SPMT 平板車組合模塊分載過(guò)橋技術(shù)

孔玉清

(中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250002)

1 工程概況

揚(yáng)州市瘦西湖隧道工程盾構(gòu)機(jī)由德國(guó)海瑞克公司制造，盾構(gòu)機(jī)總重達(dá)3 500 t，直徑14．93 m，分解后驅(qū)動(dòng)模塊最大單件重量230 t，最寬8．6 m，在揚(yáng)州段的公路運(yùn)輸中需要經(jīng)過(guò)邗溝橋，原橋是按汽20掛100設(shè)計(jì)載荷的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，而盾構(gòu)機(jī)+牽引車+平板掛車的總重達(dá)310 t，遠(yuǎn)超邗溝橋設(shè)計(jì)荷載，為保證重車安全、順利過(guò)橋，必須采取合理的技術(shù)措施，確保通過(guò)時(shí)不損害橋梁。

邗溝橋位于揚(yáng)菱公路K1+124．1處，跨越邗溝橋的部分，全橋?yàn)?×13 m鋼筋混凝土簡(jiǎn)支空心板梁板，橋中線與道路中線斜交角25°，斷面為32．5 m機(jī)動(dòng)車道+(8．5+5)m側(cè)分帶+2×4 m非機(jī)動(dòng)車道+2×2 m人行道，下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土薄壁橋臺(tái)，強(qiáng)度比樁基橋墩差;邗溝橋總長(zhǎng):橋臺(tái)+跨徑+橋臺(tái)=6+12．96+6=24．96 m(見圖1)。設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn):汽20掛100。

圖1 邗溝橋橋型布置圖

2 過(guò)橋方案選擇

傳統(tǒng)方法需要對(duì)橋梁進(jìn)行加固，加固施工周期較長(zhǎng)，成本較高，工藝復(fù)雜。如直接采取液壓平板車馱運(yùn)過(guò)橋的方式，用等代載荷法計(jì)算，需要采用28軸液壓平板車才能安全通過(guò)邗溝橋最大跨徑為13 m橋梁，由于超長(zhǎng)的平板車不適合裝載集中力貨物，為均布載荷，還要采取分載措施，又會(huì)增加車組總重。

經(jīng)過(guò)分析研究后，確定了采用SPMT液壓平板車+鋼梁分載，按原橋梁設(shè)計(jì)荷載的力學(xué)模型，布置液壓平板車，通過(guò)杠桿原理將平板車的荷載降低至設(shè)計(jì)荷載后再通過(guò)橋梁，則大大降低加固成本，避免了因加固施工對(duì)橋梁造成的影響。

3 車型選擇

SPMT液壓組合掛車，德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制造，平板自帶動(dòng)力，采用靜液壓驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)多模式獨(dú)立轉(zhuǎn)向，平板的結(jié)構(gòu)有縱梁、邊梁和面板，剛度好;具有多輪軸、軸間串聯(lián)式獨(dú)立平衡液壓懸掛系統(tǒng)，掛車的懸掛油路系統(tǒng)編成3個(gè)回路，每個(gè)回路由9個(gè)～10個(gè)懸掛油缸串聯(lián)，某一個(gè)油缸的柱塞伸出時(shí)，回路內(nèi)其他油缸的液壓油會(huì)補(bǔ)償，保持了貨臺(tái)的平衡。重載遇有橫坡時(shí)，液壓平板車可分別調(diào)節(jié)兩側(cè)的液壓系統(tǒng)，達(dá)到貨臺(tái)的水平。單體掛車可進(jìn)行縱橫向拼接，有較大的承載貨臺(tái)和自裝自卸能力。每個(gè)模塊具有2根軸線是自驅(qū)動(dòng)，液壓平板車無(wú)需牽引車即可驅(qū)動(dòng)，能進(jìn)行人工控制遙控轉(zhuǎn)向，有斜行和橫向運(yùn)行功能，克服了一般液壓平板車需要有轉(zhuǎn)大的轉(zhuǎn)彎半徑和通道;掛車的制動(dòng)系統(tǒng)，除牽引車通過(guò)氣壓操縱掛車制動(dòng)外，掛車上還裝有通過(guò)手柄開關(guān)的緊急制動(dòng)。

掛車每軸線設(shè)左右兩組液壓懸掛，每組懸掛有2只輪胎，最大載重36 t/軸線。SPMT20軸平板車，實(shí)際受力16軸，將全部懸掛油缸編組成3個(gè)回路的液壓系統(tǒng)，3個(gè)回路所成的形心就是貨物的裝載中心，這時(shí)荷載可以均勻地分配給每個(gè)輪組。

4 強(qiáng)度驗(yàn)算

SPMT車組模塊由6軸液壓平板車+35 m長(zhǎng)連接梁+6軸液壓平板車組成，前后兩個(gè)6軸平板車間距為28 m，液壓板的行駛速度由平板車的動(dòng)力機(jī)組提供靜液壓驅(qū)動(dòng)輪軸，由馬達(dá)控制實(shí)現(xiàn)無(wú)節(jié)變速，行駛速度0 km/h～3 km/h，運(yùn)行過(guò)程中對(duì)橋梁沒(méi)有沖擊作用。SMPT車組模型見圖2。

邗溝橋荷載按汽20掛100設(shè)計(jì)，跨徑為13 m。

4．1 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)荷載下的跨中最大彎矩

力學(xué)模型見圖3。

用《結(jié)構(gòu)力學(xué)》影響線理論計(jì)算:

兩側(cè)橋臺(tái)的支座反力為:

圖2 車組模型圖

4．2 計(jì)算4軸重載通過(guò)時(shí)橋梁受力

4軸重載通過(guò)時(shí)力學(xué)模型見圖4。

1)6軸板(中間2根輪軸收起4軸落地受力)重載通過(guò)時(shí)，對(duì)兩側(cè)橋臺(tái)支座反力:

與設(shè)計(jì)荷載F=490 kN相等，橋臺(tái)安全。

2)6軸板(中間2軸收起)重載通過(guò)時(shí)，橋梁跨中應(yīng)力:

圖3 標(biāo)準(zhǔn)荷載力學(xué)模型圖

圖4 4軸重載力學(xué)模型圖

實(shí)際跨中彎矩與設(shè)計(jì)荷載比較:

橋梁跨中應(yīng)力小于設(shè)計(jì)值，安全。

4．3 計(jì)算6軸重載通過(guò)時(shí)橋梁受力

6軸重載過(guò)橋力學(xué)模型見圖5。

1)6軸板重載通過(guò)時(shí)，對(duì)兩側(cè)橋臺(tái)支座反力:

與設(shè)計(jì)荷載F相等，橋臺(tái)安全。

2)6軸板重載通過(guò)時(shí)，橋梁跨中應(yīng)力:

實(shí)際跨中彎矩與設(shè)計(jì)值比較:

橋梁跨中應(yīng)力大于設(shè)計(jì)值，超載15．7%，車組通過(guò)橋梁時(shí)，對(duì)橋梁的作用力匯總見表1。

從表1中可知，6軸平板全部受力時(shí)，支反力沒(méi)有超載，但跨中彎矩超載15．7%，因此過(guò)橋時(shí)，需要收起6軸平板車中間2根輪軸。

圖5 6軸重載過(guò)橋力學(xué)模型圖

表1 車組過(guò)橋時(shí)對(duì)橋梁作用力匯總表

5 實(shí)施方案

在研究了邗溝橋+橋臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)后，將主橋和橋臺(tái)作為一座25 m跨徑，將驅(qū)動(dòng)塊放置在鋼梁上，在過(guò)橋前將驅(qū)動(dòng)塊滑移至后6軸平板上，前6軸平板駛過(guò)橋梁，將驅(qū)動(dòng)塊滑移至前6軸，將整體車組駛過(guò)橋梁。這個(gè)車組模型對(duì)橋梁和橋臺(tái)的作用力沒(méi)有達(dá)到超載程度，是“重件過(guò)小橋”大膽創(chuàng)新的產(chǎn)物。具體操作步驟如下:

第1步:

先由12軸液壓平板車將重230 t的盾構(gòu)機(jī)主驅(qū)動(dòng)塊運(yùn)輸至邗溝橋前，然后實(shí)施托換工藝，將驅(qū)動(dòng)塊托換至SPMT車組模塊上。

第2步:

SMPT車組運(yùn)行至邗溝橋前，將“驅(qū)動(dòng)塊”移動(dòng)至圖6位置，前液壓平板車收起中間2根輪軸后，開始上橋行駛(前6軸平板車駛過(guò)橋梁時(shí)，軸荷為25 t/軸，4軸總計(jì)100 t)。

第3步:

前6軸平板過(guò)橋后，放下中間懸空2根輪軸，變成6軸受力形式;再用驅(qū)動(dòng)裝置將“驅(qū)動(dòng)塊”從后6軸平板在鋼梁上滑移至前6軸平板(見圖7)。

第4步:

收起后6軸平板車中間2根輪軸，使整個(gè)車組駛過(guò)橋梁，“驅(qū)動(dòng)塊”滑移至前6軸平板車時(shí)，車組整體通過(guò)橋梁(如圖8所示)。

第5步:

平板車組過(guò)橋后，將“驅(qū)動(dòng)塊”再滑移至鋼梁中間(見圖9)，在友誼路的直行路段，實(shí)施換板工藝，即換回12軸平板車便于駛?cè)牍さ噩F(xiàn)場(chǎng)。

滑移鋼梁上“驅(qū)動(dòng)塊”的目的，就是將荷載減小后的平板駛過(guò)橋梁，運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)將驅(qū)動(dòng)塊放置在鋼梁中間，至邗溝橋前將驅(qū)動(dòng)塊滑移靠近后6軸平板車，前平板車減載后(4軸平板)才能安全過(guò)橋，這時(shí)再將“驅(qū)動(dòng)塊”從鋼梁上滑移過(guò)橋至已過(guò)橋的前平板車上，將后平板車中間2根收起后，整體車組駛過(guò)橋梁，再將驅(qū)動(dòng)塊 滑移至鋼梁中間，恢復(fù)行駛狀態(tài)，完成重件過(guò)橋。

圖6 前車過(guò)橋示意圖

圖7 前車過(guò)橋后驅(qū)動(dòng)滑移圖

圖8 后車過(guò)橋示意圖

圖9 車組過(guò)橋后驅(qū)動(dòng)塊位置示意圖

6 結(jié)語(yǔ)

揚(yáng)州瘦西湖隧道盾構(gòu)機(jī)超重構(gòu)件運(yùn)輸過(guò)程中，在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用SPMT液壓平板車分載技術(shù)，成功通過(guò)了運(yùn)輸線路上的橋梁，相比傳統(tǒng)加固方案，大大節(jié)約了運(yùn)輸時(shí)間及橋梁加固成本，對(duì)今后超重構(gòu)件運(yùn)輸具有很強(qiáng)的借鑒意義。

［1］ 李 冰．液壓傳動(dòng)工程機(jī)械牽引性能參數(shù)合理匹配條件初探［J］．工程機(jī)械，1995(3):57-58．

［2］ 《建筑施工手冊(cè)》編寫組．建筑施工手冊(cè)［M］．第4版縮印本．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003．

［3］ 周水興．路橋施工計(jì)算手冊(cè)［M］．北京:人民交通出版社，2001．