李世龙  张浩  赖云

(1.中铁二局集团新运工程有限公司,四川 成都 610031;2.中铁二局集团有限公司, 四川 成都 610031;3.中铁二局集团第三工程有限公司,四川 成都 610031)

 

摘　要：郑济高铁首次采用40m简支箱梁预制架设施工技术，本文对40m箱梁制运架施工设备配置和选型方案进行了研究，制梁设备主要借鉴900t/32m箱梁预制生产的成熟经验并结合当前行业技术规范进行配置和选型，运梁和架梁设备主要根据作业工况、箱梁结构尺寸和重量参数以及效率指标要求等进行论证，本文为类似桥梁工程项目提供了一种设备配置和选型方法。

关键词：高速铁路;40m简支箱梁;施工设备;配置与选型

中图分类号： U215.7       文献标识码： A

 

0 引言

施工设备配置或选型不当直接影响施工效率，还可能出现资源过度配置造成浪费。郑济铁路40m箱梁预制架设施工技术为我国高速铁路首次采用，国内外均无成熟经验可供直接引用或借鉴。为使该工程项目制运架施工设备配置合理和最大限度地节省施工成本，郑济高铁40m箱梁预制架设施工参考32m/900t箱梁制运架施工设备配置方案，结合施工工艺和效率指标要求，通过优化设备配置方案，成功实现了40m箱梁制架施工生产高效和节能目标。

 

1 项目概况及产能指标分析

1.1 项目概况

新建郑济铁路郑州至濮阳段东起濮阳市濮阳东站，途径濮阳市、安阳市，终至既有郑州东站，线路正线全长197.279km。本标段(ZPZQ-Ⅵ标)铁路箱梁制架施工范围为郑州黄河特大桥北岸引桥(公铁合建段)186#墩至371#墩共计344榀(高铁梁和市域梁各172榀)40m铁路箱梁均采用预制架设施工方案，郑济客专线路技术标准见表1。

表1 郑济客专铁路技术标准

1.2 箱梁结构参数简介

郑济客专铁路预制箱梁有两种，时速350公里高铁简支梁全长40.6m，计算跨度为39.3m，支座中心距4.4m，梁高3.235m，顶板宽度12.6m，底板宽5.4m，腹板中心距为6.166m，全梁混凝土使用量为370m³，梁重约925t，腹板预应力束为22孔预应力束单排布置。时速160公里的市域无砟40m简支梁相对于350km无砟40m简支梁变化为顶板厚度减少15mm，梁高3.22m。顶板宽度11.4m，底板宽5.4m，全梁混凝土使用量为345.9m³，梁重约865t，腹板预应力束为20孔预应力束单排布置。

1.3 制架梁产能指标分析

根据招标文件要求，本标段工程项目的总工期为48个月，为满足招标文件及标段实施性施工组织节点工期要求，铁路箱梁制梁场的设计最大产能需达到60榀/月，制梁设备需按2榀/天的产能指标进行配置，架梁工期为10个月左右，考虑到气候等不利因素影响，架梁设备需按1.5榀/天的效率指标进行配置。

 

2 制梁设备配置与选型

制梁设备主要包括：钢筋加工设备、混凝土设备、预扎钢筋笼吊装设备、张拉设备、压浆设备、静载试验设备、动力设备等。其中，钢筋加工设备主要包括钢筯调直切断机、智能钢筋弯箍机等，混凝土设备主要包括拌和站、输送泵、布料机，预扎钢筋笼吊装设备即用于预扎钢筋笼(底腹板钢筋和面筋形成的骨架)整体吊装的龙门吊。

2.1 钢筋加工设备

郑济高铁项目40m预制箱梁中钢筯种类主要包括有Φ8mm、Φ12mm圆钢和Φ16mm、Φ18mm、Φ20mm、Φ22mm等多种规格带肋钢筋，其中，Φ8mm圆钢调直加工成品最长达12630mm，Φ12mm圆钢调直加工最长达40530mm，Φ22mm带肋钢筋弯曲加工单根长度最长达12284mm，每榀箱梁预扎钢筋总数量合计重量达73t，根据预扎钢筋的加工直径、成品形状和弯曲长度等参数选择钢筋加工设备型号规格，见表2。

表2 钢筋加工设备配置清单

2.2 混凝土设备

2.2.1 混凝土搅拌站

结合项目工期目标，制梁设备生产能力需达到2榀/天，每榀40m箱梁需要C50混凝土370m³，按照箱梁预制施工工艺要求，每榀箱梁约370m³混凝土必需在6小时内完成灌注作业，即混凝土拌和站的生产能力不得低于60m³/小时，根据桥梁施工规范要求，混凝土的搅拌时间不少于2min，综合考虑拌和站出料、输送泵泵送和布料机调整布料工位等配合工序的影响，结合以往施工经验，拌和站生产每盘料的循环时间理论上在3min以上，如果按一台拌和站考虑则应配180站，但是，如果180拌和站发生停机故障则引发质量事故，因此，仅配置一台180拌和站并不妥当，按两台120站配置既可预防混凝土浇注不连续事故，又能确保在更短时间内完成370m³混凝土的制拌生产，为减小120站因故障死机影响制梁生产效率，因此，采用两台120站备用一台90站乃最佳配置方案，拌和站配置方案详见表3。

表3 郑济客专项目混凝土搅拌站配置方案

2.2.2 混凝土输送泵

根据32m箱梁施工经验，混凝土输送泵通常与拌和站的数量配套，2台HNZ120站和1台HNZ90站应配置3台输送泵，其中2台常用1台备用，输送泵的泵送能力应大于拌和站制拌混凝土的生产能力，考虑到制梁用C50高性能混凝土的流动性差、泵送阻力较大，结合以往的施工经验，输送泵型号规格选用HBT8022C-5，主要技术参数见表4。

表4 HBT8022C-5输送泵主要技术参数

2.2.3 混凝土布料机

混凝土布料机与输送泵数量对应，布料机应尽可能靠近制梁台座以最大限度地利用其布料半径，32m箱梁预制生产常采用HGY19型布料机，一台布料机可覆盖制梁台座30m左右的浇注范围，因此，理论上两台布料机即可满足40m箱梁制梁生产，根据以往的施工经验，制梁场一般配置3台布料机，其中的1台为备用，以确保制梁生产不受布料机故障因素影响，布料机的主要技术参数见表5。

表5 HGY19型布料机主要技术参数

2.3 预扎钢筋吊装设备

按照现行制梁工艺标准要求，预扎钢筋笼必须采用整体吊装方式，龙门吊的主要技术参数需根据吊物重量、提升高度和制梁台座的布置情况而定。高铁40m箱梁预扎钢筋笼整体吊装重量约73t，随钢筋笼一起吊装的橡胶抽拔管重约10t，吊装架重量约25t，实际吊装总重量约108t，按平均分配荷载计算，每台龙门吊应分担的吊装重量为G₁=G₂=108t/2=54t，考虑到动载因素和荷载分配不均匀因素^[1]，龙门吊额定起重能力至少应达到Q=G×k₁×k₂。

这里的k₁为动载系数，k₂为不均匀荷载系数，k₁值取1.1;k₂值取1.2，则单台龙门吊应具备的额定起重能力Q=G×k₁×k₂=54×1.1×1.2=72t

结合40m箱梁制梁台座的布置型式，跨度参数不小于40m，考虑到通用性问题，结合本单位现有铁路T梁制梁场使用的龙门吊技术规格，起重能力按95t设计，既能满足40m箱梁预扎钢筋笼整体吊装作业，又适用于铁路T梁移梁作业，预扎钢筋吊装用MG95t龙门吊主要技术参数表6。

表6 MG95t龙门吊主要技术参数

2.4 张拉设备^[2-4]

张拉作业对桥梁工程施工质量有直接影响，是重要关键工序，张拉设备的性能直接关系到箱梁预应力精度，随着通讯技术和信息化技术的发展和进步，基于互联网无线传输的远程监控技术已经十分成熟，铁路总公司要求对张拉施工过程的关键参数进行远程监控，根据40m箱梁预应力钢绞线束的设计数量并结合张拉施工要求，选用铁路桥梁预应力张拉自动控制系统，配置方案见表7，主要技术参数见表8。

表7 40m箱梁预应力张拉自动系统配置方案

表8 40m箱梁预应力张拉自动系统主要技术参数

2.5 压浆设备^[5-6]

压浆作业是箱梁预制生产中又一道关键工序，压浆设备的性能关系到箱梁预应力孔道的填充压实密度，对桥梁工程施工质量有直接影响。铁总公司要求对压浆施工参数的进行远程监控。根据铁总对40m箱梁压浆工艺要求，选用铁路桥梁预应力管道自动压浆系统，主要技术参数见表9。

表9 桥梁预应力管道自动压浆系统主要技术参数

2.6 静载试验设备^[7]

40m箱梁预制生产技术为我国时速350km高铁首次采用，箱梁长度比32m箱梁增加8m，铁总公司要求对静载试验过程关键参数进行远程监控。以往的32m箱梁静载试验设备已不能适应新工艺的要求，经市场调查和技术交流后，确定采用预应力静载试验架和与之配套的自动静载试验系统，主要技术参数见表10。

表10 预应力静载试验台架和自动静载试验系统主要技术参数

 

3 箱梁“搬提运架”设备配置与选型

3.1 场内移梁设备

根据国内高铁桥梁施工经验，移梁设备采用具有直行和横行工作模式的轮胎式搬运机，额定起重量、跨度、起升高度、走行速度、起升速度等关键技术指标参数主要依据箱梁长度、重量和作业效率要求进行综合考虑。40m整孔箱梁理论重量为925t，搬运机的额定起重能力按1000t级设计;考虑到梁端预应力钢绞线外露长度以及搬运通道作业人员和设施安全距离需要，搬运机净跨度按43.5m设计;吊具起升高度须满足“吊一过二”便于双层存梁，存梁台座高度约0.6m，梁榀高度3.235m，两层梁之间垫橡胶垫高度约0.2m，吊梁经过双层存梁区域时，被吊梁榀底部至少应高于双层梁0.2m左右，综合考虑以上因素，吊具起升高度按13m设计，搬运机还应具备为运梁车装梁的功能，因此，支腿结构不再沿用传统的“人字形”而改为“门形”并将其横向位置设为宽窄可变的结构方案。在宽式时，支腿两横梁净空宽须大于运梁车驮梁后的宽度，按8.8m设计即可满足(运梁车宽度8m)，结合本公司轮胎式搬运机保有情况，采用一台32m/900t搬运机进行技术改造，改造后的DLT1000型搬运机主要技术参数见表11。

表11 DLT1000型搬运机主要技术参数

3.2 跨线提梁机

跨线提梁机采用两台同型号规格的门式起重机抬吊工作方式，其额定起重量、跨度、起升高度、走行速度、起升速度等关键技术参数主要依据箱梁重量、桥梁高度、桥面宽度、箱梁宽度、运架梁设备宽度和高度等因素进行确定。由于郑济客专铁路跨黄河特大桥采用高铁双线和市域铁路双线并行设计结构，一次桥面宽度超过34m，如果跨线提梁机采用侧位提梁方式，提梁机的跨度将达到50m左右，经技术论证后最终确定提梁机采用正位提梁上桥方式，提梁机跨度与32m箱梁提梁机保持一致，降低了设备安拆和使用风险。提梁机型号规格为MG500型，主要技术参数见表12。

表12 MG500型提梁机主要技术参数

3.3 运梁设备^[8]

运梁设备根据40m整孔箱梁的梁长、梁高、梁宽、梁重、桥面宽度以及驮运箱梁和架桥机过隧道需求的基础上进行设计，采用低位承载结构，额定载重量应比箱梁重量稍大，按1000t级设计，型号规格为YLS1000型。运梁车采用多轮轴、小轮胎和低位设计方案，主要由司机室、车体及液压支腿、走行轮组、驮梁台车、转向系统、动力系统、电气系统、液压系统、制动系统等组成。运梁车主要技术参数见表13。

表13 YLS1000型运梁车主要技术参数

3.4 架梁设备

架桥机根据40m箱梁的几何尺寸、梁重以及箱梁结构特征进行设计，以满足20m～40m多种跨度简支箱梁架设功能为基本要求，并且能够实现隧道口架梁和运梁车驮运架桥机过隧，对高铁小曲线和大坡度工况具有良好的适应性。架桥机额定起重能力按1000t设计，采用步履式架桥机^[9]，通过运梁车驮运，可方便地实现桥间转移或掉头作业，型号规格为JQS1000型，主要结构由起重小车、机臂、前辅助支腿、前支腿、中支腿、后支腿、后辅助支腿、动力系统、液压系统、电气系统、走台栏杆等组成。架桥机主要技术参数见表14。

表14 JQS1000型步履式架桥机主要技术参数

3.5 动力设备配置方案

运梁车和架桥机等流动施工设备均采用内燃动力，无需备用动力。制梁场内施工设备和项目驻地生活办公区主要使用电力设备，部分业主进行工程招标之前会引入专用电力线到施工现场，由施工单位与地方供电单位对接并从当地供电网络引入高压电源，经过变电配电输送到各施工区域和项目驻地生活办公区。为了预防混凝土浇注断供造成质量事故，制梁场还必须配置备用发电机组，制梁场一般备用三台大功率的柴油发电机组作为应急电源，按照上述方案配置设备时，配置两台500kw发电机组和一台300kw发电机组即可。当外部电网发生停电时，由两台500kw发电机组并网工作专供拌和站和输送泵使用，一台300kw发电机组为项目驻地的生活办公提供动力电源。

 

4 结论

(1)按本文主案配置的混凝土设备、钢筯加工设备和张拉压浆设备完全能够满足每天预制2榀/天40m高铁箱梁的产能要求。

(2)利用现有32m/900t搬运机改造为40m/1000t搬运机方案可行，并且可节省投资约900余万元。

(3)跨线提梁机采用500t/36m型门式起重机技术方案可行，提梁机采用正位提梁方式布置，减小了提梁机跨度，降低了设备安拆和使用风险。

(4)40m/1000t级运架设备的综合效率与运距有直接关系，运距在十公里范围内，该套设备能够满足1.5榀/天的架梁工效指标，随着运距的增加，架梁效率有所下降。

(5)如果制梁和架梁工效指标均要求达到2榀/天，配合制架梁施工的DLT1000型轮胎式搬运机的移梁工作量较大，搬运机会比较繁忙。

(6)首次使用的预应力静载试验台架只能组装成40m跨度使用，转场再次使用需要更换全部钢绞线，使用成本较高。

 

参考文献

[1]JGJ 276-2012建筑施工起重吊装安全技术规范[S].

[2]JGJ 85-2010 预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程[S].

[3]GB50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[4]QCR586-2017 铁路预应力混凝土桥梁自动张拉系统[S].

[5]TB10752-2010高速铁路桥涵工程施工质量验收标准[S].

[6]TBT 3192铁路后张法预应力混凝土管道压浆技术条件[S].

[7]TB/T2092预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准[S].

[8]TBT 3295-2014高速铁路箱梁运梁车[S].

[9]GB/T26470-2011架桥机通用技术条件[S].

 

基金项目：《高速铁路40米跨简支梁架运成套设备的深化研究和研制》.中铁股份科信[2018]106号

(《建设机械技术与管理》2020年第4期)