DJ1000型架桥机进出隧道口架梁施工技术

高素斌

(邯郸中铁桥梁机械有限公司 河北邯郸 056003)

1 概况

2018年9月我国高速铁路40 m简支箱梁在郑(州)济(南)高速铁路(郑濮段)首架成功，标志着国内高速铁路40 m简支箱梁工程化应用的开始。40 m 1 000 t与32 m 900 t高铁桥梁相比让桥墩的用料和用地成本都节省了1/5左右，前景广阔。在高铁千吨级箱梁运架施工中，通过隧道和进出隧道口架梁施工属于特殊作业。对架梁施工设备来说隧道口架梁施工的难易程度成为评价设备性能的重要因素，这也是架桥机设计单位和施工单位持续不断研究的一个课题。

DJ1000型架桥机是针对最新高速铁路双线桥梁结构而研发的单臂架桥机，满足40 m 1 000 t及以下高铁双线桥梁架设施工。预制双线箱梁梁宽12.6 m，梁高3.235 m，梁全长40.6 m，吊点中心在梁长度方向距离梁端1.25 m，宽度方向为3.9 m。线路曲线最小7 000 m，困难条件下为5 500 m，正线线间距为5.0 m。时速250 km高速铁路隧道断面半径R＝6 410 mm，断面尺寸小于时速350 km高速铁路隧道断面，同时通过铁路钢构桥梁施工在架桥机设计时一并进行了考虑。双线简支箱梁断面和时速250 km隧道断面如图1所示。

图1 双线箱梁与时速250 km隧道断面图(单位:mm)

2 DJ1000型架桥机结构及性能指标

国内32 m跨、900 t高铁箱梁分体式运架设备多达700多套，且绝大多数是双臂结构，多数不能通过隧道。能满足通过隧道的架桥机还需要拆解中部支腿与主梁的法兰连接螺栓，隧道口小于5 m架梁无法实现[1]，目前无法满足40 m跨度桥梁施工。

根据高铁箱梁结构特点，考虑到进出隧道口、多跨度变化、桥上调头作业、桥隧相连以及单双线共存这几个桥梁施工关键因素，借鉴多年公路及铁路上DJ型单臂架桥机设计施工经验，DJ1000型架桥机采用单臂结构设计。在通过隧道时高度与宽度空间问题的处理上采用大伸缩量柱体构造，利用二号柱体与机臂间的转动功能满足缩小宽度需求。机臂满足规范对过隧道架桥机主梁刚度要求[2]。如图2所示，架桥机主要由0号柱、1号柱、2号柱、3号柱、机臂、前后行车、动力及控制系统(包括发电机组、电液控制系统)等组成，并按照规范要求配备安全监控系统[3]。架桥机采用步履过孔方式，通过机臂上耳梁侧面齿条与二号柱驱动机构齿轮传动实现行走和机臂纵移功能。架梁作业时行车通过驱动机构齿轮与机臂底面上的双排齿条传动实现其行走功能。架梁作业时采用行车与运梁车拖拉喂梁方式架梁。架梁时1号柱与2号柱支撑机臂，尾部3号柱上翻成水平状态满足箱梁通过。通过运梁车的拖拉系统使混凝土箱梁梁端靠近2号柱，前行车在距离2号柱3.2 m位置悬臂起吊，与运梁车同步纵移向前。梁片尾部进入架桥机后3号柱向下翻折支撑，后行车起吊梁片，然后前后行车同步前移到达落梁位置，落梁安装就位。架设有纵坡桥梁时通过柱体升降调平机臂，架设曲线桥时通过1号柱和2号柱的横移机构调整机臂与线路轴线一致实现梁片精准对位。

图2 DJ1000型架桥机总装配图(单位:mm)

架桥机关键性能指标如表1所列，除此之外该机通过调整二号柱结构能够具备双线和单线并存桥梁施工作业。

表1 DJ1000型架桥机整机性能指标

3 出隧道口2.5 m及末跨进隧道施工

施工标段为杭绍台铁路HSTZQ-2标段，里程DK46＋780～DK56＋955区间共计5座桥梁，分别是打铁岭大桥、溪头村特大桥、官庄特大桥、范洋江特大桥、寺后村大桥，共计164孔箱梁，其中32 m箱梁149孔、24 m箱梁15孔。所施工标段内共有4条隧道，其中顾山隧道长度4 125 m，存在出隧道口2.5 m首跨架梁和进隧道末跨架梁施工工况。

3.1 通过隧道及出隧道口2.5 m架梁的施工措施

运架设备通过隧道架梁作业要解决运梁车驮运高铁箱梁通过隧道和运梁车驮运架桥机通过隧道两个问题[4－5]。架桥机通过隧道的难点在于架桥机二号柱的柱体宽度15.6 m大于隧道断面宽度尺寸12.8 m，机臂底面高度要能由架梁状态的7.2 m降低到3.4 m，还要考虑隧道内过孔时便于施工。针对上述三个关键控制因素，在设计上采取如下解决措施:(1)架桥机二号柱体相对机臂转动72°以满足通过隧道时的宽度要求；(2)柱体采用能够向下穿过底横梁的构造设计，大大提高了柱体伸缩行程，满足在不解体状态下使机臂底面小于等于3.4 m的高度要求。这样就解决了架桥机通过隧道以及出隧道口2.5 m工况首跨架梁作业的难题。除架桥机所采取的措施之外，运梁车设计参考国内运梁车结构设计[6－7]，将装梁高度控制在1.6 m以内也是架桥机能够实现隧道口架梁的关键因素。

运梁车驮运架桥机通过隧道时的运输状态如图3所示，通过半径6 410 mm隧道时二号柱转动72°后在隧道内的状态如图4所示。

图3 运梁车驮运架桥机通过隧道状态(单位:mm)

图4 架桥机通过隧道时二号柱状态断面图(单位:mm)

3.2 通过隧道以及出隧道口2.5 m架梁施工工艺

本着安全高效施工原则，通过隧道时将2号柱放置在前运梁车前面，避免了运梁车退出架桥机时需要通过二号柱的复杂作业，简化了出隧道口过孔工序，提升了施工效率。通过隧道及出隧道口2.5 m首跨过孔工序如图5所示。

图5 架桥机出隧道口2.5 m过孔工序(单位:mm)

(1)运梁车驮运架桥机出隧道口，机臂前端距0号墩台7 m，使1号柱过0号墩台。前行车运行到中间，连接1号柱斜拉钢丝绳；(2)将1号柱放垂直后，拆掉1号柱翻转机构，整机继续前移，当2号柱出隧道口后，停止前移；(3)将2号柱旋转摆正，2号柱后退到0号墩台后路基上支撑，1号柱后退到0号墩台上支撑。前行车开到后面；(4)通过前后运梁车交替支撑作业将后运梁车后移到距尾部2 m位置，1号柱、2号柱和主动运梁车同时驱动机臂前移，0号柱到达前桥台后停止前移，支撑0号柱；(5)支2号柱，1号柱收起前移40.7 m支撑；(6)顶升1、2号柱到架梁位，过孔完成。

由于架桥机出隧道口2.5 m架梁作业避免了部件拆解工作，提高了作业效率，降低了施工难度，所以在桥隧相连出隧道口架梁施工中具有明显优势。杭绍台铁路HSTZQ-2标段采用该施工方式顺利完成了顾山出隧道口2.5 m架梁任务，现场施工情况如图6所示。

图6 DJ1000型架桥机顾山隧道出口2.5 m首跨架设状态

3.3 末跨进隧道口架梁的施工措施

进隧道口架梁属于末孔架梁工况的特殊情形，与出隧道口架梁相比考虑架桥机0号柱和1号柱满足隧道断面空间就可以实现进隧道口架梁施工。为满足这种作业工况，借鉴运架一体机前支腿结构形式[8－9]，1号柱设计为机臂下挂式刚性支腿结构，采用大行程柱体设计以及与机臂两侧重叠的布局形式，有效提升了柱体的高度行程，增强了隧道施工的适应能力。同时，0号柱设计采用大行程和翻折相结合的结构设计，有效提高了柱体高度变化范围。架梁作业时机臂成水平状态，需要满足行车在机臂尾部吊梁起升最低高度空间要求。在上坡桥和≤1%下坡桥进入隧道架梁工况下1号柱位置处机臂底面距桥面6.5 m为最低极限高度。在纵坡>1%的下坡桥进隧道口架梁工况下，架桥机需要考虑适当调整机臂角度以解决尾部行车吊梁空间问题，并根据具体情况增加桥机纵向稳固措施。但隧道进口有0号柱和1号柱站位空间的工况则不受上述限制。架桥机在杭绍台施工进隧道口末跨桥时0号柱和1号柱的情况如图7所示。

图7 DJ1000型架桥机末跨进隧道架设梁施工状态

与双臂高铁箱梁架桥机相比，DJ1000型架桥机利用了单根机臂与柱体横梁之间可以转动的特点，成功解决了架桥机2号柱体宽度大于隧道断面而无法通过的难题，省去了双臂架桥机通过隧道需要解体转动中支腿部分的工作，使得施工更加快捷，作业量大大降低。

4 出隧道口零距离特殊工况施工措施

4.1 出隧道口零距离架梁设想的提出

对于高铁桥梁施工而言，出隧道口几米空间架梁本身就是桥机设计和施工单位面对的一个施工难题，出隧道口零距离属于极特殊工况作业[10]，该工况下架桥机的主受力结构2号支腿没有位置支撑，除运架一体机外分体式运架设备尚无成功架梁的先例。基于架桥机出隧道口2.5 m成功架梁施工经验，做出如下设想:第一，2号支腿在0号桥墩位置搭设承载支架以提供2号柱站位空间，这就解决了2号柱没有站位空间的问题；第二，按照正常架梁工艺行车吊梁运行至落梁位后，在2号支腿后方利用临时支腿支撑机臂，将架桥机2号支腿的荷载转移到临时支腿上；第三，将2号支腿下横梁分段，通过纵向拖拉方式将下横梁移开进入隧道，实现梁片落梁就位。通过以上三个措施就解决了出隧道口零距离无法架梁施工的难题。为实现落梁目的，2号柱下横梁结构进行功能性优化改进，将整体焊接结构变为法兰栓接的三段式结构。分段后下横梁可以进入隧道以保证箱梁可以下降就位的要求。下横梁与柱体法兰接口处设有铰耳，作用是向下翻折后梁片能够顺利落下，架完梁后又能够顺利向上折起。法兰接口采用了带抗剪板的止口设计，保证承载和快速定位安装。

4.2 出隧道口零距离架梁施工工艺

隧道口零距离架梁施工工艺如图8所示，图中略去隧道内过孔流程，从过孔完成2号柱支撑在0号桥台开始。(1)按照常规架梁工艺前后行车吊梁纵移至落梁位置，运梁车退出架桥机，在2号柱后面安装临时支腿支撑机臂；(2)将2号柱下横梁中间螺栓拆开，2号柱柱体向上收起，利用钢轨作为滑道用倒链将下横梁拖到隧道内；(3)将柱体与下横梁外端节螺栓松开，将下横梁外端节向下翻转。用倒链将0号墩台上的临时支架解体并拖到隧道内；(4)前后行车将梁片落到墩台上；(5)将2号柱下横梁外端节用倒链翻转回正，后行车将2号柱下横梁中间段吊到2号柱下面；(6)伸缩柱体，连接柱体法兰。出隧道口零距离架梁完成。

图8 DJ1000型架桥机出隧道口零距离架梁工艺

4.3 出隧道口零距离架梁其他注意事项

出隧道口零距离架梁施工过程中，在施工前测量并确保梁底面与2号柱下横梁顶面之间留有不少于100 mm的间隙，2号柱后面的临时支腿支垫可靠，底横梁法兰螺栓连接应按照设计扭矩值进行预紧，0号墩台位置的安全防护到位，这些均是施工过程中的安全控制要素。

5 结束语

分体式高铁箱梁运架设备在通过隧道以及进出隧道口等诸多特殊工况的施工研究较多[11－12]，这类研究也将随着施工技术的进步而发展。DJ1000型架桥机的结构特点使其在高铁桥梁施工中的突出优势得以充分体现，不仅解决了施工中最关键的架桥机通过隧道、隧道进出口架梁这一难题，而且还解决桥上原地调头作业和单双线并存桥梁的施工难题，限于篇幅所限不一一列出。希望通过本文能够为高铁桥梁的施工提供一些有价值的参考和借鉴。