[15]。

图6 昆仑号架桥机主支腿

3.6 研制了架桥机信息化管理系统

为实时了解昆仑号架桥机自身安全监控信息及运架施工信息，方便设备管理，开发设计了架桥机信息化管理系统(见图7、图8)。其有3层框架:应用层、服务层、运行数据层。有五大核心功能:工程信息管理、设备信息管理、实时监控、统计中心、预警管理。通过布置各种先进传感器，监测架桥机运架时关键数据；并通过无线网络通讯技术，实时将数据传送至远程服务器，各级用户可通过网络随时查看现场实时数据与历史数据；通过北斗导航定位，实时了解目前设备具体地理位置，等等。这些使生产厂家、设备用户对该设备已架设哪些桥梁项目、各项目架设多少孔40 m(或32、24 m)梁、设备状态如何、是否需要保养或维修等信息了然于心，方便设备管理；也可通过分析历史数据，发现运架梁各工序哪些可优化，进而提高设备的使用效率，提高工效，节约成本。昆仑号架桥机信息化管理系统的成功研制，填补了运架高铁箱梁信息化技术应用的空白，可实现运架设备状态的全寿命周期管理[16]。