高速铁路桥上运梁垂直会车方案及装备研究

李朝红,徐光兴

(1.石家庄铁道大学土木工程学院,石家庄 050043； 2.石家庄铁道大学河北省交通应急保障工程技术研究中心,石家庄 050043)

引言

高铁线路中，桥梁占据相当大的比例，其中绝大部分是简支梁桥[1-3]。简支梁桥多采用“预制+运架”的模式施工，运架梁可分为运架分离、运架一体两种方式，其中，运架分离式方案采用运梁车运梁、架桥机架梁的作业方法，作业效率高，施工成本低，因而应用最为广泛[4-6]。

预制梁场的位置和间距决定着运梁距离。梁场的征地、建设、复耕、设备投入等耗资巨大[7-8]，当前对铁路工程建设的工期要求亦趋向科学合理，为降低施工成本，梁场间距往往设置较大，使运梁时间成为运架梁作业的控制因素。为提高运架梁作业工效，使运梁、架梁作业效率相互匹配，当运距较大时，最理想的解决方案是采用“两运一架”甚至“多运一架”的施工方案，即用2台或多台运梁车配合1台架桥机进行运架梁作业[9-10]。但高铁线路的宽度只允许运梁车单向通行，无法进行会车作业，因而在实际工程中尚未大量采用。为此，需研究安全、经济、合理的会车技术方案。

1 既有运梁会车方案

高铁箱梁在梁场经由跨线提梁机桥上装梁，或经由便道上桥后，通过在建高铁路基、桥梁、隧道运到待架桥跨[11-13]。为解决2辆运梁车间的会车问题，既有案例多采用平面会车方案。

平面会车位置可选择在路基上或桥上。选择路基作为会车点时，需加宽该段路基，供运梁车空车通行，其缺点是征地、建设费用高，会车地点不能移动。

在桥上设置会车点时，需在桥梁一侧搭建临时会车平台。文献[14]即采用了这一方案，其临时会车平台长92 m，宽10 m，利用六四式军用梁和六五式军用墩拼组而成，见图1。利用制式抢修器材拼组临时平台，可节约一定的设备制造成本，但搭建临时墩仍需征地、建造临时桥墩基础。此外，运梁车出入平台时经过4孔已架混凝土箱梁的悬臂翼缘板，需对其进行加固处理，翼缘板上的防护墙、电缆槽、接触网支座等预埋件也需做相应的处理。在桥上设置临时会车平台，会车点同样不便移动位置。

图1 利用抢修器材搭建的临时会车平台(单位：mm)

2 垂直会车方案

为更好地解决2台或多台运梁车的会车问题，提出了一种新的桥上会车方案，即在会车点设置会车提升装备，当空载运梁车从架梁点返回梁场、抵达会车点时，利用会车提升装备将空载运梁车提起，待重载运梁车从其下方通过后，再将空载运梁车降至桥面，然后空载继续驶向梁场，重载运梁车驶向架梁点，从而实现桥上会车作业。

垂直会车方案的会车点可设置在桥上或路基上，会车提升装备可采用跨线龙门吊。采用跨线龙门吊的缺点是设备一次性投入费用高，需征地并建造龙门吊基础，会车位置不便移动。为此，研究了一种桥上会车提升装备[15]，该装备直接放置在已架箱梁顶面，和现有技术、装备相比，具有突出的优点。

3 会车提升装备

3.1 会车提升装备的组成

会车提升装备由金属结构、起升系统和电气控制系统等部分组成，见图2。

图2 会车提升装备的组成

(1)金属结构

金属结构是会车提升装备的主体结构。为使运梁车通过会车提升装备，金属结构采用“O”形门架形式，由2个“O”形门架通过3根纵向联系梁连接而成。

“O”形门架是会车提升装备的主受力构件，吊装荷载直接作用在门架平面内。门架净宽满足预制混凝土箱梁的通过需求，净高满足提升空载运梁车后重载运梁车的通过需求。为方便运输，每个“O”形门架由2根上曲梁结构、2根下曲梁结构、2根支撑靴梁和1根下横梁连接组成。上曲梁下方设起升机构，承受较大弯矩，采用等截面箱梁结构。下曲梁为压弯构件，采用变截面箱梁结构，下部截面高度逐渐缩小。上、下曲梁间通过法兰板连接。靴梁上端与下曲梁通过法兰板连接，下端支撑在已架混凝土箱梁顶面，将门架自重和起升荷载传递给混凝土箱梁桥面。为减小门架荷载对混凝土箱梁悬臂翼缘板的作用，靴梁支撑点尽可能靠近混凝土箱梁腹板，并且靴梁沿纵桥向设计有足够的长度。两侧靴梁之间通过下横梁连接，靴梁上设有开口耳板，下横梁两端设销轴，使下横梁能方便地插入靴梁耳板。下横梁仅受较小的轴力作用，其作用在于限制两侧曲梁的相对位移，使门架具有良好的整体性。为使运梁车顺利通过，下横梁高度限制在120 mm以内，两侧设过渡坡道。

纵向联系梁在工作状态不承受起升荷载作用，仅起联系2个“O”形门架的作用，同时保证整个会车提升装备的倾覆稳定性。在驮运转场状态，驮运支架伸出扁担梁，挑在下面2根联系梁靠近“O”形门架的根部。因承受荷载有限，联系梁采用较小截面的箱形梁结构。

(2)起升系统

起升系统包括2套相互独立的起升机构，分别布置在2个“O”形门架内部。每套起升机构由2台卷扬机、2个转向滑轮、2套定滑轮组和1套吊具组成，卷扬机布置在门架两侧中部，定滑轮组设在门架顶部下方。为让出起升空间并优化钢丝绳的入绳角度，在卷扬机和定滑轮组之间设有转向滑轮。起升系统采用“四点起吊三点平衡”设计[16-17]，4个吊点分别由4套独立的传动装置驱动。在钢丝绳卷绕时，一个“O”形门架上的卷扬机和滑轮组分别独立卷绕，形成连个独立吊点，另一个“O”形门架上的2台卷扬机的跑头绳通过滑轮组串联，形成一个平衡吊点，从而避免运梁车起吊时受扭。

(3)电气系统

电气系统采用全变频拖动，起升动作启停平稳，减小了对结构的冲击作用。起升机构设同步控制系统[18-19]，由外部编码器采样测量钢丝绳的线速度，保证4个吊点之间的起升误差在2 cm以内。整套装备采用遥控操作，备用手动操作，作业方便简单。

3.2 会车提升装备主要技术性能参数

会车提升装备的主要技术性能参数见表1。

表1 主要技术性能参数

3.3 会车提升装备的特点

和既有会车方案与配套设备相比，本文会车方案与会车提升装备具有以下优点。

(1)随着运距的加长，会车地点可不断前移，从而始终保持最佳的运梁效率。

(2)会车提升装备直接支承在桥面上，可节省大量征地和基础建设费用。

(3)和跨线门吊造价相比，设备一次性投入显著降低。

(4)和传统门吊相比，装备结构形式简单、新颖，起升系统设置在“O”形门架支腿平面内，避免设置强壮的主梁结构，可显著降低设备自重和造价。

4 会车作业程序

利用会车提升装备进行桥上垂直会车作业的步骤如下。

(1)在箱梁预制场与待架桥跨之间的桥上会车点预先安装会车提升装备；空载运梁车从架梁点返回梁场，抵达会车点；重载运梁车运梁驶向会车点。如图3所示。

图3 会车作业步骤1

(2)利用会车提升装备将空载运梁车提升至高处，给重载运梁车让出通行空间；重载运梁车运梁到达会车点。如图4所示。

图4 会车作业步骤2

(3)重载运梁车从会车提升装备提起的空载运梁车下方通过，驶向架梁点。如图5所示。

图5 会车作业步骤3

(4)空载运梁车下降至桥面，返回箱梁预制场运梁，完成桥上会车作业。如图6所示。

图6 会车作业步骤4

具体作业时，如重载运梁车先行抵达会车点，则需在会车点后方等候空载运梁车返回。随着架梁点前移，运距加长，当等候时间过长时，可将会车点沿架梁方向前移。

会车提升装备的转场利用运梁车驮运进行(图7)，转场作业方便快捷。驮运时，运梁车承载托架低位驶入提升装备腹部，将托架上部横梁与会车提升装备的联系梁连接，运梁车走行悬挂恢复至中位，驮起提升装备，即可驮运会车提升装备转场至下一会车点。

图7 利用运梁车驮运转场

5 工程应用

连徐高铁站前Ⅳ标线路全长47.044 km，由中铁十二局集团一公司承建。Ⅳ标段邳州制梁场位于邳州市碾庄镇境内，负责邳州特大桥761孔双线箱梁的预制生产和架设任务[20]。邳州特大桥2018年5月开始架设第一孔箱梁，随着运距的加长，运梁时间远远超过架桥机架梁时间。

为加快施工进度，匹配运梁、架梁工序的作业效率，2019年10月项目部投入1台会车提升装备，彻底解决了长大桥梁运梁车会车难题。采用“两运一架”施工方案后，架梁工效提高了1倍多。目前，邳州特大桥箱梁已全部架设完成，比计划工期提前半年。

6 结语

为解决高铁桥梁运架施工中2台或多台运梁车桥上会车问题，提出了一种垂直会车技术方案，并研究与之配套的会车提升装备，主要结论如下。

(1)通过在桥上安装会车提升装备，利用会车提升装备提升空载运梁车，使重载运梁车从下方通过，创新实现了桥上运梁垂直会车作业。

(2)随着运距的加长，会车提升装备可方便地转场前移，会车点位置变化灵活，从而始终保持最佳的运梁效率。

(3)与既有会车方案相比，本方案设备一次性投入低，会车提升装备直接支承在桥面上，可节省大量征地拆迁和基础建设费用，具有显著的经济效益。

实际工程应用结果表明，利用2台或多台运梁车配合1台架桥机进行长运距运架梁，可显著提高架梁作业效率。垂直会车方案为高铁桥梁桥上运梁会车作业提供了一种经济、合理、高效的解决方案。