桁架拱橋新型鏈條軌道式檢查車設(shè)計與安裝

周 輝

（中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都 610091）

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會生產(chǎn)力的飛速發(fā)展，我國橋梁建造技術(shù)特別是在拱橋建造方面取得了重大突破，其跨越山區(qū)溝谷的超強能力為我國高鐵在全國乃至世界推廣做出了重要貢獻。由于拱橋大量建造，我們面臨著后期大量管理和維護工作，常規(guī)采用的有：移動式橋梁檢查設(shè)施如專業(yè)橋梁檢查車輛，優(yōu)點是靈活、機動，缺點是占用交通通道、造價高、無法全覆蓋、需多人協(xié)同；固定式橋梁檢查設(shè)施如拱背檢修通道、拱下吊籃，優(yōu)點是固定、安全、成本低，缺點是無法全覆蓋。在以“生命至上、安全發(fā)展”觀念深入人心的中國，不斷創(chuàng)新設(shè)計安全可靠、構(gòu)造輕便、操作簡易、無障礙全覆蓋的拱橋橋梁檢查設(shè)施顯得尤為重要。

本文基于2015年建成的世界最大跨度352 m的單線鐵路上承式變高截面提籃鋼桁拱橋—貴州林織鐵路納界河特大橋，重點介紹了其創(chuàng)新設(shè)計的新型鏈條軌道式檢查車，可實現(xiàn)自爬行、無障礙、全覆蓋的管理維護工作；通過分析其設(shè)計原理、構(gòu)造特點，充分研究對比特殊施工條件下的多種安裝方案，獨立研究了簡易安裝車實現(xiàn)了安全、精確、快速的橋梁檢查車安裝施工，并順利投入后期管維工作。

1 工程概況

1.1 橋梁總體設(shè)計

貴州林織鐵路納界河特大橋主跨為352 m上承式鋼桁拱，全長810.10 m。主橋為上承式變高截面提籃鋼桁拱結(jié)構(gòu)，主桁為N型架，拱頂處桁高8.0 m，拱腳處桁高13.0 m；拱頂處主桁中心距8.0 m，拱腳處主桁中心距27.0 m，弦桿內(nèi)傾角8.378 67°[1]。弦桿上、下弦平面內(nèi)設(shè)平聯(lián)，為“K”型布置或“X”型布置（見圖1）。為保障運營階段實現(xiàn)對橋梁各部位全覆蓋檢查，橋梁設(shè)計有拱圈檢查車、梁體底部檢查車、拱背檢修通道，鋼立柱設(shè)有人洞和爬梯，鋼蓋梁設(shè)有檢修平臺并與立柱人洞連通，梁體內(nèi)設(shè)有人洞與鋼立柱連通。

1.2 檢查車設(shè)計構(gòu)造

本橋設(shè)計有梁部檢查車和拱圈檢查車，均由檢查車系統(tǒng)和軌道系統(tǒng)組成，采用雙軌單車布局，整車成“一”字型，最大載重500 kg。兩者構(gòu)造相同，主要區(qū)別在于車體伸縮、軌道間距和軌道安裝方式不同：梁部檢查車車體可伸縮，軌道中心距為1.8 m，在鋼混結(jié)合梁底部沿縱橋向預(yù)留安裝螺栓孔，行走軌道通過軌道托板栓接于梁體底部同時吊裝，檢查車沿縱橋向在軌道上行走；拱圈檢查車車體固定，軌道中心距為4.6 m，主拱肋合攏后在拱圈下平聯(lián)K撐橫桿通過抱箍鎖定軌道。

拱圈檢查車是檢查人員工作的平臺，主要包括檢查車桁架結(jié)構(gòu)、行走驅(qū)動組合裝置、動力裝置、控制裝置和平衡裝置，沿安裝在拱底的行走軌道行進（見圖 2）。

1）行走驅(qū)動組合裝置包含車輪架、行走車輪、水平導(dǎo)向輪、電動機、減速器、驅(qū)動鏈輪、常閉式電磁制動器、夾軌裝置、阻尼緩沖器等，整套裝置安裝在桁架結(jié)構(gòu)上部并連接復(fù)合軌道系統(tǒng)。檢查車重量由行走車輪承受，驅(qū)動鏈輪僅提供檢查車行進時所需的驅(qū)動力。夾軌器由液壓系統(tǒng)單獨控制，其默認為關(guān)閉狀態(tài)以夾緊軌道；通電后4個夾軌器全部打開，檢查車啟動行走[2-3]（見圖3）。

2）檢查車采用隨車鏈輪與固定式鏈條的驅(qū)動型式，檢查車在驅(qū)動鏈輪帶動下沿布置在鋼桁拱底的行走軌道行進，固定式鏈條共2條，分別固定安裝在2條行走軌道上，軌道中心線距離為4.6 m。

復(fù)合軌道系統(tǒng)由行走軌道系統(tǒng)和固定式鏈條系統(tǒng)組成。

行走軌道系統(tǒng)主要包括行走軌道、軌道托架、連接螺桿、連接板、墊板和連接螺栓，軌道托架與拱圈下平聯(lián)連接并固定行走軌道。

固定式鏈條系統(tǒng)主要包括固定式鏈條、鏈條保護軌、鏈條托板和固定螺栓。鏈條保護軌與軌道通過焊接連接，用于固定鏈條及鏈條托板，安裝槽沿橋預(yù)留有足夠調(diào)節(jié)量；鏈條托板通過摩擦型高強螺栓固定在保護軌上（見圖4）。

3）電氣系統(tǒng)由1臺柴油發(fā)電機組提供獨立電源，放置在檢查車桁架上，電源為380V三相交流電，驅(qū)動電機共4臺，采用軟啟動電動機。行走速度通過變頻器接入PLC控制，可實現(xiàn)無級調(diào)速。檢查車控制采用按鈕控制器，可直接在檢查車上實現(xiàn)命令實時輸入。

1.3 工作原理

新型鏈條軌道式檢查車是專門為拱橋管養(yǎng)維護時運送檢查人員研究設(shè)計的專用檢查設(shè)備。檢查車上配備有柴油發(fā)電機組，提供獨立電源；檢查車沿拱圈下固定安裝的行走軌道行進，行走軌道上布置有固定鏈條，鏈條側(cè)有專門的U型槽保護軌，檢查車行走機構(gòu)上配備驅(qū)動電機，帶動驅(qū)動鏈輪旋轉(zhuǎn)而在軌道上爬行[3]。

1.4 技術(shù)參數(shù)

結(jié)構(gòu)尺寸：長2 900 cm×寬280 cm×高400 cm，自重：6.5 t，驅(qū)動方式：鏈輪鏈條，行駛速度：變頻控制10 m/min，制定方式：電磁制動，動力：柴油發(fā)電機組供電，限載：3人500 kg，風速≤6級。

2 軌道安裝方案確定

該拱圈檢查車需在拱圈下平聯(lián)K撐橫桿通過抱箍鎖定行走軌道，必須在主拱肋合攏后方可施工。檢查車通過汽車吊即可在拱腳平臺組拼安裝，但軌道系統(tǒng)因其安裝位置特殊無法利用如汽車吊、纜索吊等大型設(shè)備進行軌道安裝，且無操作平臺可供人員利用進行安裝調(diào)整，其行走軌道運輸困難、安裝調(diào)整安全隱患大，因此解決行走軌道安裝固定即為重中之重。

2.1 方案比選

1）頂升法：設(shè)計4套頂升機構(gòu)安裝于拱腳處行走軌道正后方，按照先跨中最后拱腳的安裝順序?qū)ΨQ施工，分段逐一利用導(dǎo)向軌、鏈條葫蘆和牽引輔助頂升安裝。其頂升機構(gòu)設(shè)計復(fù)雜、噸位大，需單獨設(shè)置人員安裝平臺同步施工，輔助工序多，操作復(fù)雜、安全威脅大、成本高。

2）卷揚機牽引法：于跨中段左右正對行走軌道位置設(shè)置2套卷揚機牽引系統(tǒng)，按照先拱腳最后跨中的安裝順序?qū)ΨQ施工，利用簡易吊籃運輸、鏈條提升輔助牽引安裝。其需單獨設(shè)置人員安裝平臺，操作簡便、成本相對低，但牽引系統(tǒng)在跨中桁架上安裝和拆除非常困難。

3）簡易安裝車輔助法：結(jié)合檢查車構(gòu)造特點，單獨設(shè)計1套簡易安裝車代替原檢查車桁架結(jié)構(gòu)連接其他構(gòu)件，利用原有動力控制系統(tǒng)，確保能順橋向運輸軌道和有足夠的人員操作空間，按照先拱腳最后跨中的安裝順序施工，鏈條提升輔助安裝。其設(shè)計構(gòu)造簡單、制造成本低、人員協(xié)同少，可實現(xiàn)人員和軌道同步運輸，兼顧操作平臺，操作簡便、安全可靠。

經(jīng)過比選，行走軌道安裝固定采用簡易安裝車輔助法為最佳方案。

2.2 簡易安裝車構(gòu)造

簡易安裝車結(jié)構(gòu)為銷軸連接的拼裝式鋼結(jié)構(gòu)[4]，材料為Q235角鋼，配置原拱圈檢查車的行走驅(qū)動組合裝置、動力裝置、控制裝置。新加工制造的桁架車體上設(shè)置有滾軸式軌道支撐固定裝置，可以輕松使待安裝的軌道縱向滑動；同時設(shè)置有將待安裝軌道固定的鏈條，可以保證軌道在運輸過程中與簡易安裝車固定牢靠不滑落（見圖5～圖6）。

3 檢查車安裝施工

3.1 行走軌道安裝

1）施工準備

對進場設(shè)備進行驗收，在拱腳平臺正上方桁架上安裝吊裝軌道的固定卷揚機作為提升站，將全橋拱圈待安裝軌道的準確位置進行標示。

2）拱腳段軌道安裝

在拱腳平臺利用25 t汽車吊吊裝、手動鏈條輔助將覆蓋區(qū)域內(nèi)的軌道托架安裝到位，按照從拱腳向跨中的順序，分節(jié)吊裝待安裝的行走軌道并固定在軌道托架上。

3）行走驅(qū)動組合裝置安裝

先將原檢查車配置的行走驅(qū)動組合裝置組裝到位，包含車輪架、行走車輪、水平導(dǎo)向輪、電動機、減速器、驅(qū)動鏈輪、常閉式電磁制動器、夾軌裝置、阻尼緩沖器等，然后利用汽車吊吊裝將其連接在拱腳段已安裝行走軌道上，調(diào)整驅(qū)動鏈輪使其與固定鏈輪正常咬合，調(diào)整夾軌裝置、行走車輪使其與行走軌道側(cè)面貼合緊密。

4）簡易安裝車安裝

利用汽車吊吊裝已組裝完成的簡易安裝車，與行走驅(qū)動組合裝置固定，將置于簡易安裝車上的動力、控制裝置線路與行走驅(qū)動組合裝置連接，然后調(diào)試動力、行走、制動和緊急斷電時系統(tǒng)閉鎖反應(yīng)。簡易安裝車使用原理與原檢查車一樣，其車體重量由行走車輪承受，驅(qū)動鏈輪僅提供車體行進時所需的驅(qū)動力。

5）軌道安裝

剩余軌道提前運輸至拱腳平臺并正對行走軌道下方的提升站，緩慢移動簡易安裝車將待安裝軌道準確放置在滾軸式軌道支撐固定裝置上固定牢靠，利用鏈條葫蘆固定；人員操作安裝車同步運輸至待安裝橋位，利用手動鏈條輔助將軌道提升到位，與軌道托架連接固定。依次循環(huán)運輸安裝直至跨中，然后拆除簡易安裝車、行走驅(qū)動組合裝置，再次按照上述步驟施工對岸剩余行走軌道直至跨中合攏。

3.2 軌道調(diào)整

由于拱圈為曲面，為使后期檢查車在行走軌道上行駛安全、順暢不跳車，需將每節(jié)軌道對接后調(diào)整固定鏈條使其順接，并分別鏈接后形成一條完整的固定式鏈條供檢查車運行使用。

1）拼裝過程中調(diào)整

行走軌道分別從拱腳向跨中安裝，將兩節(jié)段行走軌道接頭處固定鏈條通過連接件鏈接牢靠。如果間距不適合鏈接，將后安裝行走軌道接頭處的鏈條托板螺栓輕微放松，向已安裝行走軌道移動使其固定鏈條間間距滿足連接件鏈接要求，然后鎖定鏈條托板。

2）軌道跨中聯(lián)結(jié)調(diào)整

兩岸軌道分別安裝至跨中位置，再次測量跨中合攏處軌道間隙，適當調(diào)整鏈條松弛，將軌道的鏈條相連，微調(diào)就位貫通全橋軌道。如果間距過大無法調(diào)整就位，則需選擇距偏差大的一側(cè)從跨中開始分節(jié)段解開接頭處固定鏈條連接件，調(diào)整好后與另一側(cè)不調(diào)整固定鏈條鏈接，依次向拱腳方向調(diào)整直至鏈接形成全橋貫通軌道。

3.3 檢查車安裝調(diào)試

拆除簡易小車及拱圈上其他輔助設(shè)施，組裝檢查車桁架結(jié)構(gòu)并安裝動力裝置、控制裝置等剩余組件，連接整個系統(tǒng)線路，全面調(diào)試動力、行走、制動和緊急斷電時系統(tǒng)閉鎖反應(yīng)等。

4 結(jié)語

新型鏈條軌道式檢查車僅使用一個月即安裝完成，其成功研發(fā)和投入使用，標志著我國在橋梁管養(yǎng)維護研究方面取得了顯著的進步，安全可靠、綠色生態(tài)、可持續(xù)的設(shè)計思路與理念，對于我國后續(xù)橋梁建造技術(shù)研究有著重要的借鑒和推動作用。