科技创新 ２０１３年第２４期ｌ科技创新与应用 科威特湾跨海大桥预制箱梁架设工法的 施工设备和施工工艺 杜斌武 （武桥重工集团股份有限公司，湖北武汉４３００５６） 摘要：科威特湾高架桥为双幅６０ｍ跨简支梁桥，其上部结构在施工组织设计中采用工厂预制整孔箱梁，运梁车梁上运梁，架 桥机架梁的施工工法。文章介绍了该工法中配套的ＹＬ１８００型运梁车和ＪＱ１８００型架桥机的关键技术要求及架梁施工工艺要 求。 关键词：简支梁；运梁车；架桥机；施工工艺 随着建筑施工技术的不断进步，世界各国越来越重视交通路网 的建设和完善。跨江河、跨海湾等特大型桥梁的桥型设计和施工工 艺不断取得新的突破。其中如何高质量、高效率实现沿岸、沿海大面 积滩涂区的桥梁上部结构施工，是一项关键技术和重难点工程。本 文结合科威特湾连岛跨海大桥６０ｍ／１６５０ｔ整体预制箱梁运架的施 工组织设计，重点分析了如何在沿海面积滩涂区，利用“梁上运架” 成套设备和施工工艺，完成双线桥梁整体预制箱梁的运输和架设。 １工法特点 本工法适用于大型箱梁的批量化、工厂化预制，特别适用于在 大面积发育的河岸淤积区、沿海滩涂区段采用轮胎式组合运输平车 沿桥面跨双幅、双跨运输箱梁，采用架桥机逐墩、双幅架设箱梁法施 工，该工法具有以下特点。 １．１技术先进 设备体积小、结构紧凑、集中载荷小、作业重心低、运行平稳、工 地转移顺捷、对桥面及桥墩施工荷载小。 １．２作业范围广 可架设６０ｍ、５０ｍ、４０ｍ双线预应力混凝土箱梁，可在２％坡道及 ３０００ｍ曲线桥梁上架梁，并能满足工作环境温度一１０～５０度，最大风 力７级时的作业要求。 １．３安全可靠 设备操作系统配有安全监控系统，能够实现故障诊断、自锁保 护和自动停机。 ２工艺原理 本工法的核心设备是１８００ｔ轮胎式运梁车、１８００ｔ架桥机研制 和使用，辅助设施包括墩顶锚固、运行监护等。 ２．１ １８００ｔ轮胎式运梁车 ＹＬ１８００轮胎式运梁车为组合式车体、轮胎式走行、液压驱动的 大型桥梁运输设备，它由主机架、走行轮组、承载横梁、液压辅助支 腿、转向机构、均载系统、电气系统、动力机组等部分组成。轮胎式运 梁车总体方案见图１。 图１ ＹＬ１８００型轮胎式运梁车总体方案图 ２．１．１工作原理。ＹＬ１８００型运梁车由４台承载力为４５０吨的动 力模块车组成，通过电子控制系统实现前后车组的“软”刚性整连 接，同组动力模块车通过承载横梁连接。动力模块车在运梁过程中 左右台车组始终沿各自所在半幅纵轴线对称行驶。运梁车轮组液压 均载系统可自动调整各支顶油缸载荷使之相等。电气控制系可自动 调整每台动力模块车上每个轮组的转向角度，以确保整机绕同一中 心转向，轮组上的角度传感器可将实测转向角度反馈给控制系统， 保证每个轮组的转角符合要求；各动力模块车的速度控制是通过液 压马达的压力自动调整系统实现的。 ２．１．２关键技术 （１）箱梁运输过程中采用“三支点”支撑体系，保证箱梁运输过 程中各致支点受力均衡，确保箱梁不受扭。（２）采用同步控制系统， 确保四台动力模块车进的同步运行，避免对箱梁造成过大的拉应 力。（３）采用ＰＬＣ集中控制系统，通过角度传感器、方向传感器及电 液伺服系统实现四台单车的同步运行和方向自动控制。（４）采用液 压均载系统，自动调整轮组压力，保证载荷均匀分布在各轮组上，而 且当障碍物出现时，该系统也能保证轮组载荷再均匀分布，避免局 部超载，始终保持前后车轮组的平衡。 ２．２ １８００ｔ架桥机 ＪＱ１８００型架桥机为跨两跨架梁、双起重天车吊梁的双臂简支 型桥梁架设专用机械。整机主要由机臂、前后横联、前后支腿、前中 支腿、后中支腿、起重天车、吊具、液压系统、电气系统及安全保护系 统等组成，结构总体方案见图２。 五撞鞋 ～ 墓 ／ ．』 ｝ … ： 自 ｆ５ Ｉ ： 曲啦 、、 。《 ｝ 、。－…一一 ， 图２ ＪＱ１８００型架桥机结构总体方案图 ２．２．１工作原理 架桥机自尾部起吊由运梁车运来的预制箱梁，起重天车吊梁纵 移到前方待架跨，经横移调整后将箱梁落放到桥墩顶面的支座上。 箱梁架设时架桥机的前中支腿支撑于待架梁跨的前方桥墩上，后中 支腿支于已架箱梁前端顶面，后支腿支于后运梁车上，通过运梁车 的螺旋支腿将力传递到箱梁的承载截面上。 ２．２．２关键技术 （１）总体要求：为了能够安全、高效的架设大吨位箱梁，架桥机 结构设计必须综合考虑使用性能、对墩台和箱梁的施工载荷等影 响，并必须满足以下要求： ①整机在保证有足够安全裕度的前提下严格控制自身重量。② 桥面和墩顶的各支撑位置的最大载荷数值必须严格控制在桥梁设 计许可范围内。③宽度方向能够满足全幅和曲线架设要求，长度方 向满足悬臂过孑Ｌ和尾部取梁、前端落梁要求。 （２）机臂：机臂采用等强度设计。主梁全长截面外形轮廓尺寸一 致，但是机臂各节段上下盖板及腹板依据受力不同而选取不同的材 质和厚度，以尽可能降低重量。 （３）前支腿：前支腿作为架桥机前端的辅助支撑，主要作用是支 撑并调平架桥机机臂前端，为前支撑纵移上墩创造条件，设计的关 键点技术是： ①采用曲腿设计。在纵移过孔时，架桥机前支撑需要运行并支 撑到待架跨前方墩台的前端，受前支撑托挂轮组尺寸限制，架桥机 前横梁所处位置必须处于墩台范围之外，所以铰接在前横梁上的前 支腿采用了曲腿设计保证前支腿支撑在墩顶上。②采用双层设计。 正常过孑Ｌ工况，架桥机前支腿支撑在待架跨墩顶上；架设末跨工况， 前支腿需要支撑在桥梁或桥台顶面上。由于二者之间存在高度差， 故采用双层框架结构设计以满足两种不同工况的需要。正常过孔工 况上下两层框架采用螺栓固定连接，架设末跨工况只需拆除螺栓、 利用油缸将下层框架绕回转销轴向上收折即可。 （４）后支腿：后支腿作为架桥机后端的辅助支撑，其主要作用是 支撑和顶升机臂，为起吊和横移箱梁、纵移后支撑创造条件，设计的 关键技术点是： 科技创新与应用ｌ ２０１３年第２４期 ①采用双层设计。起重天车自架桥机尾部取梁时，架桥机后支 腿利用上层框架支撑在运梁车车架顶部；运梁机退出、箱梁准备横 移时，架桥机后支腿利用下层框架支撑在已架箱梁腹板正上方的桥 面上。为满足上述要求，采用了双层框架结构设计。横移箱梁前上下 两层框架采用销轴固定连接，起吊箱梁状态拔出销轴，利用收折油 缸将下层框架外翻即可。②采用翻转设计。为了满足运梁机载梁驶 入架桥机尾部的要求，设计中上层框架采用链条葫芦向外翻转、下 层框架采用收折油缸向外翻转的方案，具有动作灵活、工作可靠的 特点。③采用机械锁定。为确保吊梁安全，在液压支腿油缸外侧设计 了刚性套＋螺旋式机械锁定装置，机械锁定装置能够可靠承载后支 腿载荷，对液压油缸起安全保护作用。 （５）前中支腿：前中支腿作为架桥机前端的承重支撑，其主要作 用是支撑机臂，并将机臂前端的载荷合理的传递到墩顶上。设计关 键技术点是： ①托挂轮组设计。为了保证前支撑与机臂之间能够做相对运 动，前支撑顶部布置有托轮机构和挂轮机构，即机臂纵移时压在托 轮上，支撑纵移时吊在挂轮上。②墩顶锚固设计。在过孑Ｌ工况，机臂 纵移时会在前支撑托挂轮组处产生向前的水平推力；在架梁工况， 吊梁桁车重载运行到前方待架跨时，由于机臂挠度的影响会在前支 撑托挂轮组处产生向后的水平推力。为了防止前支撑倾斜甚至倾 覆，设计采用前支撑底部与墩顶锚固的方案，即在墩顶上预埋精轧 螺纹钢筋，前支撑支立在墩顶后，通过液压千斤顶张拉将前支撑与 预埋精轧螺纹钢牢固的锚固在一起。 （６）后中支腿：后支撑中支腿作为架桥机中部的承重支撑，其主 要作用是支撑机臂，并将机臂中部的载荷合理的传递到已架箱梁顶 后运粱车组 昔 科技创新 步骤三：架桥机后支腿支撑在后运梁车组支撑座上，两台起重 天车后退至箱梁起吊位置，联接吊具，起吊箱梁到合适高度，两台起 重天车同时纵移至前方待架梁孑Ｌ位。架桥机后支腿收缩并外翻，前、 后运梁车组分别退出，返回提梁站。 Ｐ — 起 ３ 狮一２ 一１ 步骤四：架桥机后支腿支撑于已架箱梁腹板上方的桥面上。两 台起重天车同时落梁至低位，再利用横移小车将箱梁横移至桥梁墩 顶上方，微调箱梁使其落位，采取同样的工法架设另外一幅箱梁。 面上。设计的关键技术点是：多级均衡设计。后支撑是承受载荷最大 的部件，如何将待架箱梁和设备自身的载荷合理、均衡的传递到已 架箱梁顶面，是设计时应考虑的一个重要因素。为此，后支撑采用了 多级均衡结构，自上而下传递载荷依次为：机臂一托挂轮组一均载横 梁一中心铰销一后支撑分配梁一液压缸，最终保证同组各支点受力均 匀一致，不会造成箱梁顶板局部受力过大。 （７）起重天车：起重天车作为沿架桥机机臂顶端轨道运行的大 型桥式起吊装置，其主要作用是起吊、纵移和横移箱梁。设计的关键 技术点是： ①为能够实现箱梁的水平方向的纵移、横移和垂直方向的起落 的三维运动，车架结构设计采成桥式门吊方式。单台起重天车由两 条横跨左右机臂的钢梁及左右的端梁形成主车架。钢梁上部安装有 钢轨为横移台车提供支撑，端梁下部支撑在纵移台车上能够作纵向 运行，端梁外侧设置有起升绞车组提供垂直方向的运动。②起吊系 统设计。采用对称布置双起升液压卷扬机。其一端的两台卷扬机连 在一起，另一端两台卷扬机单独起吊，形成三点起吊，使被吊箱梁各 吊点受力均衡。 （８）控制方式：架桥机设计采用分散控制、集中联锁、遥控与线 控相结合的操作方式。 ①分散控制。架桥机各运行机构的配电柜、控制单元并非集中 设置在一处，而是分散布置在各总成部位，如前支腿、后支腿、前支 撑、后支撑、前吊梁桁车、后吊梁桁车等处。每处均包含ＰＬＣ控制模 块、信号放大及转换模块、弱电执行元件、强电配电元件等标准组 件。分散控制的好处是布线距离短、信号衰减少、抗干扰性好、且结 构相对简单，易于检修维护。②集中联锁。为保证架桥机各部分动作 严格按照标准施工工艺执行，并且动作准确可靠、不会产生误动作 和互相干涉，架桥机在采用分散控制的同时也采用了集中联锁。架 桥机总控制单元对各分系统“激活”与否进行集中监控。③遥控与线 控相结合。为提高架桥机的易操作性，并有利于就近观察动作执行 结果和进行微调控制，架桥机主要动作均采用遥控操作，如箱梁起 吊、纵移、横移，支撑的纵移等。同时，对于某些辅助动作，如支腿与 支撑的支立、机臂水平调节、锚固装置等，采用了就近设置线控板操 作方式，以避免遥控器功能过多不易操作和过大过重携带不便。另 外，为确保操作系统的可靠性，每一处控制柜均设置了线控板接口 并配备了相应的线控操作板，在遥控系统失灵时可以实现应急操 作。 ３施工工艺的关键步骤 ＃壕ｎ一２ 堪ｎ一】 垤ｎ ＋ 步骤七：前中支腿支承并锚固，收起前支腿，两台起重天车前移 到待架跨喂梁工作位，后支腿收缩并外翻留出喂梁通道，主机架形 成后悬臂。至此，架桥机完成一跨架设的工作循环。整机处于待喂梁 状态。 ４结束语 整孔架设工法具有可工厂化生产，功效高、安全快速等特点，适 用于跨江河、跨海湾等特大型桥梁及沿岸、沿海大面积滩涂区的桥 梁的上部结构施工。 步骤一：架桥机后支腿缩短并外翻让出喂梁通道，主机架形成 后悬臂，运梁车运梁前行靠近架桥机后中支腿，停止运行。