高铁1 000 t/40 m梁过隧运架分体式架桥机对比研究

何建华

(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600)

1 引言

高铁1 000 t/40 m预制简支箱梁[1－2]，是我国最新研究设计的，目前国外还没有这种梁型。为推广应用这种千吨级40 m高铁简支箱梁，国内一些学者展开了相关研究。叶阳升等[3]梳理了我国高速铁路简支箱梁常用跨度的发展历程，分析了发展40 m简支箱梁的必要性、预制架设技术的可行性，与32 m简支箱梁比有一定的经济优势；并得出开展高速铁路40 m跨简支箱梁技术可行，可形成成套设计、预制、架设等建造新技术。胡所亭等[4]阐述了我国高速铁路标准梁的技术参数体系、建造技术，指出了标准梁设计优化及建造、运维等发展方向。陈叔等人[5－6]总结了高速铁路箱梁技术发展现状，并结合郑济高铁工程，开展了40 m/1000 t级制运架全套施工技术研究，其中运梁、架梁分别由运梁车与架桥机进行施作。谌启发等[7]研制出了40 m/1 000 t级满足高速铁路隧道口架梁、≥R2000 m曲线架梁、≤30‰大坡度架梁的提、运、架成套施工设备，其中运架设备有运架分体机、运架一体机两种。这些研究，在运架分体式架桥机方面，仅从设备自身方面展开了研究，没有进行设备之间的横向对比研究。基于此，本文对目前已工程应用的高铁1 000 t/40 m梁过隧运架分体式架桥机进行了横向对比，以供同行参考。

2 高铁1 000 t/40 m梁过隧运架分体式架桥机研制及应用现状

运架分体式架桥机(简称“运架分体机”)，由运梁车、架桥机这两种设备组成，其运梁、架梁功能分别由运梁车、架桥机完成。新研制的高铁1 000 t/40 m简支箱梁过隧运架分体式架桥机，满足运输20～40 m(含)简支箱梁的过隧架梁、隧道口架梁，也可在纵坡≤30‰、曲线半径≥2 000 m的线路上架梁，且配有智能信息化管理系统。各单位研制的运梁车与架桥机，是配套使用的，这样才能充分发挥设备的性能，提高施工效率。

高铁1 000 t/40 m简支箱梁，由于国外没有研制出这种梁型，相应运架装备仅国内展开了研究。目前参与过隧运架分体式架桥机研制的单位，主要有5家，即中铁十一局(中铁十一局集团有限公司)联合中铁五院(中铁第五勘察设计院集团有限公司)、中铁二局(中铁二局集团有限公司)联合中铁机械院(中铁工程机械研究设计院有限公司)、通联重工(秦皇岛天业通联重工股份有限公司)、郑州新大方(郑州新大方重工科技有限公司)、邯郸中铁(邯郸中铁桥梁机械有限公司)等。从高铁1 000 t/40 m梁推广应用的铁路项目上使用过隧运架分体式架桥机的数量来看，前两家占绝大多数；另外，从公开发表的文献看，后三家的也少见报道。因此，下面仅对前两家的过隧运架分体式架桥机(见表1)进行对比研究。

表1 高铁1 000 t/40 m梁过隧运架分体式架桥机统计

3 高铁1 000 t/40 m梁过隧运架分体式架桥机对比

从第2章分析可知，目前高铁1 000 t/40 m梁过隧运架分体式架桥机主要有2套，分别为“YLS1000运梁车 ＋JQS1000架桥机”、“TJ-YLS1000/40运梁车＋TJ-JQS1000 t/40 m架桥机”。下面从运梁车、架桥机的设备组成、主要技术参数、过隧设计措施、各套运架梁作业流程、实际运架梁效果等方面对这两套过隧运架分体式架桥机进行对比分析。

3.1 运梁车(YLS1000、TJ-YLS1000/40)对比

3.1.1 设备组成

(1)YLS1000运梁车

YLS1000运梁车由车体、走行轮组、顶升装置、驮梁台车、液压支腿、制动系统、动力系统、转向系统、电气系统、液压系统、司机室等组成，如图1所示[8]，它属低位过隧运梁车。

图1 YLS1000运梁车

(2)TJ-YLS1000/40运梁车

TJ-YLS1000/40运梁车由车架、悬挂总成、前后驮梁机构、动力系统、转向系统、电气控制系统、液压系统等组成，如图2所示[9]，它也属低位过隧运梁车。

图2 TJ-YLS1000/40运梁车

3.1.2 主要技术参数(见表2)

表2 运梁车主要技术参数对比

续表2

3.1.3 过隧设计措施

为实现驮运40 m箱梁通过高铁350 km/h、断面半径R6650 mm的隧道，驮运高铁32 m箱梁通过250 km/h、断面半径R6410 mm的隧道，两运梁车都采取了相应设计措施。

3.1.3.1 YLS1000运梁车过隧设计措施

(1)车体截面采用槽型结构。从图3[10]可以看出，槽型结构与箱梁截面形状贴合，充分利用箱梁截面两侧空间，有效降低运梁车高度。驮梁台车支撑情况下，中位驮运箱梁时的高度仅有1 500 mm，比32 m低位运梁车1 700 mm还低200 mm。

图3 YLS1000运梁车断面(中位驮运)

(2)采用多轴、小轮胎设计方案。全车共31轴、248个轮胎；悬挂轮组采用双胎并置和宽基小轮胎，不仅增大了轴线荷载，同时降低了悬挂高度，也有效降低了整机高度。

(3)采用板式驮梁台车。如图4所示，板式驮梁台车由链条牵引，滑动走行；这与传统的轮轨走行机构比，也降低了运梁高度。

图4 板式驮梁台车

(4)为驮梁过隧，除上面这3点设计措施外，还要采取:第一是悬挂轮组从中位下降90 mm(从表2知其调节范围为±210 mm)；第二是运梁时不用驮梁台车支撑，改用垫箱支撑，使运梁车驮梁高度进一步降低，此时仅有1 246 mm高，满足40 m高铁箱梁过隧要求。

(5)该运梁车设有自动纠偏、激光测距防撞系统，让其驮运40 m箱梁在隧道内行驶时自动驾驶，确保箱梁快速、安全通过隧道。

3.1.3.2 TJ-YLS1000/40运梁车过隧设计措施

(1)车体截面采用U型结构(见图5)。U型结构充分利用了箱梁截面两侧空间，有效降低运梁车高度。非台车支撑时，中位驮运箱梁时的高度仅有1 300 mm。

图5 TJ-YLS1000/40车体结构横截面示意

(2)采用多轴、小轮胎设计方案。全车共27轴、216个轮胎；悬挂轮组采用双胎并置和宽基小轮胎(定制的，外径920 mm)，不仅增大了轴线荷载，同时降低了悬挂高度，也有效降低了整机高度。

(3)采用低位重型移运器驮梁台车。如图6所示，移运器驮梁台车由双排滚子链条牵引，滚动走行；这与传统的轮轨走行机构相比，也降低了运梁高度。

图6 移运器驮梁台车示意

(4)设计的非台车支撑中位运梁高度仅有1 300 mm，可以中位运梁过隧，但为安全考虑，悬挂轮组从中位再下降100 mm(从表2知其调节范围为±250 mm)，使运梁车驮梁高度进一步降低，此时仅有1 200 mm高，满足40 m高铁箱梁过隧要求。

(5)该运梁车也设有自动纠偏、激光测距防撞系统，驮运40 m箱梁在隧道内行驶时自动驾驶，确保安全通过隧道。

3.1.4 运梁车对比分析

根据前面 YLS1000运梁车、TJ-YLS1000/40运梁车各自的设备组成、主要技术参数、过隧设计措施来看，两运梁车主要有如下的相似与不同。

3.1.4.1 两运梁车主要相似点

(1)车体截面相似。两运梁车采用槽型(或U型)结构，这是利用预制箱梁截面两侧空间，降低运梁高度的核心措施。

(2)都采用双胎并置和宽基小轮胎的悬挂轮组方案。

(3)都设有自动纠偏、激光测距防撞系统，有自动驾驶过隧功能。

(4)都有八字、半八字、斜行、直行等转向模式，都是低位运梁车。

3.1.4.2 两运梁车主要不同点

(1)驮梁台车不同。YLS1000运梁车的驮梁台车是板式驮梁台车(见图4)，是链条牵引、滑动走行；TJ-YLS1000/40运梁车的驮梁台车是移运器驮梁台车(见图6)，是链条牵引、滚动走行。一个滑动，一个滚动，受到的摩擦阻力不一样。

(2)外观尺寸、轮胎个数、轮轴数、自重、最小转弯半径不一样。YLS1000运梁车的长宽高为59.35 m×8.04 m ×4.2 m，248 个轮胎，31 轮轴，自重475 t，最小转弯半径为78 m；TJ-YLS1000/40运梁车的长宽高为51 m×9.1 m×3.6 m，216个轮胎，27轮轴，自重440 t，最小转弯半径为60 m；TJ-YLS1000/40运梁车短8 m多，轻35 t，当然油耗少，最小转弯半径也小。

(3)整车配的柴油机额定功率不同，空、重载运行速度也不一样。YLS1000运梁车的柴油机是2×447 kW，空、重载最大运行速度为8、4 km/h；TJYLS1000/40运梁车是2×522 kW，空、重载最大运行速度为10、5 km/h。功率大，运行速度快，运梁效率高。

3.2 架桥机(JQS1000、TJ-JQS1000 t/40 m)对比

3.2.1 设备组成

(1)JQS1000架桥机

JQS1000架桥机由前辅助支腿、前支腿、机臂、中支腿、前后起重小车、后支腿、后辅助支腿、司机室、电气系统、液压系统、安全监控系统等组成，如图7所示[11]。该机为一跨步履式架桥机，采用双主梁、5条支腿形式；后辅助支腿仅用于架桥机转场，前、中、后及前辅助支腿协作完成架桥机过孔作业。

图7 JQS1000架桥机

(2)TJ-JQS1000 t/40 m架桥机

TJ-JQS1000 t/40 m架桥机由主梁、前支腿、辅助支腿、后支腿、起升系统、液压系统、安全监控系统、电气系统等组成，如图8所示。该机也为一跨步履式架桥机，采用双主梁、3条支腿形式，过孔通过前、后、辅助支腿完成。

图8 TJ-JQS1000 t/40 m架桥机

3.2.2 主要技术参数(见表3)

表3 架桥机主要技术参数对比

续表3

3.2.3 过隧设计措施

为实现YLS1000运梁车驮运JQS1000架桥机、TJ-YLS1000/40运梁车驮运TJ-JQS1000 t/40 m架桥机通过时速250 km高铁、断面半径R6410 mm的隧道(时速350 km高铁的隧道断面半径R6650 mm)，两架桥机都采取了相应设计措施。

3.2.3.1 JQS1000架桥机过隧设计措施

(1)双向折叠式中支腿的设计[13]。过隧前，起重小车把中支腿的下横梁提吊在架桥机前方，翻折油缸将中支腿的联系梁和立柱整体翻折90°，用电动葫芦再翻折联系梁与立柱成75°，这样双向翻折后的中支腿可通过隧道。

(2)通过设计的前支腿下柱体翻折及内柱体伸缩，前辅助支腿三级大伸缩，后辅助支腿、后支腿翻折等，满足过隧净空要求。

(3)起重小车采用重型移运器走行，并采用卷扬机分列式布置设计，降低了起重小车的高度，有利于过隧。

(4)驮运支架设计成可升降式，来实现运梁车驮运架桥机通过隧道。

3.2.3.2 TJ-JQS1000 t/40 m架桥机过隧设计措施

(1)设计了双向折叠式后支腿。过隧前，前起重小车把后支腿的底横梁及走行机构提吊在架桥机前方，通过翻转折叠机构对后支腿竖曲梁及上横梁进行翻转折叠，先翻转下部，再水平折转至与主梁平行，这样双向翻折后的后支腿可通过隧道。

(2)设计了可旋转折叠的辅助支腿。在架桥机过隧道工况下，通过油缸使辅助支腿旋转翻折至主梁平行，满足过隧净空要求。

(3)设计了可翻转折叠三角形前支腿。前支腿下部结构(底横梁及斜撑杆下钢销)简单拆解，翻转折叠，即可满足过隧要求。

(4)起重小车采用重型移运器走行，且卷扬机与起重小车分开布置设计，这有效降低了起重小车的高度，有利于过隧。

(5)驮运支架设计成可升降式，采用低位驮运来实现运梁车驮运架桥机通过隧道。

3.2.4 架桥机对比分析

根据前面JQS1000架桥机、TJ-JQS1000 t/40 m架桥机各自的设备组成、主要技术参数、过隧设计措施来看，两架桥机主要有如下的相似与不同。

3.2.4.1 两架桥机主要相似点

(1)皆采用双主梁形式，都为一跨步履式架桥机，都能通过运梁车驮运过隧，都能架24、32、40 m双线整孔箱梁及20～40 m非标梁。

(2)起重小车走行方式相同，都是采用重型移运器走行，这有利于降低整机高度，是过隧主要设计措施之一。

(3)断面最宽的支腿(JQS1000架桥机是中支腿，TJ-JQS1000 t/40 m架桥机是后支腿)，都采用了双向折叠设计，来满足运梁车驮运架桥机过隧需要。

(4)都有安全监控系统，确保架梁安全。

3.2.4.2 两架桥机主要不同点

(1)支腿数量不同。JQS1000架桥机有5条支腿，架桥机过孔作业需要前、中、后及前辅助支腿(4条支腿)协作完成，后辅助支腿仅用于架桥机转场；TJ-JQS1000 t/40 m架桥机有3条支腿，从构造上少2条支腿，架桥机过孔作业需要前、后、辅助支腿(3条支腿)协作完成。

(2)起升卷扬机的布置位置不同。JQS1000架桥机的卷扬机和起重小车并在一起、分列式布置；TJ-JQS1000 t/40 m架桥机的卷扬机布置在双主梁的最后端，不跟起重小车在一起。

(3)外观尺寸、自重、整机功率不一样。JQS1000架桥机的长宽高为90.5 m×18.5 m×10.2 m，自重650 t，整机功率200 kW；TJ-JQS1000 t/40 m架桥机的长宽高为90.5 m×18.5 m ×10.2 m，自重585 t，整机功率300 kW。TJ-JQS1000 t/40 m架桥机轻65 t，从前面知 TJ-YLS1000/40运梁车也轻35 t，那“TJ-YLS1000/40运梁车＋TJ-JQS1000 t/40 m架桥机”这套过隧运架分体式架桥机，比“YLS1000运梁车＋JQS1000架桥机”这套过隧运架分体式架桥机，总体重量轻了100 t。

3.3 运架梁作业流程对比

3.3.1 运架梁作业流程

为方便比对，下面仅叙述一般运架梁(高铁1 000 t/40 m梁)工况下的作业流程[14]，分别见图9、图10。

图9 “YLS1000运梁车+JQS1000架桥机”一般工况运架梁作业流程

图10 “TJ-YLS1000/40运梁车+TJ-JQS1000 t/40 m架桥机”一般工况运架梁作业流程

3.3.2 作业流程对比分析

(1)运梁车喂梁次数不同

从图10可看出，“TJ-YLS1000/40运梁车 ＋TJ-JQS1000 t/40 m架桥机”这套过隧运架分体式架桥机，运梁车到位后，前起重小车可直接从运梁车上取梁，和驮梁台车一起喂梁，直至后起重小车吊起梁的尾端，运梁车仅喂梁1次。而“YLS1000运梁车＋JQS1000架桥机”这套过隧运架分体式架桥机，从图9可知，运梁车要喂梁2次，多了运梁车上自身喂梁的第一次(即通过前后驮梁台车，使梁在运梁车上前进，直至梁前端到达运梁车前端约800 mm，这样架桥机的前起重小车才能取梁)。多一次喂梁，就多占一点施工时间，作业效率就低一点。

(2)架桥机过孔方式不同(见图9、图10)

JQS1000架桥机过孔作业需要前、中、后及前辅助支腿(4条支腿)协作完成，经3次支撑体系转换，一次过孔到位；TJ-JQS1000 t/40 m架桥机过孔作业需要前、后及辅助支腿(3条支腿)协作完成，经2次支撑体系转换，2次过孔到位。

另外，过孔时JQS1000架桥机前支腿还要与已架梁锚固，而TJ-JQS1000 t/40 m架桥机则不需要。

3.4 实际运架梁效果对比

创新设计的1 000 t/40 m高铁简支箱梁，首次工程应用是在时速350 km的郑济高铁。“YLS1000运梁车＋JQS1000架桥机”这套过隧运架分体式架桥机，于2018年9月在郑济高铁完成40 m箱梁首架，可日架1.5～2孔40 m箱梁[15]。

“TJ-YLS1000/40运梁车 ＋TJ-JQS1000 t/40 m架桥机”这套过隧运架分体式架桥机，于2020年6月在设计时速350 km南沿江城际铁路完成40 m箱梁首架，最高16 h架了6孔40 m箱梁，可日架2.5～3孔40 m箱梁。

“TJ-YLS1000/40运梁车 ＋TJ-JQS1000 t/40 m架桥机”这套过隧运架分体式架桥机之所以运架梁作业效率高，是由设备自身的属性决定的。其实从前面的分析可知，“YLS1000运梁车＋JQS1000架桥机”这套过隧运架分体式架桥机架梁时的工序，相对较多，如多一次喂梁，多一次支撑体系转换，多一次与已架梁的锚固等等，从而使其架一榀箱梁耗时长。

4 结语

除郑济高铁、南沿江城际铁路外，正在建设的福厦、昌景黄、杭忂、沪苏湖等高速铁路也正推广应用预制架设40 m箱梁技术。随着我国高速铁路的大力发展，40 m箱梁过隧运架分体式架桥机的市场需求也会越来越大。结合以上两套过隧运架分体式架桥机的对比分析，得到以下结论:

(1)这两套过隧运架分体式架桥机都满足运架高铁1 000 t/40 m简支箱梁所有工况要求。

(2)运梁车上的驮梁台车，为方便使用，首选滚动摩擦的移运器驮梁台车；当然，考虑制造或采购成本，也可选用滑动摩擦的板式驮梁台车。

(3)建议选用车身短、喂梁一次即可用架桥机前后起重小车吊梁走行的运梁车。如选用TJYLS1000/40运梁车，这种运梁车运到位后，架桥机前起重小车直接吊起运梁状态下的箱梁前端，而不需运梁车先自己喂梁一次才能起吊；后驮梁台车配合前起重小车喂梁一次，架桥机前、后小车就能吊梁走行架梁。

(4)建议选用支腿数量少的3支腿架桥机。支腿越多，除整机长度、重量增加外，作业工序也增加，作业效率反而降低。

(5)“TJ-YLS1000/40运梁车＋TJ-JQS1000 t/40 m架桥机”这套过隧运架分体式架桥机，相比“YLS1000运梁车＋JQS1000架桥机”这套过隧运架分体式架桥机，整体要轻100 t左右，运架梁作业效率也高(最高16 h架了6孔40 m梁)，推荐施工单位选用。