采用轮胎式运梁车运输、步履式架桥机架设大吨位箱梁施工工法

中铁二局股份有限公司采用轮胎式运梁车运输、步履式架桥机架设大吨位箱梁施工工法-1-采用轮胎式运梁车运输、步履式架桥机架设大吨位箱梁施工工法中铁二局股份有限公司随着经济的日益发展和建筑施工技术的不断进步，世界各国特别是发展中国家越来越重视交通路网的建设和完善。作为道路交通的一个重要环节，跨江河、跨海湾等特大型桥梁的建设也得到了日益重视，各种桥型设计和施工工艺不断取得新的突破。其中如何高质量、高效率的实现沿岸、沿海大面积滩涂区的桥梁上部结构施工，是一项关键技术和重难点工程。本文结合杭州湾跨海大桥50m/1430t整体预制箱梁运架的成功经验，重点介绍了如何在沿海大面积滩涂区，利用“梁上运架”成套设备和施工工艺，完成大吨位整体预制箱梁的运输和架设。一、工法特点大型整孔预制箱梁的运架施工，可行的方式有浮吊架设、架桥机架设等。受作业地域、水文、气象等条件影响，浅海滩涂区只能采用沿桥面运输、架桥机架设方式施工。其工法特点为：(一)、采用轮胎式组合平车梁上运梁、简支型步履式架桥机逐跨架设施工工艺，满足大吨位整体预制箱梁沿桥面运输与左右双幅架设的要求。(二)、设备自重轻、集中载荷小、受力分布合理，无需对桥梁（箱梁、墩台、桩基等）进行特别设计或采取临时加固措施。(三)、作业效率远高于移动模架和挂篮施工。在工作半径10公里范围内，平均可日架2片箱梁，月架设能力约60片，折合50m箱梁达3000单幅米。(四)、作业安全性好，受环境影响小。工作状态抗风能力72公里/小时（8级风）；非工作状态抗风能力140公里/小时（12级风）。(五)、设备操作系统采用计算机和遥控装置，能够实现故障故障诊断、智能报警和自锁保护、自动停机，安全性好。(六)、工艺简洁、操作方便，人工劳动强度低。三、适用范围本工法适用于大型箱梁（或混凝土预制构件）批量化、工厂化预制，工期较紧、造价适中，并且受地址和环境影响大，不能或不适宜采用预制节段拼装、移动模架、挂篮中铁二局股份有限公司采用轮胎式运梁车运输、步履式架桥机架设大吨位箱梁施工工法-2-法等施工技术，特别适用于在大面积发育的河岸淤积区、沿海滩涂区段采用轮胎式组合运输平车沿桥面跨双幅、双跨运输箱梁，采用步履式架桥机逐墩、双幅架设箱梁。采用该法施工的国内范例是中铁二局在杭州湾跨海大桥南岸滩涂区实施的50米/1430吨大型箱梁的运输与架设施工。四、工艺原理本工法施工工艺的核心是1600t轮胎式运梁车、1600t步履式架桥机研制和使用，配套设施包括桥梁支座安装、墩顶锚固、运行监护等。（一）、1600t轮胎式运梁车1、结构形式TE1600轮胎式运梁车为组合式车体、轮胎式走行、液压驱动的大型桥梁运输设备，它由主机架、走行轮组、承载横梁、液压辅助支腿、转向机构、平衡系统、电气系统、动力机组等部分组成。轮胎式运梁车结构总体方案见图1。图1：TE1600轮胎式运梁车结构总体方案图⑴主机架:它是运梁车的主要骨架，其主箱梁截面形式为箱型结构。单台运梁车的主箱梁长度为30米。⑵走行轮组:TE1600运梁车走行轮共640个，分主动轮组和被动轮组，主动轮组由液压马达驱动，被动轮组用于分担运梁车自重和箱梁的重量。⑶平衡系统:该系统的主要作用是保证载荷均匀分布在各轮组上，而且当障碍物出现时，该系统也能保证轮组载荷再均匀分布，避免局部超载，始终保持前后车轮组的平衡，并能降低工作中产生的对结构、动力机组驾驶室的震动。⑷转向机构：其主要作用是用于调节行驶方向，保证运梁车不偏离安全的行驶路线。⑸动力机组：它由柴油发动机组、分动箱和液压泵站组成，将发动机的动力通过液压泵站、高压管、各种控制阀等元件为运梁车的行驶、转向等提供动力。⑹承载横梁：它是运梁车用来承载和放置50米箱梁的平台，前承载横梁设计成移中铁二局股份有限公司采用轮胎式运梁车运输、步履式架桥机架设大吨位箱梁施工工法-3-动式，后承载横梁设计成固定式（可微量转动）。⑺液压辅助支腿：TE1600型运梁车前后运梁车组分别设有两组和一组液压辅助支腿。其中，前运梁车组设置液压支腿的主要作用是：协同运梁车轮胎组共同承受垂向载荷；抵消因运梁车对位二次纵移时后方运梁车组推动箱梁所致的附加水平力；同时在二次喂梁过程中，随着移动式承载横梁的位移，前运梁车组的受力重心向前偏移，前车组液压支腿受力逐渐增大（装有限压装置），确保前运梁车组前面的轮胎不超载，保持前方运梁车组的稳定和平衡。后运梁车组设置液压支腿的主要作用是架梁时将架桥机后支腿上的负荷均匀分布在已架箱梁的对称两侧，确保箱梁受力不偏载。⑻电气系统：由连接线路、传感器、中央处理器等电气元件组成，用于传感、指示、自动控制等功能。2、工作原理TE1600型运梁车由4台运梁平车组成，前后2个车组，再通过电子控制系统实现前后车组的“软”刚性整体，并在前后车组设置液压支撑油缸配合架桥机架梁，同组运梁单车通过承载横梁连接，后承载横梁为固定式，前承载横梁为滚动式，可以实现后车组推动箱梁向前作二次纵移，前后车组均设置有回转式司机室。并配备线路走向电子监控系统，确保轮胎载荷始终分布在已架箱梁腹板上方。运梁车组轮压载荷的分布范围、数值严格控制在设计许可范围内。运梁车在运梁过程中左右台车组始终沿各自所在半幅纵轴线对称行驶，确保驮运箱梁和机体载荷至少由4片箱梁承载。运梁车轮组液压均衡油缸可自动调整各支点载荷使之相等。利用计算机软件计算每台独立的运梁单车上每个轮组的正确转向角度，并控制每一个转向油缸的进出油量，以确保整机绕同一中心转向，轮组上的角度测量系统能将实测转向角度反馈给控制软件，保证每个轮组的转角符合要求；各独立小车的速度控制是通过液压马达的压力自动调整系统实现的，它能确保在角速度一致的情况下运行在外侧曲线的轮组比运行在内侧曲线的轮子具有较快的线速度。由三节段箱形钢梁以高强度螺栓联接而成。主梁一端设置有动力引擎和主控制柜安装平台，顶端铺设有横移台车运行导轨，内部布设有液压管路。3、主要技术参数根据50m箱梁梁上运梁以及与架桥机架梁作业配合的需要，确定TE1600轮胎式运梁车主要技术参数如下：中铁二局股份有限公司采用轮胎式运梁车运输、步履式架桥机架设大吨位箱梁施工工法-4-表1：TE1600轮胎式运梁车主要技术参数表序号项目技术参数备注1自重约524t2有效负荷约1430t3车轮数量640轮胎4整机两列间跨度17m5纵向爬坡能力2%6桥面横坡2%7行走机构上平板高度2300+/-300mm8行走机构的行走高度4600+/-300mm9发动机4台Deutz/柴油10功率286kW（2100转/分）11水平面最大空载速度5kM/h12水平面最大重载速度2kM/h13行走状态轮组最大转向角514总长约76m15总宽约26m4、关键技术⑴通过箱梁支承结构的优化设计实现箱梁运输过程的“三支点”体系，保证箱梁运输过程中受力正常。⑵整机分组模块式设计及支撑位置的确定，确保驮运箱梁和机体载荷至少由4片箱梁承载，并且轮组载荷位于箱梁腹板上方附近。通过“二次纵移”运梁就位，大大缩短了架桥机的长度。⑶通过电子系统控制将前后车组组成一个刚性整体的同步控制系统，确保四台运梁车组合进行箱梁运输过程中的同步运行，避免对箱梁造成过大的拉应力。⑷采用PLC集中控制系统，通过角度传感器、方向传感器及电液伺服系统实现四台单车的同步运行和方向自动控制，并且具备手动控制和自动控制两种模式。⑸采用640个轮子及配套的液压系统和载荷均衡系统，自动调整轮组压强(对地压力仅9.5kgf/cm2)，保证载荷均匀分布在各轮组上，而且当障碍物出现时，该系统也能保证轮组载荷再均匀分布，避免局部超载，始终保持前后车轮组的平衡，并能降低工作中产生的对结构、动力机组和驾驶室的震动。⑹前后车组辅助支撑系统的设置。确保二次纵移时前运梁车组前端轮胎不超载，保持前方运梁车组的稳定和平衡，协助架梁时，后车轮胎组能够承担部分架桥机后支腿的支反力，有效降低了该处的集中载荷。中铁二局股份有限公司采用轮胎式运梁车运输、步履式架桥机架设大吨位箱梁施工工法-5-5、配套设施运梁作业所需临时工程量极少，仅在桥梁伸缩缝和湿接缝处搭设运梁车过桥钢板，并沿桥面用油漆标示出走行引导线即可。（二）、1600t步履式架桥机1、结构形式LGB1600步履式架桥机为跨两跨架梁、双桁车吊梁的双臂简支型桥梁架设专用机械。整机由机臂、前后横联、前后支撑、前后支腿、吊梁桁车、吊具、液压系统、电气系统及安全保护系统等组成，结构总体方案见图4。图2：LGB1600步履式架桥机结构总体方案图2、工作原理架桥机自尾部起吊由TE1600运梁机运来的50m/1430t预制箱梁，桁车吊梁纵移到前方待架跨，经横移调整后后将箱梁落放到桥墩顶面的支座上。箱梁架设时架桥机的前支腿支撑于待架梁跨的前桥墩上，后支撑支于已架箱梁前端顶面，后支腿支于后运梁车上面，通过运梁车的螺旋支腿将力传递到箱梁的承载截面上。架桥机通过前后支腿、前后支撑的它具有遥控操作、全幅架设、自重及支腿载荷小、安全可靠性好、架梁效率高、整主机臂后吊梁桁车（主）后起升绞车后支腿后支撑前吊梁桁车（副）前起升绞车箱梁前支撑前支腿墩墩墩架设方向机臂A机臂B后横联后吊梁桁车前吊梁桁车前横联后横移台车前横移台车中铁二局股份有限公司采用轮胎式运梁车运输、步履式架桥机架设大吨位箱梁施工工法-6-机自力过孔等特点。3、主要技术参数为满足50米/1430吨箱梁架设需要，考虑作业的安全、方便及架梁工期要求，架桥机的主要技术参数确定如下：⑴起吊重量：50箱梁的实际重量为1430吨，考虑一定的安全和技术储备，确定架桥机的额定起吊重量为1500吨，最大起吊重量为1600吨。⑵起吊高度：根据架桥机后支撑及箱梁高度确定。取已架箱梁梁面为零点，则架桥机后支撑顶面高度+5.1米，箱梁架设到位高度-3.5米，因此最小起吊高度为5.1-（-3.5）=8.6米，考虑一定的裕度，最终确定起吊高度为9米。⑶跨度：考虑吊梁、落梁空间，以及部件尺寸、安全距离和纵向抗倾覆性要求，整机跨两跨，总长度111米。⑷横移行程：根据桥梁左右幅中心线距离(17m)和设计最小架设曲线半径确定，即17/2+0.3/2=8.65米。式中0.3米为5000米曲线半径架梁的横向偏移量。⑸起吊和运行、横移速度：参考国内外类似设备参数选取的经验，结合起重机械设计规范要求，考虑到本工程“每天架设两片箱梁、纵移过孔一次”的进度需要，确定了架桥机的起吊和运行、横移速度。表2：LGB1600型架桥机主要技术参数表序号项目技术参数备注1额定起升能力750+750吨2最大起升能力800+800吨3最大架设跨度50米4最小架设曲线半径5000米5架梁纵向坡度2%6起吊高度9米7吊梁小车横移行程±8.65米满足5000m曲线架梁8空载起吊速度0～0.72m/min（±10%）可调9满载起吊速度0～0.36m/min（±10%）可调10吊梁桁车横移速度0～1.5m/min（±10%）可调11吊梁桁车纵移速度0～2.0m/min（±10%）可调12主梁纵移速度0～2.0m/min（±10%）可调13制动系统常规制动+紧急制动14设备总重1268吨4、设备关键技术⑴总体要求：为了能够安全、高效的架设大吨位箱梁，架桥机结构设计必须综合考虑使用性能、对墩台和箱梁的施工载荷等影响，并必须满足以下要求：中铁二局股份有限公司采用轮胎式运梁车运输、步履式架桥机架设大吨位箱梁施工工法-7-①整机结构稳固、安全裕度大，同时又要严格控制自身重量。②既要保证吊梁桁车、机臂和前后支撑三者间能够灵活的实现相互运动，又要能够互相可靠锁定。③各受力点，特别是在桥面和墩顶的支撑位置、最大载荷数值必须严格控制在桥梁设计许可范围内。④宽度方向能够满足全幅和曲线架设要求，长度方向满足悬臂过孔和后端取梁、前端落梁要求。⑵机臂：机臂作为架桥机的主承重结构，其设计的关键技术点是：①采用等强度设计。虽然截面外形轮廓尺寸一致，但是机臂上下盖板、腹板、连接板和内部加强筋依据受力不同而选取不同的材质和厚度，以尽可能的优化结构、降低重量。②采用柔性反拱设计。针对架桥机受力最大工况，即箱梁横移到位