一种架设全预制桥梁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

随着中国城市化进程及中国桥梁建设技术的快速发展，中国高架桥建设越来越多，如何能在保证桥梁安全及使用寿命的前提下快速施工，这对桥梁架设施工的装备提出更高要求[1]。同时随着预制装配式建筑技术的推广及应用，桥梁建设的全预制装配技术也开始进行了研究及施工探索。通过在工厂生产出建筑部件，再在现场进行装配，这样不仅能对构件进行工厂化管理，提高生产效率，而且全预制可以减少原始现浇作业，大量减少了施工中造成的环境污染，减少工人现场工作量，提高了施工效率，节约了成本，并且施工周期短。这种全预制装配式桥梁建设作为一种绿色建筑建造技术也得到国家相关部门的推广应用。我国宁波舟山港主通道鱼山石化疏港公路桥梁建设是浙江首例较大规模的装配建设施工项目，作为一家专业的桥梁装备设计制造企业，我们与浙江省交通规划设计研究院一起完成了该项预制装配桥梁的设计及研究，同时为全预制桥梁施工建设提供装备支持[2]。

2 架桥机组成及工作原理

该架桥机主要由主框架、前辅助支腿、前支腿、后支腿、前天车、后天车、托辊、后顶高、附属结构、液压系统、电气系统等组成。架桥机组成见图1。

图1 架桥机组成(单位：mm)

2.1 技术参数

前天车额定起升能力:130 t

后天车额定起升能力:80 t

架设梁跨:30 m

立柱及盖梁最大重量:120 t

吊装方式:两车抬吊或单独起吊

喂梁方式:桥后喂梁或墩柱、盖梁桥下喂梁

过孔移位速度:0～3 m/min

整机横移速度:0～3 m/min

适应纵坡:30‰

设备外形尺寸(长×宽×高):80 m×11 m×32.6 m

2.2 工作原理

(1)架设墩柱、盖梁:架桥机主梁采用两跨半长度，五支腿结构，架设墩柱及盖梁时前辅助支腿支撑在桥墩前方支架上，前支腿站立在已架盖梁上，后支腿、托辊、后顶高均站立在已架设桥面上。运梁车分别将前方待架墩柱及盖梁从已架桥面运入架桥机腹内，通过前、后天车配合将墩柱架设好，待墩柱与承台间连接强度满足后，架桥机再通过前天车将盖梁与已架墩柱连接好[3]。

(2)架梁:架桥机完成前跨墩柱的安装，在等待墩柱与承台间接缝等强过程中，架桥机可以安装后跨整孔梁。将梁通过运梁车运入架桥机腹内，架桥机通过前、后天车将梁安装在后跨，通过整机及天车的横移功能，完成多片T梁或小箱梁的架设。

(3)过孔:架桥机在完成前跨墩柱、盖梁架设及完成后跨整孔梁的架设安装后准备过孔。架桥机后支腿自行至前支腿后方桥面站好，托辊自行至已架好桥面距墩柱中心约12 m处站立，前支腿自行至前跨盖梁上站立，前辅助支腿收起，后顶高收起，前、后天车走行至托辊上方位置，开始过孔。架桥机过孔到位后，前辅助支腿站立在下一跨承台前方支架上，准备开始下一跨墩柱、盖梁及整孔梁架设施工[4]。

2.3 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8 m，每根主梁分8段，主梁全长为80 m，上弦设置天车轨道，下弦盖板作为托辊轨道，单根梁宽1.5 m，高3.5 m，通过销轴连接。

(2)前辅助支腿:前辅助支腿位于主梁前部，为固定支腿，上部通过横梁与主梁前端上弦连接。为满足施工需要，前辅助支腿需在4～26 m高度范围调整，过孔时处于脱空状态，可满足设备架设墩柱、盖梁，完成过孔、拼装等工况施工要求[5]。

前辅助支腿立柱、连接系均为快速连接设计，满足立柱向上及向下的空间要求，前辅助支腿架设时站立在前方支架上。前辅助支腿站立架设状态见图2。

图2 前辅助支腿站立状态(单位：mm)

(3)前支腿:作为架桥机主支撑件，主要由托辊轮箱、横梁、立柱、横移机构、支承油缸、横移轨道、附属结构等组成。

前支腿站立在盖梁上，下部有横移机构，可与后支腿配合完成整机横移功能，设置斜撑及压力传感装置，监控支腿纵向稳定。前支腿盖梁站立架设状态[6]见图3。

(4)后支腿: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。

后支腿始终站立在桥面，为设备纵向稳定支腿，通过横移机构站立在桥面的横移轨道上，为架桥机纵移及横移提供动力。

(5)前天车:前天车为一台起重量较大的部件，与后天车共同提升整孔梁。另一个重要功能是独自完成墩柱、盖梁的吊运及调整。前天车主要由纵向走行机构、天车横梁框架、卷扬机平台及定滑轮系统、吊具组件、动滑轮系统、卷扬机、横向走行机构、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，可具备将墩柱及盖梁进行多个自由度调整的功能，满足墩柱及盖梁精确对位的要求。前天车专用吊具[7]见图4。

图3 前支腿盖梁上站立状态(单位：mm)

图4 前天车专用吊具(单位：mm)

(6)后天车:后天车主要由纵向走行机构、卷扬机平台及定滑轮系统、吊具组件、动滑轮系统、卷扬机、横移机构、钢丝绳等组成。后天车主要配合前天车完成墩柱及整孔梁的吊装。

(7)托辊:由托辊轮箱、立柱及下部支撑架组成，协助架桥机过孔时的临时支撑装置。

(8)后顶高:后顶高位于主框架最后端，为固定腿，由立柱、横梁、顶升油缸等组成。平时支撑桥面，架桥机整机横移时处于脱空状态，架桥机过孔时则协助主支腿一起完成设备过孔[8]。

3 关键技术

3.1 前辅助支腿高度调整机构

设备需要满足墩柱架设，前辅助支腿的高度要比墩柱还高，同时架设末孔时前辅助腿还需要站立在路基上，本次前辅助支腿采用立柱、套筒横梁与步进油缸配合，完成大范围高度变化能力。横向连接框架采用可拆卸模块，通过步进油缸与横梁的配合，能满足支腿立柱大范围高度变化。能满足设备的功能要求，立柱可分段及横向连接框架套可前后分瓣拆解，即可快速完美解决设备过孔及末孔架设要求[9]。

3.2 前、后天车联动控制技术

架桥机在架设墩柱时先通过前、后天车从运梁车上将墩柱起吊。此时墩柱处于水平状态，如何使墩柱从水平状态安全可靠地变为竖直站立状态，除了采用专用吊具外，前、后天车在前跨需要配合作业，根据纵移及下放速度的算法，通过PLC控制，可以使后天车在纵移过程中吊点自动下放，平稳可靠地将墩柱变为竖直状态。后天车与墩柱解除连接，由前天车独立起吊墩柱，然后通过前天车横移，将墩柱安装在相应位置[10]。

3.3 前支腿防倾斜传感器控制装置

前支腿在墩顶站立时，为保证支腿纵移过孔时前支腿的纵向稳定，设置了连接斜撑。同时为保证受力的可控，斜撑销轴设置压力传感器，通过读取销轴处压力大小，及时了解前支腿倾斜状态，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，保证施工安全[11]。

4 施工流程

架桥机为两跨长度，通过前跨可以满足墩柱及盖梁的架设，在墩柱与承台及墩柱与盖梁间连接湿接缝等强时，可以架设后跨桥梁，交错施工，达到高效合理的施工目的。以下步骤(见图5)详细说明架桥机如何完成前跨与后跨配合施工，完成全预制桥梁的架设。

图5 架桥机施工流程(单位：mm)

5 结束语

随着全社会对环境保护意识增强，绿色建筑及绿色施工的理念越来越得到认可。预制装配施工在桥梁建设中得到更广泛推广，与之相配套的施工装备也应运而生，通过本文所述架桥机在实际工程中应用的成功经验，能为今后装配式施工技术在其他类型桥梁的装配设计及施工提供更多借鉴意义[12]。