斜拉桥施工中架桥机的应用研究

田菲

（申成路桥建设集团有限公司，河北 保定 071000）

0 引言

架桥机是一种将预制梁段安装到指定位置的桥梁施工设备，在架桥的效率方面具有很大优势，但对于架桥机的工作条件要求严格。由于山区高速公路上会出现较多的桥梁和隧道，因此，常出现大纵坡桥、大横坡桥、斜桥、小曲率圆弧桥等结构，这些桥梁工程架设难度较大，对架桥机的应用和施工提出了较高的要求。由于斜拉桥是将主梁采用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系，对架桥机的施工要求较高。

1 工程概况

某桥梁工程主塔采用三塔双索面叠合梁斜拉桥设计。由于混凝土塔身高，施工难度大，主桥钢梁为钢-混叠合梁。施工单位采用桥面悬臂吊机进行对称悬拼。由于塔身高，悬臂吊机采用桥面取梁，台车平移，吊具旋转对位喂梁方式进行钢梁安装。该大桥钢梁节段长度为12m、10.5m和9m，宽度为26.6m，最大吊装重量为180t。现决定采用180t的架桥机对其进行吊装施工。

2 架桥机的特点及组成

2.1 架桥机的特点

架桥机是应用在该大桥上的核心技术，应用在主桥钢梁整体吊装、桥面板铺设、斜拉索等环节中，提升整体的安装效率。架桥机包含多个结构：金属结构、行车、起重小车、吊具，在施工过程中配置起吊行车安装在主结构上，顺着桥的方向移动；起重小车主要设置在行车上，并且朝着横桥方向移动；回转吊具安装在起重小车上，它能够实现钢梁的转动，转动角度为90°。如遇特殊工况，也能在结构上设置液压提升千斤顶扩大起升高度。架桥机设计采用模块化形式，可以根据不同的山区地势进行相应改造，适应当地的环境，因此可以提供多样化的解决方案。为了满足桥梁架设反力（单点不大于220t）及架桥机机体总重不超过145t要求，结构的主材料采用Q460B、Q345B以及Q345B和Q235B型材。

2.2 架桥机的组成

2.2.1 机架金属结构

机架采用钢桁架结构，各构件之间通过法兰或销轴连接，方便现场的组装工作。为了便于运输和现场安装，机架的杆件重量均不大于20t，长度不大于14m。结构主材料采用Q460B、Q345B钢板，Q345B和Q235B型材。

机架金属结构由主梁、横梁、支腿组成。

（1）主梁结构。主梁采用三角桁架结构，上弦杆为箱梁，下弦杆采用焊接工字梁，截面材质均为Q460C，腹杆采用Q345C型材制造。为了方便运输以及适应部分特殊工况吊装需求，将主梁分为4个节段。采用销轴连接。

（2）横梁结构。为了保证整机高度，不影响旋转吊具旋转，横梁采用变截面矩形桁架结构，采用Q345C型材制造。为了方便运输，分为3个节段，采用法兰板连接。

（3）支腿结构。为了减轻重量，支腿采用Q460材料薄钢板制造。支腿集走行、支撑、锚定于一体。为了适应支腿间距变化，与主梁采用法兰连接。在需要的时候，先固定3个支腿，移动一个支腿，依次进行调整，从而能使前后支腿间距在15.5～18m之间变换。

2.2.2 行车机构

为了适应吊梁施工，在外部框架上设置了180t起重行车，行车为双梁桁架结构，轮轨式走行，并且轨道设置于主梁上弦杆上。

2.2.3 起重小车

为了适应钢梁位置以及安装桥面板，在行车上设置了180t起重小车，小车同样采用轮轨式走行方式。小车上设置主起升卷扬机以及定滑轮组。

2.2.4 起升机构

起升机构是非常重要的硬件设备，如JQJ180架桥机中只用了一套起升结构。它的驱动力为电动卷扬机，数量为1，各个参数为：采用3层卷筒缠绕方式，每个卷筒直径为ϕ1200mm；电机功率为45kW；钢丝绳的直径为ϕ34mm，拉力为200kN。为了更好地确保装配的安全，起升结构增加了钳盘式制动器安装在卷筒上，此外还加装了高速端制动器。

2.2.5 液压系统

液压系统符合《液压系统通用技术条件》（GB 3766—87）要求。液压系统中各个硬件设备质量良好、售后服务良好。整体液压系统设计合理，使用封闭式油箱结构，以确保其能够在多样化环境下工作，后期维护、吊装都非常便利。但在使用过程中必须确保液压系统具备良好的散热性，避免出现安全问题。

液压系统主要由一套全回转起重机液压站、4支顶油缸、2支走行油缸、4支吊具油缸吊具系统和管路组成。该桥面吊机机身和吊具各用一个液压站。调试完成后，要立马更换油箱中的油液。在后期维护过程中，初次使用半年后需要彻底更换一次油液，之后定期更换。每次更换油液时，都要彻底清洗油箱，避免出现杂质影响液压系统性能。

2.2.6 电气系统

电气系统主要控制起重小车和行车的运行，并为整机液压和照明等系统供电。小车的左右移动是通过一台施耐德ATV340U75变频器驱动4台1.5kW电机来实现，设置3挡速度，左右设置停止限位。卷扬机构的上升和下降采用一台施耐德ATV340D55变频器驱动1台45kW变频电机来实现。其中单片机选用西门子S7-200SMART系列。可采用遥控方式及手电门控制方式进行控制，两种方式可互为备用，但同一时间内只能采用一种控制方式，控制方式的选择通过电源大车柜内插头，将遥控器插头插入，则遥控操作，将手电门航空插头插入，则为手电门操作。手电门操作方式为备用方式，只有一挡速度。

3 架桥机在斜拉桥施工中的应用

3.1 架梁前准备工作

在该三塔双索面叠合梁斜拉桥主桥钢梁吊装之前，需要做好架梁前的准备工作，具体包含如下方面：①按照图纸检查架桥机各部分是否完善，架桥机的站位是否正确；②对照说明书，检查工作操作室内各个仪表硬件指示灯是否都正常，各个操作手柄都处于初始化位置；③根据电气原理图，检查各个电气设备是否已经正确连接，避免出现线路故障；④检查各个电动机的工作状态，每次启动前都需要进行预热，电机工作约10min后没有出现异常情况后再进行日常作业，尤其是当外部环境温度较低（低于0℃）时可以适当增加预热时间；⑤检查卷扬机的各个硬件设备是否都正常工作，各个开关器件是否都处于初始化位置，制动器是否正常工作。检查液压系统中各个线路是否正常，内部油箱的油量情况。此外还需要进一步检查液压系统内部连接机构是否出现松动以及轴承润滑等情况。检查完毕后，一切工作正常，进入到架梁节段。

3.2 架梁施工技术

3.2.1 施工步骤

节段拼接式架桥机通过前支腿与后支腿的位置调整实现移动架梁。在该三塔双索面叠合梁斜拉桥主桥钢梁架设作业时，架桥机的前支腿与后支腿使用锚固结构与桥体固定，保障架设安全可靠。架桥机通过前支腿油缸顶升步履走行，具有成本低、易拼装等优点。由于该斜拉桥桥塔区施工仅安装3个节段，同时无法放置两台架桥机，为了让安装顺利进行，按如下步骤进行施工。

步骤一：在该斜拉桥钢梁拼装区域内完成GL23-GL25节段的散拼操作，并在完成张拉操作后直接进行架桥机的塔吊安装。首先将一台架桥机提前安装，然后将起重小车、活动横梁等结构安装在另一台架桥机上。

步骤二：接下来需要完成该斜拉桥GL22与GL26节段的架设工作。GL26梁段在被起重小车1提起后平放到主塔上；接下来通过起重小车2将GL26梁段直接放置到对应的安装处。重复上述工作，将GL22梁段在另一端进行对称悬拼。

步骤三：将架桥机拆除，并将其固定在下一个梁段的吊装处。接下来将后支架向后移动，增加两条腿间距到15.5m后进行锚固。安装第二台的支腿和前悬臂腿。分离两台架桥机，不移动第一台架桥机，第二台移动到安装处。最后将第一台架桥机直接安装在尾节位置处，并将吊梁直接安装在跨梁处，实现同步安装。

3.2.2 不同梁型节段施工

由于该斜拉桥的梁型不全相同，具体梁型如下：标准节长度为12m，横梁间距离为4m；GL10，长度为10.5m，横梁间距离为4m、3m；GL9-GL1，长度为9m，横梁间距为3m；GL24、GL26长度为8m，横梁间距离为2.5m、3m。施工过程中由于梁型节段变化，后支腿需要调整位置。不同梁型节段下的计算工况如下。

工况1：初始位置移动到GL22节段上（前移10m）。

工况2：已架好GL21节段后吊装标准梁段，此时吊装的钢梁均为12m标准梁段，此时调整架桥机前后腿跨距为16m，每个节点安装完毕后，向前走行12m。

工况3：边跨侧架桥机GL10梁段，架设好GL9梁段后，由于节段长度发生改变，架桥机站位同样需要进行调整，前后支腿距离由16m调整为17m，吊装GL8梁段。

工况4：前后支腿距离由17m调整为18m，整机前移9m，吊装GL7梁段。

通过对各工况下的情况分析可知，该斜拉桥所使用的架桥机主桁梁与前、中、后支腿及其他各构件受力分析如表1所示。

表1 架设工况下主要构件结构分析

4 结语

本文以架桥机在斜拉桥施工中的应用为例，通过分析当前架桥机的结构以及功能模块，重点分析斜拉桥施工中架桥机安装前准备工作和架梁施工技术。由于特殊工况，也能在结构上设置液压提升千斤顶扩大起升高度。架桥机使用模块化设计，三角桁架结构，能方便地改造成为其他结构形式的架桥机。并且，机架采用钢桁架结构，各构件之间通过法兰或销轴连接，方便现场的组装工作。该架桥机结构形式新颖，采用走行技术，同时配合全新的钢梁架设工法，为山区斜拉桥的架设提供了一种新的解决方案。