DP150／50型節(jié)段拼裝架橋機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

賈力鋒

（鄭州新大方重工科技有限公司 河南鄭州 450064）

1 前言

隨著中國(guó)近海經(jīng)濟(jì)區(qū)及中國(guó)橋梁建設(shè)技術(shù)的快速發(fā)展，中國(guó)跨海橋梁建設(shè)需求越來(lái)越多，大跨度的節(jié)段梁設(shè)計(jì)也在跨海橋?qū)嶋H施工中應(yīng)用增多，這對(duì)架設(shè)施工的裝備提出更高要求［1］。根據(jù)國(guó)家石油戰(zhàn)略規(guī)劃，中國(guó)石化在舟山市岱山縣魚山島建設(shè)了舟山國(guó)際綠色石化項(xiàng)目，魚山大橋是連接岱山本島與魚山島的重要交通設(shè)施，魚山大橋全長(zhǎng)8.815 km，設(shè)計(jì)行車速度80 km／h。該大橋?yàn)橹凵絿?guó)際綠色石化項(xiàng)目與陸地唯一的聯(lián)絡(luò)線路，項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)一步完善綠色石化基地的疏運(yùn)功能，開發(fā)和整合石化產(chǎn)業(yè)區(qū)，擴(kuò)展港區(qū)發(fā)展能力、構(gòu)建大宗石化產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)中轉(zhuǎn)加工交易中心等均具有重要的戰(zhàn)略意義。遠(yuǎn)期作為從寧波舟山港主通道向北延伸，連接洋山港，最終接軌上海的一條重要的海上大通道，所述設(shè)備即在魚山大橋施工［2］。

2 特殊要求

2.1 大坡度

魚山大橋適當(dāng)位置設(shè)置了大跨度通航孔，道路縱坡加大，橋梁最大縱坡可達(dá)到3%［3］。

2.2 小風(fēng)阻

施工地處于東海風(fēng)力較大地區(qū)，常年6級(jí)風(fēng)以上天氣接近200 d，要求設(shè)備滿足工作狀態(tài)9級(jí)風(fēng)，非工作狀態(tài)14級(jí)風(fēng)，對(duì)設(shè)備抗風(fēng)能力要求較高，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮結(jié)構(gòu)及連接的安全可靠［4］。

2.3 無(wú)墩旁支架

墩旁支架一般用來(lái)解決架橋機(jī)過(guò)孔操作時(shí)的支腿站位，本次設(shè)計(jì)橋墩為單墩獨(dú)柱，墩側(cè)面為雙面曲線，墩柱上大下小，整體呈花瓶狀，根據(jù)墩體本身受力要求，橋梁設(shè)計(jì)單位不允許在墩旁設(shè)置支架，如何滿足設(shè)備架設(shè)及過(guò)孔時(shí)支腿站位是要考慮的問(wèn)題［5］。

2.4 主支腿墩中心站立

魚山大橋的橋梁設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，橋墩為單墩獨(dú)柱設(shè)計(jì)，墩身柔度較大，橋梁設(shè)計(jì)單位要求中間墩施工時(shí)主支腿必須站立在墩中心，保證墩身不偏心受力，如何能保證主支腿施工時(shí)站立在墩中心；且梁體高為3 m，要解決架橋機(jī)架設(shè)完成以后主支腿如何能從前后跨簡(jiǎn)支梁端頭夾縫中間順利移出［6］。

2.5 墩頂塊自助架設(shè)

梁跨設(shè)計(jì)為先簡(jiǎn)支后連續(xù)，為減少橋梁形成連續(xù)梁時(shí)墩頂混凝土澆筑量，保證施工質(zhì)量，橋梁設(shè)計(jì)單位將墩頂處設(shè)計(jì)為預(yù)制段，僅留小部分濕接縫，施工時(shí)需要通過(guò)架橋機(jī)自身將該預(yù)制節(jié)段架設(shè)在墩中心，節(jié)段下部設(shè)置永久支座，安裝好的墩頂預(yù)制段再分別與已架設(shè)好的簡(jiǎn)支橋通過(guò)兩處濕接縫相連并張拉，達(dá)到先簡(jiǎn)支后連續(xù)的目的。

3 技術(shù)參數(shù)

天車額定起重能力：150 t

架設(shè)梁跨：50 m

單節(jié)段最大重量：135 t

梁體吊裝方式：整孔全懸掛

全跨橋重量：1 375 t

喂梁方式：橋后喂梁

過(guò)孔方式：整機(jī)簡(jiǎn)支懸臂移位過(guò)孔

過(guò)孔移位速度：0～1 m／min

適應(yīng)縱坡：30‰

適應(yīng)最小曲線半徑：2 000 m

設(shè)備外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：120 m×11 m×19.6 m

裝機(jī)容量：230 kW

4 架橋機(jī)組成

該架橋機(jī)主要由主框架、前輔助支腿、前主支腿、后主支腿、后輔助支腿、起吊天車、輔助天車、吊掛系統(tǒng)、附屬結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

圖1 架橋機(jī)組成（單位：mm）

4.1 工作原理

（1）架梁狀態(tài)：架橋機(jī)主梁采用兩跨半長(zhǎng)度，四支腿結(jié)構(gòu)；架梁時(shí)前、后主支腿支撐在橋墩中心或橋面上，前、后輔助支腿處于脫空狀態(tài)，運(yùn)梁車運(yùn)節(jié)段梁從已架橋面進(jìn)入架橋機(jī)腹內(nèi)，起吊天車提梁至前跨旋轉(zhuǎn)，將節(jié)段梁通過(guò)吊掛機(jī)構(gòu)按序號(hào)吊掛在主梁下方，運(yùn)梁車返回梁場(chǎng)繼續(xù)運(yùn)梁，直到全部節(jié)段都吊掛在主梁下方，通過(guò)起吊天車將各梁段初對(duì)位調(diào)整→移開→涂環(huán)氧膠→臨時(shí)張拉→永久預(yù)應(yīng)力鋼束張拉→臨時(shí)支座支撐→吊掛解除。

（2）過(guò)孔狀態(tài)：完成一跨梁的張拉，主支腿支撐油缸收縮完成架橋機(jī)整體卸荷，則將整孔簡(jiǎn)支梁荷載全部轉(zhuǎn)移至臨時(shí)支座上，將吊掛輕松解除，架橋機(jī)開始過(guò)孔，前輔助支腿站立在前方墩頂，通過(guò)起吊天車將后主支腿分為上下兩部分，先將下部從兩跨梁端夾縫中提起，將其安裝在前方墩中心并錨固，通過(guò)起吊天車將支腿上部與已安裝的支腿下部連接好，再利用起吊天車將預(yù)制墩頂塊安裝在兩跨梁端夾縫的永久支座上，并臨時(shí)固定，架橋機(jī)由前、后主支腿支撐，前、后輔助支腿脫空，架橋機(jī)繼續(xù)過(guò)孔到位，將架橋機(jī)主梁與主支腿錨固好，準(zhǔn)備下一跨梁架設(shè)施工［7］。

4.2 主要部件介紹

（1）主框架：由2根桁架主梁、前后聯(lián)系梁組成，兩主梁中心距7 m，每根主梁分11段，主梁全長(zhǎng)為120 m，中間段為主受力區(qū)，長(zhǎng)度60 m，前后為對(duì)稱導(dǎo)梁，單根梁寬2.5 m、高6.8 m，通過(guò)高強(qiáng)螺柱連接。為適應(yīng)鹽霧及大風(fēng)，主框架結(jié)構(gòu)采用封閉型矩形腹桿，涂裝采用專用材料及工藝。

（2）前輔助支腿：前輔助支腿位于主梁前部，為固定支腿，上部與主梁導(dǎo)梁部分連接，前輔助支腿可在4.11～9.2 m高度范圍調(diào)整，架梁施工時(shí)處于脫空狀態(tài)，可滿足設(shè)備過(guò)孔、拼裝等工況施工要求。

（3）主支腿作為架橋機(jī)主支撐件，主要由托盤、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、橫梁、縱移機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、支承油缸、墊塊、附屬結(jié)構(gòu)等組成，結(jié)構(gòu)件材質(zhì)Q345B，銷軸材質(zhì)為40Cr。

架橋機(jī)共有2個(gè)完全相同的主支腿，交替輪換向前移動(dòng)，為了進(jìn)行區(qū)分說(shuō)明，在描述中將站立在架橋機(jī)行進(jìn)方向前方的主支腿叫前主支腿，站立在后方的叫后主支腿，在架梁時(shí)通過(guò)2個(gè)主支腿支撐主梁作為主承載結(jié)構(gòu)。過(guò)孔時(shí)將后主支腿拆解為上下兩部分，安裝至前方墩頂，與前主支腿交替前移，互為前、后主支腿。拆分時(shí)按圖示虛框來(lái)劃分為上下兩部分，兩部分通過(guò)法蘭連接。作為前主支腿無(wú)論架梁還是過(guò)孔狀態(tài)均站立在墩頂。主支腿任何時(shí)候都要通過(guò)精軋螺紋鋼筋錨固在橋墩頂或橋面上，單根錨固筋預(yù)拉力30 t，支腿橫梁要求水平布置，橫向坡度通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)混凝土墊塊和下部支撐油缸共同調(diào)節(jié)［8］。

在架設(shè)中間跨時(shí)，前、后主支腿結(jié)構(gòu)相同，均站立在墩頂中心。主支腿橋墩站立架設(shè)狀態(tài)如圖2所示。

當(dāng)架設(shè)每聯(lián)首跨時(shí)，則需要在主支腿上部結(jié)構(gòu)下安裝4個(gè)墊座，主支腿站立在上一聯(lián)末跨的橋面端頭部位，下半部分拆除，臨時(shí)放置在橋面。主支腿橋面站立架設(shè)狀態(tài)如圖3所示。

圖2 主支腿橋墩站立架設(shè)狀態(tài)（單位：mm）

圖3 主支腿橋面站立架設(shè)狀態(tài)（單位：mm）

（4）起重天車：起重天車共一臺(tái)，主要滿足節(jié)段塊的吊運(yùn)及調(diào)整，起重天車主要由走行機(jī)構(gòu)、天車橫墊梁框架、卷?yè)P(yáng)機(jī)平臺(tái)及定滑輪系統(tǒng)、吊具組件、動(dòng)滑輪系統(tǒng)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、橫移裝置、鋼絲繩等組成，吊具為專用吊具，配備縱、橫坡調(diào)整油缸及360°回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可具備將節(jié)段塊進(jìn)行多個(gè)自由度調(diào)整的功能，滿足節(jié)段塊精確對(duì)位的要求。天車專用吊具如圖4所示。

圖4 天車專用吊具（單位：mm）

（5）吊掛系統(tǒng)：吊掛是每個(gè)節(jié)段塊臨時(shí)連接在架橋機(jī)主梁上的機(jī)構(gòu)，主要由吊桿、橫梁、上橫移梁、下橫移梁、墊板等組成。吊掛通過(guò)精軋螺紋鋼筋吊掛在架橋機(jī)主梁的下弦中間位置，與縱移軌道共同利用縱移橫梁，通過(guò)手動(dòng)穿心頂或起重天車來(lái)調(diào)整梁塊縱橫向標(biāo)高，即調(diào)整節(jié)段塊的縱、橫坡度。

（6）輔助天車：輔助天車由走行輪箱、橫梁、小車支架、20 t吊鉤、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電纜卷筒等組成。

輔助天車用于小件物體的吊裝和倒運(yùn)。

（7）后輔助支腿：后輔助支腿位于主框架最后端，為固定腿，由立柱、橫梁、頂升油缸等組成，架梁施工時(shí)處于脫空狀態(tài)，架橋機(jī)過(guò)孔時(shí)則協(xié)助主支腿一起完成設(shè)備過(guò)孔［9］。

4.3 施工流程（見圖5）

圖5 架橋機(jī)施工流程（單位：mm）

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 前輔助支腿調(diào)整

將前輔助支腿的支撐與升降支架功能合二為一，前輔助支腿大行程內(nèi)套筒與步進(jìn)油缸配合，通過(guò)大范圍高度變化，能輔助設(shè)備安裝，降低安裝成本，并能完美解決設(shè)備過(guò)孔及末孔架設(shè)要求。

5.2 主支腿循環(huán)站位

架橋機(jī)配備兩個(gè)相同主支腿，根據(jù)要求在架設(shè)中間跨時(shí)主支腿站立在墩頂中心，架設(shè)每聯(lián)首跨時(shí)，后方主支腿又需要站立在橋面，設(shè)計(jì)時(shí)將主支腿設(shè)計(jì)為上下兩部分，可以通過(guò)法蘭拆解，在架設(shè)中間跨向前倒運(yùn)支腿時(shí)，將其拆解為兩部分轉(zhuǎn)運(yùn)，上部分先放置在橋面，下部分從兩跨梁端夾縫中提起，安裝在前方墩頂，再將放在橋面的主支腿上半部分與已安裝在前方墩頂?shù)闹认掳氩糠诌B接，然后再二次過(guò)孔到位，這樣解決了支腿的站位及轉(zhuǎn)運(yùn)［10］。

5.3 防過(guò)載傳感器裝置

主支腿在墩頂站立時(shí)，為保證支腿穩(wěn)定，設(shè)置了連接斜撐，為保證撐桿受力的可控，斜撐銷軸設(shè)置壓力傳感器，通過(guò)讀取銷軸處壓力大小，及時(shí)了解支腿狀態(tài)，若壓力超出設(shè)計(jì)值將自動(dòng)停止設(shè)備過(guò)孔前移，達(dá)到自動(dòng)控制功能，同時(shí)過(guò)孔機(jī)構(gòu)采用同步頂推技術(shù)，也能保證前后頂推速度，使過(guò)孔更平穩(wěn)，保證施工安全。

5.4 墩頂塊自架功能

架橋機(jī)過(guò)孔分兩次，前輔助支腿站立在前方墩，將后主支腿轉(zhuǎn)運(yùn)安裝在前方墩頂后暫停，將墩頂塊從后方橋面運(yùn)輸至工作面，先利用天車將墩頂節(jié)段塊安裝好，再進(jìn)行下一步的設(shè)備過(guò)孔，這樣既巧妙完成了墩頂塊的安裝，同時(shí)提高了施工效率［11］。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)的快速發(fā)展，如何提高裝備適應(yīng)性，可靠性，滿足橋梁結(jié)構(gòu)受力及環(huán)境要求，提高設(shè)備施工效率及安全性，是今后的努力方向，通過(guò)本文所述架橋機(jī)在實(shí)際工程中應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)，能為今后大跨度整孔節(jié)段梁的設(shè)計(jì)及施工提供更多借鑒意義［12］。