高速鐵路客運(yùn)專線施工裝備的選型與優(yōu)化

    1高速鐵路客運(yùn)專線對設(shè)備的需求

    與普通鐵路相比，高速鐵路客運(yùn)專線建設(shè)除需要大批的常規(guī)設(shè)備外，還需要一批大型化、專業(yè)化、智能化的專用設(shè)備和專用的試驗(yàn)、檢測、測量設(shè)備，以確保技術(shù)指標(biāo)的控制，保障施工能力，保證生產(chǎn)效率。主要需要如下設(shè)備:

    (1)橋梁施工設(shè)備。

    高速鐵路客運(yùn)專線橋梁施工由于對鉆孔樁、混凝土以及橋梁結(jié)構(gòu)和材料的特殊要求，須在常規(guī)設(shè)備的基礎(chǔ)上配備其他相應(yīng)的設(shè)備。

    (2)提、運(yùn)、架設(shè)備。

    高速鐵路客運(yùn)專線中，橋梁所占比例約為36%，且以32m/900t梁為主，采用預(yù)制架設(shè)的方案，需要配備900t架橋機(jī)、900t運(yùn)梁車、900t或450t提梁機(jī)。這些設(shè)備多數(shù)已在國內(nèi)進(jìn)行研發(fā)和制造，采用國際先進(jìn)的機(jī)械、電氣、液壓及其一體化技術(shù)，大多采用國際知名品牌的零部件，有少數(shù)的設(shè)備依靠進(jìn)口。

    (3)移動模架造橋機(jī)。

    不具備預(yù)制架設(shè)條件的施工地段，其橋梁設(shè)計(jì)多采用連續(xù)箱梁，連續(xù)箱梁多采用移動模架造橋機(jī)施工，梁以現(xiàn)澆為主?？缍?2m、重900t的移動模架造橋機(jī)國內(nèi)已有多家廠家研制成功，并投入使用。

    (4)旋挖鉆機(jī)。

    橋梁的樁基礎(chǔ)大多采用直徑1.25～1.5m的鉆孔樁，而且鉆孔樁的數(shù)量和工程量也相當(dāng)大。旋挖鉆機(jī)以其自帶動力、環(huán)保節(jié)能、生產(chǎn)效率高等優(yōu)越性，被大量采用。

    (5)大型混凝土攪拌站。

    高速鐵路客運(yùn)專線對橋梁基礎(chǔ)、墩臺及預(yù)制梁的混凝土都有特殊要求，即高性能混凝土、耐久性混凝土等。而且產(chǎn)量很大，所以需要配置生產(chǎn)能力大、配料精度高、預(yù)留足夠添加劑計(jì)量控制接口、性能穩(wěn)定可靠的混凝土攪拌站。

    (6)大噸位壓路機(jī)。

    因客運(yùn)專線路基的壓實(shí)度和均勻性控制較嚴(yán)，需要25t的全液壓振動壓路機(jī)用于不同填料的碾壓，以滿足密實(shí)度、壓實(shí)均勻性和壓實(shí)效果等綜合要求。

    (7)隧道施工設(shè)備。

    大斷面長隧道的施工需要配備以三臂液壓鑿巖臺車為主的施工設(shè)備，以滿足隧道施工安全和效率的要求。

    (8)軌道施工設(shè)備。

    設(shè)計(jì)時(shí)速350km的軌道主要采用無渣道床，設(shè)計(jì)時(shí)速200km的軌道主要采用有渣道床。無渣道床施工需采用混凝土滑模攤鋪機(jī)、軌道吊裝調(diào)校設(shè)備等成套設(shè)備，這些設(shè)備需要從國外引進(jìn)或進(jìn)行技術(shù)合作?？瓦\(yùn)專線軌道采用跨區(qū)間無縫設(shè)計(jì)，需要配備焊軌生產(chǎn)線、移動焊接設(shè)備、軌道鋪裝機(jī)等專用設(shè)備。高速鐵路客運(yùn)專線各項(xiàng)工程對設(shè)備種類的需求如表1所列。

    2高速鐵路客運(yùn)專線提、運(yùn)、架設(shè)備的形式比較

    高速鐵路客運(yùn)專線的橋梁工程在整個(gè)客運(yùn)專線工程中所占比重很大，設(shè)備投入相對較大，橋梁的預(yù)制、運(yùn)輸、架設(shè)對設(shè)備的安全性、可靠性、穩(wěn)定性提出了很高要求。目前國內(nèi)提、運(yùn)、架設(shè)備生產(chǎn)廠家主要有上海港機(jī)重工有限公司、北京萬橋興業(yè)機(jī)械有限公司、北戴河通聯(lián)路橋機(jī)械有限公司、中鐵武橋重工股份有限公司、鄭州大方橋梁機(jī)械有限公司等，有的采取引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，在國內(nèi)研發(fā)制造，有的是自主設(shè)計(jì)制造，且設(shè)備形式也各有不同。目前，各種形式的設(shè)備都已在國內(nèi)的高速鐵路客運(yùn)專線建設(shè)中投入使用，各有千秋。下面根據(jù)調(diào)研和分析，對各種設(shè)備形式進(jìn)行比較，以期提供選型依據(jù)。

    2.1提梁機(jī)

    梁場900t提梁機(jī)按行走形式分:主要有輪胎式和輪軌式，按結(jié)構(gòu)形式分，有單臺900t和2臺450t。其中900t提梁機(jī)有單門架和雙門架2種形式，具體型號有2×450t輪胎式提梁機(jī)、2×450t輪軌式提梁機(jī)、900t輪胎式單門架提梁機(jī)、900t輪胎式雙門架提梁機(jī)4種形式。通過調(diào)研，了解到梁場運(yùn)用900t輪胎式提梁機(jī)和2×450t輪軌式提梁機(jī)較多。900t輪胎式提梁機(jī)便于梁場布置，在梁場內(nèi)按預(yù)留通道可以縱橫向移動，吊梁、裝梁，轉(zhuǎn)運(yùn)比較方便。2×450t輪軌式提梁機(jī)需要軌道，只能按固定線路運(yùn)行，主要用于跨線作業(yè)。

    (1)2×450t輪軌式提梁機(jī)。此種形式的提梁機(jī)由2臺450t龍門吊組成，作業(yè)時(shí)2臺龍門吊同時(shí)、同步運(yùn)行吊梁、裝梁，適用于在沒有路基的地段用于架設(shè)最初的箱梁和拼裝架橋機(jī)，以及在沒有施工便道上橋的條件下將運(yùn)梁車吊到橋面上。

    (2)900t輪胎式單門架提梁機(jī)。采用單臺發(fā)動機(jī)，能夠很好的控制前后行走輪組的同步，整機(jī)不會受扭，轉(zhuǎn)向模式有直行、橫行和斜行，每個(gè)輪組采用單獨(dú)的油缸進(jìn)行轉(zhuǎn)向，在不負(fù)載情況下可原地90°轉(zhuǎn)向。

    (3)900t輪胎式雙門架提梁機(jī)。天車對稱布置，雙門架結(jié)構(gòu)，其他性能和單門架式差別不大，雙門架的優(yōu)勢是裝梁時(shí)，運(yùn)梁車可以從側(cè)面進(jìn)入到提梁機(jī)下方。但此種機(jī)型占地面積較大，預(yù)留通道也比單門架形式要寬。

    (4)提梁機(jī)的選型主要依據(jù)是:梁場的布置形式和施工地段的地形條件，目前開工的高速鐵路客運(yùn)專線梁場中幾種形式的提梁機(jī)均有不同數(shù)量的應(yīng)用，以選擇2×450t輪軌式提梁機(jī)和900t輪胎式單門架提梁機(jī)組合的稍多一些。

    2.2運(yùn)梁車

    20世紀(jì)70年代初，大型混凝土預(yù)制整孔箱梁架設(shè)技術(shù)面世。90年代初，這種運(yùn)梁架橋技術(shù)在韓國高速鐵路施工中應(yīng)用，運(yùn)載重量達(dá)560t。運(yùn)行技術(shù)中采用液壓三點(diǎn)平衡系統(tǒng)。2000年，這種運(yùn)梁架橋技術(shù)在中國秦沈客運(yùn)專線施工中應(yīng)用，運(yùn)載重量達(dá)600t。其設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是:(1)簡單、實(shí)用、可靠、安全。(2)采用連桿系轉(zhuǎn)向。(3)采用分段模塊化剛性主梁。(4)采用液壓三點(diǎn)平衡系統(tǒng)。

    2000年初，臺灣高速鐵路施工再次大規(guī)模使用這種技術(shù)，運(yùn)載重量最高達(dá)915t，輪組90°，原地轉(zhuǎn)向技術(shù)被采用。運(yùn)梁車目前主要有16軸線和17軸線2種規(guī)格，2種車型長度和寬度不一樣，所用輪胎規(guī)格也不一樣。但是針對900t箱梁運(yùn)輸采用16軸線運(yùn)梁車。900t運(yùn)梁車無論進(jìn)口還是國產(chǎn)，基本構(gòu)成和工作原理都大同小異，主要區(qū)別在于設(shè)計(jì)理念在以下幾方面有所不同。

    發(fā)動機(jī):均為2臺主機(jī)，均采用國際知名的品牌，但功率有所差異，最大的是2×447kW，最小的是2×360kW。其間還有2×420kW和2×400kW等。2臺主機(jī)可以保證在其中1臺發(fā)生故障時(shí)，另1臺仍能保證設(shè)備完成運(yùn)輸任務(wù)。

    驅(qū)動軸:高速鐵路施工規(guī)范規(guī)定，運(yùn)梁車驅(qū)動軸數(shù)占總軸數(shù)的1/3即滿足爬坡要求，16軸線的運(yùn)梁車驅(qū)動軸主要有5軸、5軸半和6軸3種，驅(qū)動軸數(shù)多的爬坡能力大，分布形式有集中分布和間隔分布2種。制動系統(tǒng):有全液壓制動、氣-液制動、氣壓制動3種方式。

    托梁小車驅(qū)動:有電機(jī)驅(qū)動-鏈條傳動、液壓驅(qū)動-鋼絲繩傳動2種方式，因?yàn)橥辛盒≤囈蟊ＷC和架橋機(jī)吊梁小車的同步性，鏈條傳動比鋼絲繩傳動要精確，也易于維護(hù)。但如果選擇定點(diǎn)起吊形式的架橋機(jī)，運(yùn)梁車不需要有托梁小車。

    軸負(fù)載補(bǔ)償油缸:有單作用油缸和雙作用油缸2種，雙作用油缸比單作用油缸安全可靠。

    行進(jìn)方式:有直行和斜行(最大轉(zhuǎn)角30°)，目前投入使用的運(yùn)梁車多數(shù)都可直行和斜行，只有極少數(shù)的只能直行。

    為了更為直觀的表述目前投入使用的運(yùn)梁車技術(shù)特點(diǎn)，圖1選擇了在國內(nèi)目前客運(yùn)專線建設(shè)中所占份額較大的幾種車型進(jìn)行比較.

運(yùn)梁車技術(shù)參數(shù)比較折線圖

    2.3架橋機(jī)

    架橋機(jī)主要形式:

    輔助導(dǎo)梁式架橋機(jī)(見圖2)、桁架式架橋機(jī)(無導(dǎo)梁)(見圖3)、導(dǎo)梁式架橋機(jī)(見圖4)，以下是幾種形式架橋機(jī)的比較。

    2.3.1輔助導(dǎo)梁式架橋機(jī)

輔助導(dǎo)梁式架橋機(jī)

    輔助導(dǎo)梁式架橋機(jī)的設(shè)計(jì)方案是結(jié)合下導(dǎo)梁式架橋機(jī)和桁架式架橋機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)而提出的。針對高速鐵路橋梁施工特點(diǎn)，基于2個(gè)原則而設(shè)計(jì):

    (1)減少操作時(shí)間，進(jìn)而降低施工成本。

    (2)設(shè)備易于操作，從而降低失誤的可能性,增強(qiáng)安全操作性能。

    輔助導(dǎo)梁式架橋機(jī)設(shè)計(jì)制造與應(yīng)用十分成功。已在臺灣高速鐵路橋梁施工中得以證實(shí)，輔助導(dǎo)梁式架橋機(jī)技術(shù)成熟、先進(jìn)，使用方便簡單，運(yùn)行安全可靠，具有以下特點(diǎn):

    (1)架橋機(jī)可以通過運(yùn)梁車馱運(yùn)實(shí)現(xiàn)短途運(yùn)輸，轉(zhuǎn)移工地。架橋機(jī)經(jīng)過簡單拆解后，支腿與個(gè)別部件由運(yùn)梁車馱運(yùn)可以通過高速鐵路雙線隧道。

    (2)架橋機(jī)進(jìn)行架設(shè)時(shí)，其后支腿支撐在橋面上，前支腿支撐在待架跨前面的橋墩上，架橋機(jī)支撐狀態(tài)僅處于一孔梁之上，使橋梁受力簡單，架橋機(jī)自身結(jié)構(gòu)也輕巧。

    (3)架橋機(jī)通過支撐在橋墩上的輔助導(dǎo)梁自行向前過孔，整機(jī)穩(wěn)定，安全穩(wěn)定系數(shù)高。

    (4)架橋機(jī)前行支腿通過球絞裝置和自行機(jī)構(gòu)與輔助導(dǎo)梁相連接，可輕易適應(yīng)曲線和坡道工況下的架橋施工。

    (5)在整個(gè)架設(shè)過程中，架橋機(jī)保持整孔預(yù)制混凝土箱梁始終處于"四點(diǎn)吊運(yùn)/支撐，三點(diǎn)受力"的狀態(tài)。

    (6)架橋機(jī)輔助導(dǎo)梁底面高于橋面，使架設(shè)第一孔和最后兩孔整孔預(yù)制混凝土箱梁簡便安全。

    (7)架橋機(jī)變跨架設(shè)時(shí)，調(diào)整孔距簡單，不需要其它輔助設(shè)施。輔助導(dǎo)梁式架橋機(jī)一個(gè)作業(yè)工況如圖5所示。

    2.3.2桁架式架橋機(jī)(無導(dǎo)梁)

桁架式架橋機(jī)(無導(dǎo)梁)

     桁架式架橋機(jī)為無導(dǎo)梁輪胎行走形式架橋機(jī)，喂梁時(shí)后支腿走形輪組打開成寬式支撐，進(jìn)行提梁、架梁，過孔時(shí)前支腿折疊翻轉(zhuǎn)后移，兩個(gè)吊梁小車后移至主梁尾部，起到平衡配重作用，架橋機(jī)以懸臂方式過孔。

    2.3.3下導(dǎo)梁架橋機(jī)

導(dǎo)梁式架橋機(jī)(無導(dǎo)梁)

    非輔助導(dǎo)梁式，利用下導(dǎo)梁架梁,架梁時(shí)前后支腿同時(shí)承重(梁體與下導(dǎo)梁);梁體懸停時(shí)必須移動下導(dǎo)梁進(jìn)行過孔工況。

    架梁時(shí)運(yùn)梁車需開到下導(dǎo)梁上，運(yùn)梁車與下導(dǎo)梁對位較難；且與運(yùn)梁車配合時(shí)間過長,梁體懸停時(shí)間長，影響架梁效率；因?qū)ξ灰?，使運(yùn)梁車互換性差；卷揚(yáng)機(jī)在上邊，影響入繩角度與纏繞。定點(diǎn)起吊，下導(dǎo)梁跨兩跨，不易架設(shè)最初及最后兩跨橋梁。

    高速鐵路客運(yùn)專線的大規(guī)模建設(shè)，對非傳統(tǒng)鐵路的施工企業(yè)參與施工，機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。機(jī)遇是因?yàn)楦咚勹F路客運(yùn)專線的建設(shè)給施工企業(yè)創(chuàng)造了多元化發(fā)展、擴(kuò)大規(guī)模、鍛煉人才和提高技術(shù)的機(jī)會;挑戰(zhàn)是因?yàn)楦咚勹F路客運(yùn)專線對施工企業(yè)技術(shù)裝備的投資與管理、人才的配備以及項(xiàng)目管理都提出了新的要求。企業(yè)應(yīng)該高度重視高速鐵路客運(yùn)專線大型專用設(shè)備的投資采購，并盡快培養(yǎng)專用設(shè)備的管理和技術(shù)人才，打造一支專用設(shè)備的專業(yè)化管理團(tuán)隊(duì)。