箱梁隧道口倒装设备的研制与应用

邢立成

(秦皇岛优益重工科技有限公司 河北秦皇岛 066000)

1 引言

箱梁隧道口倒装设备是由秦皇岛优益重工科技有限公司研发设计，适用于铁路双线箱式预制梁在隧道口从运梁车[1-3]卸下并满足运架一体机[4-6]装梁的设备，该设备于2018年研制成功，并首次用于赤喀铁路双线预制箱梁运输倒装施工。图1为该倒装实景。

该设备可将运梁车驮运的预制箱梁卸下，并将卸下预制箱梁高度减低1.2 m，满足运架一体机装梁。该设备替代传统提梁机，不仅占用场地小，而且降低施工成本，将运梁车运梁速度快的优点和运架一体机可携梁通过隧道的优点相结合，提高了多隧高铁双线箱梁的运梁效率。

图1 箱梁隧道口倒装设备

2 设备简介

2.1 主要技术参数

横梁型式:U型弯梁结构

额定起重量:750 t

顶升速度:0.18 m/min

升降行程:1 200 mm

重 量:约70 t

最大部件运输尺寸:9.6 m×1.6 m×1.67 m

2.2 结构组成

该设备主要由倒换横梁、支撑倒换装置、承载油缸、液压系统及横梁锚固装置等组成。倒装设备结构如图2所示。

图2 倒装设备结构组成(单位：mm)

2.3 主要部件介绍

(1)倒装横梁:为避免运梁车装梁时与轮胎提梁机[7-9]的大车架干涉，倒换横梁制作成U型弯梁结构；倒换横梁共制造两件，分别支撑在混凝土箱梁的前后两端，横梁高1.67 m、宽1.6 m、长9.6 m，横梁支撑混凝土箱梁的上盖板上安装有两块橡胶板；倒换横梁是倒运装置承受荷载的主要构件，为保证倒换横梁强度，采用Q460C钢板制造。

(2)支撑倒换装置:由凹凸垫板、上横梁、伸缩式导向柱、承载底座、承载油缸等组成，如图3所示；支撑倒换装置共制造四组，分别固定于倒梁隧道口处的混凝土基础上，其上部分别对应倒换横梁的两端，可支撑起倒换横梁。

图3 支撑倒换装置结构示意(单位：mm)

(3)液压系统:采用两套液压控制系统，分别控制前后两组支撑倒换装置的液压缸，两组系统交替工作，前部两条液压缸下降时，后部两条液压缸锁死，通过系统中的节流阀，将两条油缸独立开来，保证左右是两个支撑点；前部两条动作的油缸将节流阀打开，使两油缸之间管路串通[10]，在下降时可通过压力分配油液，反之亦然，使一组中两条油缸串通或独立，始终保持混凝土箱梁三点受力不受扭力。

3 主要技术特点

(1)倒换横梁制作成U型弯梁结构，在运梁车回到梁场装梁时，可有效躲避开轮胎搬梁机的大车架，保证运梁车可顺利从搬梁机侧门架通过，保证装梁高效性，如图4所示。

图4 装梁示意(单位：mm)

(2)支撑倒运装置升至高位，可与运梁车上倒装横梁对接，将倒装横梁及混凝土箱梁顶起，运梁车卸载，并在运梁车退出后前后交替下降1 200 mm，满足运架一体机提梁需要，如图5所示。

图5 倒装示意(单位：mm)

(3)运架一体机从预制箱梁侧面横移过来，横移至混凝土箱梁正上方，运架一体机将混凝土箱梁提升100 mm后，混凝土箱梁底面可越过倒装横梁上顶部位置，顺利横移出去，如图6所示。

图6 运架一体机提梁示意(单位：mm)

(4)倒装横梁与支撑倒换装置上横梁之间设有一组凹凸垫板，凹凸垫板之间接触面为弧面结构，沿顺箱梁方向摆动±1°，横箱梁方向摆动±0.5°，保证在前后交替下降和横向油缸自适应调节时起到球铰的作用，避免结构产生内力。

(5)支撑倒换装置导向柱为伸缩套形式，底座为外套，销轴孔处采用半孔式结构，在倒换装置携梁下降前，需将销轴插入上一个轴孔内，作为保护销；如油缸不正常卸载，混凝土箱梁突然下落，一个孔距后，销轴落入半孔内承载止动。

4 施工流程

4.1 倒装场地处理

倒装设备安装场地位于运梁进隧道前的路基[11]上，路基需加宽约9.8 m，纵向长度105 m，并在后部留16 m斜行路基，加宽路基为方便运架一体机主机纵向通过并横移取梁，后部斜行路基为运梁车斜行到加宽路基的过渡区域，因运梁车只具备30°斜行功能[12]，不具备整体横移功能，所以只能在支撑倒换装置后部留出供运梁车斜行的行走区域。

支撑倒运装置下部底座与地面基础固定，固定位置事先浇筑混凝土基础，如图7所示；混凝土基础承载力需满足150 t/m2，基础处需预埋锚固螺栓或预留钢筋，以便与支撑倒运装置连接固定。

图7 场地处理示意(单位：mm)

4.2 倒装流程

场地处理完毕，支撑倒换装置在倒装场地安装、调试完成，准备倒装，具体操作步骤如下:

(1)运梁车在路基上运梁，然后通过斜行区域，斜行到加宽的路基上。

(2)运梁车在加宽路基上继续前行，将倒换横梁与支撑倒换装置对接。

(3)用支撑倒换装置支撑倒装横梁，运梁车降低位状态，与倒换横梁脱离，然后运梁车驶出预制梁下方。

(4)前后两套支撑倒换装置交替下降，将预制梁整体降低1 200 mm。

(5)运架一体机行驶到路基加宽处。

(6)运架一体机横移取梁。

(7)运架一体机提梁横移回到运梁通道，运梁驶离。

5 结构强度验算

对于该倒装设备来说，其最关键的受力结构即为倒装横梁，且因空间等问题限制，倒装横梁必须制作成U型结构，这就对其受力产生极大的考验，U型拐臂处极易造成应力集中，为保证其结构强度，在设计之初对倒装横梁进行了建模及受力分析。

通过对倒装横梁的受力分析计算，从而确定横梁的应力、变形等稳定性条件。横梁采用Q460C材质钢板焊接而成，内部为箱形多室结构，钢板许用应力280 MPa，泊松比0.3，对倒装横梁施加载荷，考虑动载系数，横梁上两支撑板各承载190×1.1＝210 t竖直方向压力。

经计算得出结果，横梁主体部分应力分布比较均匀，上下盖板应力约为100 MPa，支座下转折处有应力集中现象，应力为250 MPa在许用范围之内，不会对U型梁整体承载性造成影响。

6 结束语

倒装设备安装于隧道口，赤喀项目大里程方向运梁最远运距约为29 km，隧道距梁场约15 km，运梁车驮梁最快速度为6 km/h，而运架一体机重载运梁车最快速度仅为3 km/h，也就是在后半程箱梁运输时，倒装设备可为运梁节省1/2时间。该倒装设备替代了传统的提梁机，不仅占用施工场地小，同时极大节约了项目施工成本，是一种高效、经济的铁路箱梁施工辅助设备。