李世龍  張浩  賴云

(1.中鐵二局集團新運工程有限公司,四川 成都 610031;2.中鐵二局集團有限公司, 四川 成都 610031;3.中鐵二局集團第三工程有限公司,四川 成都 610031)

 

摘　要：鄭濟高鐵首次采用40m簡支箱梁預制架設施工技術，本文對40m箱梁制運架施工設備配置和選型方案進行了研究，制梁設備主要借鑒900t/32m箱梁預制生產的成熟經驗并結合當前行業技術規范進行配置和選型，運梁和架梁設備主要根據作業工況、箱梁結構尺寸和重量參數以及效率指標要求等進行論證，本文為類似橋梁工程項目提供了一種設備配置和選型方法。

關鍵詞：高速鐵路;40m簡支箱梁;施工設備;配置與選型

中圖分類號： U215.7       文獻標識碼： A

 

0 引言

施工設備配置或選型不當直接影響施工效率，還可能出現資源過度配置造成浪費。鄭濟鐵路40m箱梁預制架設施工技術為我國高速鐵路首次采用，國內外均無成熟經驗可供直接引用或借鑒。為使該工程項目制運架施工設備配置合理和最大限度地節省施工成本，鄭濟高鐵40m箱梁預制架設施工參考32m/900t箱梁制運架施工設備配置方案，結合施工工藝和效率指標要求，通過優化設備配置方案，成功實現了40m箱梁制架施工生產高效和節能目標。

 

1 項目概況及產能指標分析

1.1 項目概況

新建鄭濟鐵路鄭州至濮陽段東起濮陽市濮陽東站，途徑濮陽市、安陽市，終至既有鄭州東站，線路正線全長197.279km。本標段(ZPZQ-Ⅵ標)鐵路箱梁制架施工范圍為鄭州黃河特大橋北岸引橋(公鐵合建段)186#墩至371#墩共計344榀(高鐵梁和市域梁各172榀)40m鐵路箱梁均采用預制架設施工方案，鄭濟客專線路技術標準見表1。

表1 鄭濟客專鐵路技術標準

1.2 箱梁結構參數簡介

鄭濟客專鐵路預制箱梁有兩種，時速350公里高鐵簡支梁全長40.6m，計算跨度為39.3m，支座中心距4.4m，梁高3.235m，頂板寬度12.6m，底板寬5.4m，腹板中心距為6.166m，全梁混凝土使用量為370m³，梁重約925t，腹板預應力束為22孔預應力束單排布置。時速160公里的市域無砟40m簡支梁相對于350km無砟40m簡支梁變化為頂板厚度減少15mm，梁高3.22m。頂板寬度11.4m，底板寬5.4m，全梁混凝土使用量為345.9m³，梁重約865t，腹板預應力束為20孔預應力束單排布置。

1.3 制架梁產能指標分析

根據招標文件要求，本標段工程項目的總工期為48個月，為滿足招標文件及標段實施性施工組織節點工期要求，鐵路箱梁制梁場的設計最大產能需達到60榀/月，制梁設備需按2榀/天的產能指標進行配置，架梁工期為10個月左右，考慮到氣候等不利因素影響，架梁設備需按1.5榀/天的效率指標進行配置。

 

2 制梁設備配置與選型

制梁設備主要包括：鋼筋加工設備、混凝土設備、預扎鋼筋籠吊裝設備、張拉設備、壓漿設備、靜載試驗設備、動力設備等。其中，鋼筋加工設備主要包括鋼筯調直切斷機、智能鋼筋彎箍機等，混凝土設備主要包括拌和站、輸送泵、布料機，預扎鋼筋籠吊裝設備即用于預扎鋼筋籠(底腹板鋼筋和面筋形成的骨架)整體吊裝的龍門吊。

2.1 鋼筋加工設備

鄭濟高鐵項目40m預制箱梁中鋼筯種類主要包括有Φ8mm、Φ12mm圓鋼和Φ16mm、Φ18mm、Φ20mm、Φ22mm等多種規格帶肋鋼筋，其中，Φ8mm圓鋼調直加工成品最長達12630mm，Φ12mm圓鋼調直加工最長達40530mm，Φ22mm帶肋鋼筋彎曲加工單根長度最長達12284mm，每榀箱梁預扎鋼筋總數量合計重量達73t，根據預扎鋼筋的加工直徑、成品形狀和彎曲長度等參數選擇鋼筋加工設備型號規格，見表2。

表2 鋼筋加工設備配置清單

2.2 混凝土設備

2.2.1 混凝土攪拌站

結合項目工期目標，制梁設備生產能力需達到2榀/天，每榀40m箱梁需要C50混凝土370m³，按照箱梁預制施工工藝要求，每榀箱梁約370m³混凝土必需在6小時內完成灌注作業，即混凝土拌和站的生產能力不得低于60m³/小時，根據橋梁施工規范要求，混凝土的攪拌時間不少于2min，綜合考慮拌和站出料、輸送泵泵送和布料機調整布料工位等配合工序的影響，結合以往施工經驗，拌和站生產每盤料的循環時間理論上在3min以上，如果按一臺拌和站考慮則應配180站，但是，如果180拌和站發生停機故障則引發質量事故，因此，僅配置一臺180拌和站并不妥當，按兩臺120站配置既可預防混凝土澆注不連續事故，又能確保在更短時間內完成370m³混凝土的制拌生產，為減小120站因故障死機影響制梁生產效率，因此，采用兩臺120站備用一臺90站乃最佳配置方案，拌和站配置方案詳見表3。

表3 鄭濟客專項目混凝土攪拌站配置方案

2.2.2 混凝土輸送泵

根據32m箱梁施工經驗，混凝土輸送泵通常與拌和站的數量配套，2臺HNZ120站和1臺HNZ90站應配置3臺輸送泵，其中2臺常用1臺備用，輸送泵的泵送能力應大于拌和站制拌混凝土的生產能力，考慮到制梁用C50高性能混凝土的流動性差、泵送阻力較大，結合以往的施工經驗，輸送泵型號規格選用HBT8022C-5，主要技術參數見表4。

表4 HBT8022C-5輸送泵主要技術參數

2.2.3 混凝土布料機

混凝土布料機與輸送泵數量對應，布料機應盡可能靠近制梁臺座以最大限度地利用其布料半徑，32m箱梁預制生產常采用HGY19型布料機，一臺布料機可覆蓋制梁臺座30m左右的澆注范圍，因此，理論上兩臺布料機即可滿足40m箱梁制梁生產，根據以往的施工經驗，制梁場一般配置3臺布料機，其中的1臺為備用，以確保制梁生產不受布料機故障因素影響，布料機的主要技術參數見表5。

表5 HGY19型布料機主要技術參數

2.3 預扎鋼筋吊裝設備

按照現行制梁工藝標準要求，預扎鋼筋籠必須采用整體吊裝方式，龍門吊的主要技術參數需根據吊物重量、提升高度和制梁臺座的布置情況而定。高鐵40m箱梁預扎鋼筋籠整體吊裝重量約73t，隨鋼筋籠一起吊裝的橡膠抽拔管重約10t，吊裝架重量約25t，實際吊裝總重量約108t，按平均分配荷載計算，每臺龍門吊應分擔的吊裝重量為G₁=G₂=108t/2=54t，考慮到動載因素和荷載分配不均勻因素^[1]，龍門吊額定起重能力至少應達到Q=G×k₁×k₂。

這里的k₁為動載系數，k₂為不均勻荷載系數，k₁值取1.1;k₂值取1.2，則單臺龍門吊應具備的額定起重能力Q=G×k₁×k₂=54×1.1×1.2=72t

結合40m箱梁制梁臺座的布置型式，跨度參數不小于40m，考慮到通用性問題，結合本單位現有鐵路T梁制梁場使用的龍門吊技術規格，起重能力按95t設計，既能滿足40m箱梁預扎鋼筋籠整體吊裝作業，又適用于鐵路T梁移梁作業，預扎鋼筋吊裝用MG95t龍門吊主要技術參數表6。

表6 MG95t龍門吊主要技術參數

2.4 張拉設備^[2-4]

張拉作業對橋梁工程施工質量有直接影響，是重要關鍵工序，張拉設備的性能直接關系到箱梁預應力精度，隨著通訊技術和信息化技術的發展和進步，基于互聯網無線傳輸的遠程監控技術已經十分成熟，鐵路總公司要求對張拉施工過程的關鍵參數進行遠程監控，根據40m箱梁預應力鋼絞線束的設計數量并結合張拉施工要求，選用鐵路橋梁預應力張拉自動控制系統，配置方案見表7，主要技術參數見表8。

表7 40m箱梁預應力張拉自動系統配置方案

表8 40m箱梁預應力張拉自動系統主要技術參數

2.5 壓漿設備^[5-6]

壓漿作業是箱梁預制生產中又一道關鍵工序，壓漿設備的性能關系到箱梁預應力孔道的填充壓實密度，對橋梁工程施工質量有直接影響。鐵總公司要求對壓漿施工參數的進行遠程監控。根據鐵總對40m箱梁壓漿工藝要求，選用鐵路橋梁預應力管道自動壓漿系統，主要技術參數見表9。

表9 橋梁預應力管道自動壓漿系統主要技術參數

2.6 靜載試驗設備^[7]

40m箱梁預制生產技術為我國時速350km高鐵首次采用，箱梁長度比32m箱梁增加8m，鐵總公司要求對靜載試驗過程關鍵參數進行遠程監控。以往的32m箱梁靜載試驗設備已不能適應新工藝的要求，經市場調查和技術交流后，確定采用預應力靜載試驗架和與之配套的自動靜載試驗系統，主要技術參數見表10。

表10 預應力靜載試驗臺架和自動靜載試驗系統主要技術參數

 

3 箱梁“搬提運架”設備配置與選型

3.1 場內移梁設備

根據國內高鐵橋梁施工經驗，移梁設備采用具有直行和橫行工作模式的輪胎式搬運機，額定起重量、跨度、起升高度、走行速度、起升速度等關鍵技術指標參數主要依據箱梁長度、重量和作業效率要求進行綜合考慮。40m整孔箱梁理論重量為925t，搬運機的額定起重能力按1000t級設計;考慮到梁端預應力鋼絞線外露長度以及搬運通道作業人員和設施安全距離需要，搬運機凈跨度按43.5m設計;吊具起升高度須滿足“吊一過二”便于雙層存梁，存梁臺座高度約0.6m，梁榀高度3.235m，兩層梁之間墊橡膠墊高度約0.2m，吊梁經過雙層存梁區域時，被吊梁榀底部至少應高于雙層梁0.2m左右，綜合考慮以上因素，吊具起升高度按13m設計，搬運機還應具備為運梁車裝梁的功能，因此，支腿結構不再沿用傳統的“人字形”而改為“門形”并將其橫向位置設為寬窄可變的結構方案。在寬式時，支腿兩橫梁凈空寬須大于運梁車馱梁后的寬度，按8.8m設計即可滿足(運梁車寬度8m)，結合本公司輪胎式搬運機保有情況，采用一臺32m/900t搬運機進行技術改造，改造后的DLT1000型搬運機主要技術參數見表11。

表11 DLT1000型搬運機主要技術參數

3.2 跨線提梁機

跨線提梁機采用兩臺同型號規格的門式起重機抬吊工作方式，其額定起重量、跨度、起升高度、走行速度、起升速度等關鍵技術參數主要依據箱梁重量、橋梁高度、橋面寬度、箱梁寬度、運架梁設備寬度和高度等因素進行確定。由于鄭濟客專鐵路跨黃河特大橋采用高鐵雙線和市域鐵路雙線并行設計結構，一次橋面寬度超過34m，如果跨線提梁機采用側位提梁方式，提梁機的跨度將達到50m左右，經技術論證后最終確定提梁機采用正位提梁上橋方式，提梁機跨度與32m箱梁提梁機保持一致，降低了設備安拆和使用風險。提梁機型號規格為MG500型，主要技術參數見表12。

表12 MG500型提梁機主要技術參數

3.3 運梁設備^[8]

運梁設備根據40m整孔箱梁的梁長、梁高、梁寬、梁重、橋面寬度以及馱運箱梁和架橋機過隧道需求的基礎上進行設計，采用低位承載結構，額定載重量應比箱梁重量稍大，按1000t級設計，型號規格為YLS1000型。運梁車采用多輪軸、小輪胎和低位設計方案，主要由司機室、車體及液壓支腿、走行輪組、馱梁臺車、轉向系統、動力系統、電氣系統、液壓系統、制動系統等組成。運梁車主要技術參數見表13。

表13 YLS1000型運梁車主要技術參數

3.4 架梁設備

架橋機根據40m箱梁的幾何尺寸、梁重以及箱梁結構特征進行設計，以滿足20m～40m多種跨度簡支箱梁架設功能為基本要求，并且能夠實現隧道口架梁和運梁車馱運架橋機過隧，對高鐵小曲線和大坡度工況具有良好的適應性。架橋機額定起重能力按1000t設計，采用步履式架橋機^[9]，通過運梁車馱運，可方便地實現橋間轉移或掉頭作業，型號規格為JQS1000型，主要結構由起重小車、機臂、前輔助支腿、前支腿、中支腿、后支腿、后輔助支腿、動力系統、液壓系統、電氣系統、走臺欄桿等組成。架橋機主要技術參數見表14。

表14 JQS1000型步履式架橋機主要技術參數

3.5 動力設備配置方案

運梁車和架橋機等流動施工設備均采用內燃動力，無需備用動力。制梁場內施工設備和項目駐地生活辦公區主要使用電力設備，部分業主進行工程招標之前會引入專用電力線到施工現場，由施工單位與地方供電單位對接并從當地供電網絡引入高壓電源，經過變電配電輸送到各施工區域和項目駐地生活辦公區。為了預防混凝土澆注斷供造成質量事故，制梁場還必須配置備用發電機組，制梁場一般備用三臺大功率的柴油發電機組作為應急電源，按照上述方案配置設備時，配置兩臺500kw發電機組和一臺300kw發電機組即可。當外部電網發生停電時，由兩臺500kw發電機組并網工作專供拌和站和輸送泵使用，一臺300kw發電機組為項目駐地的生活辦公提供動力電源。

 

4 結論

(1)按本文主案配置的混凝土設備、鋼筯加工設備和張拉壓漿設備完全能夠滿足每天預制2榀/天40m高鐵箱梁的產能要求。

(2)利用現有32m/900t搬運機改造為40m/1000t搬運機方案可行，并且可節省投資約900余萬元。

(3)跨線提梁機采用500t/36m型門式起重機技術方案可行，提梁機采用正位提梁方式布置，減小了提梁機跨度，降低了設備安拆和使用風險。

(4)40m/1000t級運架設備的綜合效率與運距有直接關系，運距在十公里范圍內，該套設備能夠滿足1.5榀/天的架梁工效指標，隨著運距的增加，架梁效率有所下降。

(5)如果制梁和架梁工效指標均要求達到2榀/天，配合制架梁施工的DLT1000型輪胎式搬運機的移梁工作量較大，搬運機會比較繁忙。

(6)首次使用的預應力靜載試驗臺架只能組裝成40m跨度使用，轉場再次使用需要更換全部鋼絞線，使用成本較高。

 

參考文獻

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[9]GB/T26470-2011架橋機通用技術條件[S].

 

基金項目：《高速鐵路40米跨簡支梁架運成套設備的深化研究和研制》.中鐵股份科信[2018]106號

(《建設機械技術與管理》2020年第4期)