DP150／50型节段拼装架桥机的设计及应用研究

贾力锋

（郑州新大方重工科技有限公司 河南郑州 450064）

1 前言

随着中国近海经济区及中国桥梁建设技术的快速发展，中国跨海桥梁建设需求越来越多，大跨度的节段梁设计也在跨海桥实际施工中应用增多，这对架设施工的装备提出更高要求［1］。根据国家石油战略规划，中国石化在舟山市岱山县鱼山岛建设了舟山国际绿色石化项目，鱼山大桥是连接岱山本岛与鱼山岛的重要交通设施，鱼山大桥全长8.815 km，设计行车速度80 km／h。该大桥为舟山国际绿色石化项目与陆地唯一的联络线路，项目建设进一步完善绿色石化基地的疏运功能，开发和整合石化产业区，扩展港区发展能力、构建大宗石化产品储运中转加工交易中心等均具有重要的战略意义。远期作为从宁波舟山港主通道向北延伸，连接洋山港，最终接轨上海的一条重要的海上大通道，所述设备即在鱼山大桥施工［2］。

2 特殊要求

2.1 大坡度

鱼山大桥适当位置设置了大跨度通航孔，道路纵坡加大，桥梁最大纵坡可达到3%［3］。

2.2 小风阻

施工地处于东海风力较大地区，常年6级风以上天气接近200 d，要求设备满足工作状态9级风，非工作状态14级风，对设备抗风能力要求较高，在设计时要考虑结构及连接的安全可靠［4］。

2.3 无墩旁支架

墩旁支架一般用来解决架桥机过孔操作时的支腿站位，本次设计桥墩为单墩独柱，墩侧面为双面曲线，墩柱上大下小，整体呈花瓶状，根据墩体本身受力要求，桥梁设计单位不允许在墩旁设置支架，如何满足设备架设及过孔时支腿站位是要考虑的问题［5］。

2.4 主支腿墩中心站立

鱼山大桥的桥梁设计理念先进，桥墩为单墩独柱设计，墩身柔度较大，桥梁设计单位要求中间墩施工时主支腿必须站立在墩中心，保证墩身不偏心受力，如何能保证主支腿施工时站立在墩中心；且梁体高为3 m，要解决架桥机架设完成以后主支腿如何能从前后跨简支梁端头夹缝中间顺利移出［6］。

2.5 墩顶块自助架设

梁跨设计为先简支后连续，为减少桥梁形成连续梁时墩顶混凝土浇筑量，保证施工质量，桥梁设计单位将墩顶处设计为预制段，仅留小部分湿接缝，施工时需要通过架桥机自身将该预制节段架设在墩中心，节段下部设置永久支座，安装好的墩顶预制段再分别与已架设好的简支桥通过两处湿接缝相连并张拉，达到先简支后连续的目的。

3 技术参数

天车额定起重能力：150 t

架设梁跨：50 m

单节段最大重量：135 t

梁体吊装方式：整孔全悬挂

全跨桥重量：1 375 t

喂梁方式：桥后喂梁

过孔方式：整机简支悬臂移位过孔

过孔移位速度：0～1 m／min

适应纵坡：30‰

适应最小曲线半径：2 000 m

设备外形尺寸（长×宽×高）：120 m×11 m×19.6 m

装机容量：230 kW

4 架桥机组成

该架桥机主要由主框架、前辅助支腿、前主支腿、后主支腿、后辅助支腿、起吊天车、辅助天车、吊挂系统、附属结构、液压系统、电气系统等组成，如图1所示。

图1 架桥机组成（单位：mm）

4.1 工作原理

（1）架梁状态：架桥机主梁采用两跨半长度，四支腿结构；架梁时前、后主支腿支撑在桥墩中心或桥面上，前、后辅助支腿处于脱空状态，运梁车运节段梁从已架桥面进入架桥机腹内，起吊天车提梁至前跨旋转，将节段梁通过吊挂机构按序号吊挂在主梁下方，运梁车返回梁场继续运梁，直到全部节段都吊挂在主梁下方，通过起吊天车将各梁段初对位调整→移开→涂环氧胶→临时张拉→永久预应力钢束张拉→临时支座支撑→吊挂解除。

（2）过孔状态：完成一跨梁的张拉，主支腿支撑油缸收缩完成架桥机整体卸荷，则将整孔简支梁荷载全部转移至临时支座上，将吊挂轻松解除，架桥机开始过孔，前辅助支腿站立在前方墩顶，通过起吊天车将后主支腿分为上下两部分，先将下部从两跨梁端夹缝中提起，将其安装在前方墩中心并锚固，通过起吊天车将支腿上部与已安装的支腿下部连接好，再利用起吊天车将预制墩顶块安装在两跨梁端夹缝的永久支座上，并临时固定，架桥机由前、后主支腿支撑，前、后辅助支腿脱空，架桥机继续过孔到位，将架桥机主梁与主支腿锚固好，准备下一跨梁架设施工［7］。

4.2 主要部件介绍

（1）主框架：由2根桁架主梁、前后联系梁组成，两主梁中心距7 m，每根主梁分11段，主梁全长为120 m，中间段为主受力区，长度60 m，前后为对称导梁，单根梁宽2.5 m、高6.8 m，通过高强螺柱连接。为适应盐雾及大风，主框架结构采用封闭型矩形腹杆，涂装采用专用材料及工艺。

（2）前辅助支腿：前辅助支腿位于主梁前部，为固定支腿，上部与主梁导梁部分连接，前辅助支腿可在4.11～9.2 m高度范围调整，架梁施工时处于脱空状态，可满足设备过孔、拼装等工况施工要求。

（3）主支腿作为架桥机主支撑件，主要由托盘、旋转台、横梁、纵移机构、横移机构、支承油缸、垫块、附属结构等组成，结构件材质Q345B，销轴材质为40Cr。

架桥机共有2个完全相同的主支腿，交替轮换向前移动，为了进行区分说明，在描述中将站立在架桥机行进方向前方的主支腿叫前主支腿，站立在后方的叫后主支腿，在架梁时通过2个主支腿支撑主梁作为主承载结构。过孔时将后主支腿拆解为上下两部分，安装至前方墩顶，与前主支腿交替前移，互为前、后主支腿。拆分时按图示虚框来划分为上下两部分，两部分通过法兰连接。作为前主支腿无论架梁还是过孔状态均站立在墩顶。主支腿任何时候都要通过精轧螺纹钢筋锚固在桥墩顶或桥面上，单根锚固筋预拉力30 t，支腿横梁要求水平布置，横向坡度通过现场混凝土垫块和下部支撑油缸共同调节［8］。

在架设中间跨时，前、后主支腿结构相同，均站立在墩顶中心。主支腿桥墩站立架设状态如图2所示。

当架设每联首跨时，则需要在主支腿上部结构下安装4个垫座，主支腿站立在上一联末跨的桥面端头部位，下半部分拆除，临时放置在桥面。主支腿桥面站立架设状态如图3所示。

图2 主支腿桥墩站立架设状态（单位：mm）

图3 主支腿桥面站立架设状态（单位：mm）

（4）起重天车：起重天车共一台，主要满足节段块的吊运及调整，起重天车主要由走行机构、天车横垫梁框架、卷扬机平台及定滑轮系统、吊具组件、动滑轮系统、卷扬机、横移装置、钢丝绳等组成，吊具为专用吊具，配备纵、横坡调整油缸及360°回转机构，可具备将节段块进行多个自由度调整的功能，满足节段块精确对位的要求。天车专用吊具如图4所示。

图4 天车专用吊具（单位：mm）

（5）吊挂系统：吊挂是每个节段块临时连接在架桥机主梁上的机构，主要由吊杆、横梁、上横移梁、下横移梁、垫板等组成。吊挂通过精轧螺纹钢筋吊挂在架桥机主梁的下弦中间位置，与纵移轨道共同利用纵移横梁，通过手动穿心顶或起重天车来调整梁块纵横向标高，即调整节段块的纵、横坡度。

（6）辅助天车：辅助天车由走行轮箱、横梁、小车支架、20 t吊钩、卷扬机、电缆卷筒等组成。

辅助天车用于小件物体的吊装和倒运。

（7）后辅助支腿：后辅助支腿位于主框架最后端，为固定腿，由立柱、横梁、顶升油缸等组成，架梁施工时处于脱空状态，架桥机过孔时则协助主支腿一起完成设备过孔［9］。

4.3 施工流程（见图5）

图5 架桥机施工流程（单位：mm）

5 关键技术

5.1 前辅助支腿调整

将前辅助支腿的支撑与升降支架功能合二为一，前辅助支腿大行程内套筒与步进油缸配合，通过大范围高度变化，能辅助设备安装，降低安装成本，并能完美解决设备过孔及末孔架设要求。

5.2 主支腿循环站位

架桥机配备两个相同主支腿，根据要求在架设中间跨时主支腿站立在墩顶中心，架设每联首跨时，后方主支腿又需要站立在桥面，设计时将主支腿设计为上下两部分，可以通过法兰拆解，在架设中间跨向前倒运支腿时，将其拆解为两部分转运，上部分先放置在桥面，下部分从两跨梁端夹缝中提起，安装在前方墩顶，再将放在桥面的主支腿上半部分与已安装在前方墩顶的支腿下半部分连接，然后再二次过孔到位，这样解决了支腿的站位及转运［10］。

5.3 防过载传感器装置

主支腿在墩顶站立时，为保证支腿稳定，设置了连接斜撑，为保证撑杆受力的可控，斜撑销轴设置压力传感器，通过读取销轴处压力大小，及时了解支腿状态，若压力超出设计值将自动停止设备过孔前移，达到自动控制功能，同时过孔机构采用同步顶推技术，也能保证前后顶推速度，使过孔更平稳，保证施工安全。

5.4 墩顶块自架功能

架桥机过孔分两次，前辅助支腿站立在前方墩，将后主支腿转运安装在前方墩顶后暂停，将墩顶块从后方桥面运输至工作面，先利用天车将墩顶节段块安装好，再进行下一步的设备过孔，这样既巧妙完成了墩顶块的安装，同时提高了施工效率［11］。

6 结束语

随着我国桥梁设计的快速发展，如何提高装备适应性，可靠性，满足桥梁结构受力及环境要求，提高设备施工效率及安全性，是今后的努力方向，通过本文所述架桥机在实际工程中应用的成功经验，能为今后大跨度整孔节段梁的设计及施工提供更多借鉴意义［12］。