高铁运架一体式架桥机发展与性能比较研究

魏岳峰 毛凌一 张淼玮

(石家庄铁道大学河北省交通应急保障工程技术研究中心 河北石家庄 050043)

1 引言

20世纪90年代初期，意大利高速铁路网开始逐步建设，对大吨位架桥机有了更多的应用需求，为架桥机开拓了市场，这使意大利更早地开始了新型大吨位架桥机的研发，如Nicola、Deal、Spic等公司开始研发900 t级架桥机，并在本国取得了良好发展。我国当时没有自主研发改进架桥机的意识，大吨位架桥机主要从国外引进。但在发展过程中，两国对于架桥机的定位有所不同，“高速铁路架桥机”这一概念由我国于1996年最早提出[1-2]。时至今日，我国高速铁路架桥机的应用规模与技术发展程度已经得到了大幅提升。

2 运架一体机分类及特性介绍

运架一体机分为由意大利Nicola公司生产的具有下导梁机的运架一体机(后文称下导梁式运架一体机)和由石家庄铁道大学生产的SLJ900/32流动式运架一体机(后文称流动式架桥机)两种。

2.1 运架一体机分类

(1)下导梁式运架一体机

下导梁式运架一体机最早由意大利Nicola公司研发，为我国早期引进的运架一体机机型，如图1～图2所示。下导梁式运架一体机主要由下导梁机和运架梁机组成，虽省去了运梁车部分，提高了施工效率、简化了施工工序[3-4]。随着施工环境趋于复杂，下导梁的存在使得该种架桥机的适用范围受限，并不适用于多隧道线路，且当时的使用成本与整体造价都较高。

图1 下导梁式运架一体机

图2 下导梁式运架一体机组成

(2)流动式架桥机

流动式架桥机由石家庄铁道大学自主研发，主要由金属结构、起升系统、整机走行系统、液压系统和电气控制系统等部分组成，如图3所示。金属结构包括主梁、辅助支腿、主支腿、前车架、后车架；起升系统包括前后起重小车、卷扬机、吊具；整机走行系统包括前、后车悬挂[5-6]。运梁时后车架与前车架支撑成一跨式，提梁时后车架与主支腿支撑成一跨式。

图3 流动式架桥机

该架桥机适用于多隧道线路，节约施工时间，解决了在隧道施工中复杂费时的问题。除去了下导梁部分在施工中带来的不便，简化了架梁顺序。不久又研发出改进型流动式架桥机，加设中支腿以代替原有架桥机的辅助支腿，在中支腿与前支腿的共同支撑下进行架梁。

2.2 运架一体机特点分析

2.2.1 施工优势

与传统的运架分离式架桥机相比，运架一体机施工优势明显。

(1)实现了提梁、运梁和架梁作业由1台设备完成，即一体化作业，作业流程简捷、转场方便。避免使用运梁车，无需使用过渡轨等器材进行运梁车与架桥机的对接，省去了运梁车从梁场将待架梁运至现场、为保持整体重量平衡起重天车前后两次移动、后支腿与中支腿反复打开收缩、驮梁小车与架桥机天车通过控制系统协同运行等施工流程[7]，提高了施工效率和架梁速度、简化了施工流程。

(2)设备集成化程度高，作业机械化程度高。运架一体机集机、电、液设计于一身，高度集成。

(3)相对适应了多隧道线路的建设，大大减少了过隧时间。运梁方式从驮运过隧改为跨运过隧，易于通过隧道。无需对待架梁的翼缘板进行剪切以减少顶宽而后进行二次浇筑的办法来通过隧道、无需分次回填隧道仰拱、无需升降支架或拆卸转折架桥机的构件以降低架桥机设备的高度和宽度[8]。节省了时间，降低了施工成本，同时避免了对隧道的损伤破坏。

(4)在出隧道的第一孔梁架设时架桥机恢复较为简单，不需要较长的恢复场地，在一定程度上解决了紧邻隧道口架梁的问题。

2.2.2 施工劣势

与无隧道工况下的运架分离作业模式相比，运架一体机存在一些劣势。

(1)综合作业效率不高

从梁场到待架孔距离越远，效率越低。运架分离式作业时，运梁车可在喂梁结束后先返回梁场与架桥机作业同步并行；而运架一体机无法完成该工序的同步进行，造成时间上的浪费。

(2)整机重量相对较大，综合耗油量较大

对于下导梁式运架一体机来说，还存在以下缺点:①由于下导梁的存在，首末两孔架设的施工工序比传统架桥机的工序更加复杂，且安全性较低。②在架设进隧道前最后一孔梁时，需移动下导梁；而出隧道口架梁时，只有在出隧道口处梁长满足一定长度的前提下才可进行架梁。隧道内架梁、隧道口架梁时步骤繁琐的问题仍然存在。③过孔依赖下导梁，需对下导梁与桥墩上的预埋件进行锚固，施工流程复杂；落梁时，前抽下导梁使架桥机受力复杂，整体稳定性较差，加大了施工危险程度[9]。

3 运架一体机机型性能比较

3.1 下导梁式运架一体机与流动式架桥机性能比较

以我国引进的900 t级穿隧式下导梁运架一体机及由我国石家庄铁道大学自主研发的流动式运架一体机为例进行技术参数比较，比较结果见表1。

从结构组成、施工工序、对施工环境的适应性等方面对下导梁式运架一体机和流动式架桥机的性能进行比较，比较结果见表2。

表1 下导梁式运架一体机与流动式架桥机技术参数比较

表2 下导梁式运架一体机与流动式架桥机性能比较

3.2 流动式架桥机优势

由表1～表2可知，与目前既有的各类架桥机相比，流动式架桥机具有独到的技术优势。

(1)依赖三角形结构主支腿和拖轮系统的支持，实现自身稳定。主支腿各轮组始终保持滚动，避免卡死事故；下托轮组处设有液压马达驱动系统，减小过孔时主支腿对桥墩产生的弯矩和水平分力。

(2)依靠架桥机整机独自完成架梁作业，无需其他辅助器具与下导梁机参与作业，减轻了自重且结构形式更为简单[10]；无需携带下导梁进行转场，采用全轮独立转向技术，在施工、转场过程中调整比较方便；在架梁方向改变时，较容易实现桥上整体掉头等施工工序[11]。

(3)更适合于多隧道线路架梁，易于实现进入隧道前最后一孔、出隧道后第一孔梁的架设，提高了架桥机对于深沟、峡谷等施工环境的适应性。

(4)简化了线路中架设首、末孔梁的施工工序，提高了整机的稳定性，施工更加安全。

(5)以往高铁施工中依靠下导梁机完成过孔。为防止过孔架梁过程中下导梁倾覆，特别强调需对下导梁机与桥墩预埋件进行锚固；而本机型施工时省去了这一工序，无需对主支腿进行锚固，可单独依靠主支腿放于待架孔前方桥墩。

(6)受场地限制影响较小，在紧邻高速铁路、曲率半径较小等狭小空间内或无法借助路基上桥等不利工况下也可进行架梁；可进行桥位取梁，提高了对恶劣施工条件的适应能力。

(7)易于实现整机变跨。仅需将后起重小车纵移方向滑道内的支撑架位置进行调整，移动后起重小车来实现变跨，其他作业工序不变。

(8)整机自重较轻，综合油耗较低，施工成本减少。

3.3 改进型流动式架桥机

改进型流动式架桥机(后文称为流动式架桥机B型)继承了原有机型(后文称为流动式架桥机A型)的大部分特点，机型结构与组成部分基本相似，用中支腿代替了原有的辅助支腿。

3.3.1 流动式架桥机A型与流动式架桥机B型性能比较

从结构组成、施工工序、对施工环境的适应性等方面对流动式架桥机A型和流动式架桥机B型的性能进行比较，比较结果见表3。

表3 流动式架桥机A型与流动式架桥机B型性能比较

3.3.2 流动式架桥机B型创新点

(1)从结构上用中支腿代替辅助支腿。待架箱梁始终由起重天车吊起，保持四点起吊、三点平衡的理想状态[12]。避免了待架箱梁在已架箱梁上临时落梁、反复起吊，保证了已架箱梁不受扭转、不再承担由临时落梁产生的载荷。

(2)流动式架桥机B型的大部分构件、组成部分和原有流动式架桥机相同，降低了创新成本，保留了原有架桥机的技术优势。

4 结论

高铁架桥机在我国已经完成了从引进到改进、从改进到自主创新的转变，在保证基本不增加任何施工步骤的前提下，解决了线路首末孔架梁、高铁箱梁运输通过隧道、紧邻隧道口及隧道内架梁的问题，逐步提高了作业效率和对施工环境的适应性，大幅降低了高速铁路建设的成本。

同时，高铁架桥机施工应用中仍存在对架桥机维护和管理不完善、施工人员不严格按操作流程施工、缺乏安全意识的问题，对技术人员的培养水平与规模也应有所提高。