1 000 t过隧运架设备隧道口架桥工况研究与应用

孟凡田

（中铁工程机械研究设计院有限公司，湖北 武汉 430066）

1 背景

随着铁路建设的发展，在铁路客运专线架桥施工中存在越来越多桥隧相连施工的工况，通过隧道运架梁施工是铁路客运专线桥梁施工中的一大难题。主要是由于大吨位运架设备的宽度和高度超过了隧道净空尺寸，受隧道断面限界的限制，目前架桥机非拆解即使配备了900 t最低位运梁车驮运[1]，都难以满足隧道内驮运的需求。以往运架设备驮运通过隧道前需要经过大范围拆解来降低整体高度，缩短宽度，通过隧道后再通过应用外部起重设备进行安装，整个拆装过程对隧道进出口的拆装场地提出了较高的要求，设备驮运通过隧道费时费力且安全风险较大。例如出隧道口首跨桥附近是深谷或大川，架桥机无法进行安装恢复，因此出隧道口无法架梁。通常遇到这种情况时需要改变桥隧施工的设计方案，例如出隧道口位置增加开挖长度或采用现浇施工等方法，这样会增加施工投资成本和延长施工工期。因此，如何解决这一施工难题，成为国内外一个热门的课题。

1 000 t过隧运架设备不仅可以用于1 000 t 20 m～40 m跨度预制箱梁架设，同时适用于900 t 20 m～32 m跨度预制箱梁的架设，能实现“一机多用”，并且不借助外部起重设备自折叠低位驮运通过隧道、进出隧道口架梁、不拆解驮运桥间转移等特殊工况进行研究和应用。该套运架设备采用运梁车运梁，运梁车配合架桥机架梁的作业方式。通常由运梁车在预制梁场或提梁站装梁后运至架桥机尾部，由运梁车配合架桥机完成箱梁的架设工作。针对高铁线路隧道特点和隧道口架梁施工要求，首先由运梁车安装自升降驮架将架桥机低位驮运通过隧道，在出隧道口通过运梁车安装的自升降驮架，将架桥机由驮运状态转换成架桥机过孔支撑状态，然后运梁车带自升降驮架返回预制梁场并取梁，同时架桥机进行过孔作业，运梁车运梁通过隧道到达架桥机尾部，由运梁车配合架桥机完成架梁作业。

2016年，中国铁路总公司开始对高速铁路大跨度简支梁建造关键技术进行研究[2]。2017年，郑济客专试验段首次采用40 m大跨度预制箱梁运架梁施工，该试验段为国内外首次应用大跨度运架梁施工。2020年12月，该1 000 t过隧运架设备在新建福州至厦门客运专线9标段工程首次采用设备自折叠低位驮运通过西行山一号隧道和西行山二号隧道，并完成出隧道口运架梁施工，验证了1 000 t过隧运架设备隧道口架梁工况的经济型和可行性。

2 运架设备总体结构

1 000 t过隧运梁车主要由车体、走行轮组及转向机构、驮梁台车、自顶升驮架、电气系统、气制动系统、液压系统及动力系统等组成，如图1所示。该设备在路基、相应标准隧道内或已架桥面上行驶到架桥机尾部，通过一次喂梁、二次喂梁，配合架桥机完成箱梁的架设工作。

1 000 t过隧架桥机主要由前辅助支腿、前支腿、机臂、中支腿、起重小车、后支腿、后辅助支腿、电气系统、液压系统和动力系统等部分组成，如图2所示。

3 运架设备过隧架桥工况的研究

时速350 km的铁路客运专线标准隧道断面半径R为6 650 mm，时速250 km的铁路客运专线标准隧道断面半径R为6 410 mm[3]。以现有高速铁路设计规范的隧道尺寸限界和箱梁的结构重量等参数为依据，考虑到设备的通用性，该运架设备需要同时满足2种隧道断面的进、出隧道口架梁。

图1 1 000 t过隧运梁车结构图

图2 1 000 t过隧架桥机结构图

2种隧道断面相关尺寸如图3所示。通过比较可以得知R6410 mm隧道断面尺寸更小，以下根据R6410 mm隧道尺寸核实该过隧运架设备道内低位驮运及过隧运梁车在隧道内运梁的状态[2]，如图4所示。

图3 时速350 km/250 km的高速铁路双线隧道断面

图4 隧道内低位驮运及过隧运梁车在隧道内运梁的状态

3.1 过隧架桥机驮运转场出隧道口架梁工况技术研究

传统架桥机受限于支腿净空尺寸，架桥机中、后支腿无法在隧道内展开，通常需要出隧道预留一孔桥的空间才能站位施工，即出隧道口到桥头32 m以上的距离才能满足架梁作业要求。

此1 000 t过隧架桥机可以实现进隧道-20 m 距离架梁及出隧道+5 m 距离架梁。运梁车低位驮运架桥机到达隧道口，架桥机通过自身支腿折叠转换支撑，不需要任何辅助吊装设备。该设备低位驮运出隧道+5 m工况时架梁作业步骤如下（以出隧道口架设24 m预支箱梁为例），如图5和图6所示。1）运梁车高位驮运架桥机到隧道进口处。2）翻折并降低架桥机中支腿，前支腿和前辅助支腿收缩到过隧状态，驮架整体降低了1.5 m，机臂底面离地4 m，准备过隧道，通过隧道按R6410 mm校核（如通过R6650 mm隧道，机臂底面离地面4.3 m）。3）运梁车驮运架桥机通过隧道。4）运梁车低位驮运架桥机出隧道口5 m，前支腿支距离墩台0.6 m处驻车。5）驮架升高300 mm，翻折前支腿支撑到位并和桥台锚固，后起重小车运行到架桥机前端。6）后辅助支腿翻折支撑在隧道内路面上，安装前支腿斜撑，降低运梁车驮架，前支腿和后辅腿支撑架桥机，运梁车缓慢退出回梁场取梁。7）后支腿翻折支撑在轨道上，两起重小车运行到架桥机尾端，拆除前支腿斜撑，后辅助支腿离地，整机准备纵移。8）整机纵移36 m，中支腿出隧道后，通过中支腿外摆和整机纵移交替，直至中支腿完全展开。前辅助支腿支撑在墩台上。通过前辅助支腿、前支腿和后支腿循环顶升[4]，将整机升高900 mm。9）中支腿翻折到正常位置，通过起重小车安装中支腿下横梁。10）中支腿支撑到位后，再支撑前辅助支腿。11）前支腿纵移24.7 m，支撑到位并与机臂插销连接。12）起重小车运行到取梁位置；翻转后辅助支腿和后支腿，架桥机出隧道口过孔完成达到待架梁状态。13）运梁车从梁场提升站运梁通过隧道到达架桥机尾部。14）运梁车喂梁进入架桥机，两驮梁台车同步移梁到位。15）架桥机前起重小车取梁。16）架桥机前起重小车和运梁车后驮梁台车同步拖梁到位。17）架桥机后起重小车取梁，同时运梁车退出架桥机返回梁场。18）前后起重小车吊梁同步走行到位。19）前后起重小车落梁到位。

3.2 过隧架桥机驮运转场支腿支撑关键技术研究

图5 过隧架桥机隧道口过孔工况图

图6 过隧架桥机出隧道口架梁作业工况图

1 000 t过隧运梁车采用槽型车体结构降低运梁高度实现运梁通过隧道，但是整车宽度较宽，达到8 000 mm，与以往运架设备驮运转场相比，架桥机驮运前的支撑支点位置离箱梁腹板位置较远，此套运架设备按照以往设备驮运会造成箱梁局部载荷过大的情况导致梁片翼缘损坏，因此常规驮运方案不适用于该套运架设备。

针对上述情况，1 000 t过隧架桥机增设U型后辅助支腿。运梁车驮运架桥机之前，后辅助支腿和前支腿形成简支的驮运支撑形式，前支腿通过锚杆和斜撑形成刚性支腿，后辅助支腿通过横向销轴与机臂连接，形成柔腿，如图7所示。采用一“刚”一“柔”的支撑方式，实现了架桥机驮运之前的安全稳定支撑。过隧架桥机驮运转场支腿支撑状态，如图8所示。

后辅助支腿采用U型结构形式，扁平的下横梁将后辅助支腿载荷转移到箱梁腹板处，一方面保证了宽式运梁车的通过性，另一方面保证了箱梁受力的安全性；其载荷传递原理如图9所示。

3.3 低位驮运架桥机过隧道中支腿自折翻关键技术研究

架桥机通过隧道时，受隧道断面尺寸的限制，往往需要在进、出隧道口位置借助其他起重设备对中支腿的整个部件进行拆解，如图10所示。设备部件拆装过程需要提前在进出隧道口预留拆装场地，受场地限制拆装过程风险较大且效率较低。

为了较好地解决过隧拆装的问题，该过隧架桥机中支腿采用了双向自折翻式设计[5]。此架桥机到达进隧道口时，中支腿下横梁由起重小车吊装拆除并提运至架桥机前方相应驮运位置，通过设备自带折翻油缸将中支腿立柱和连系梁整体翻折90°，再通过设备自带电动葫芦翻折立柱与联系梁成75°，中支腿达到过隧状态，如图11所示。运梁车低位驮运架桥机通过隧道，中支腿折叠后在隧道内的状态如图12所示。

图7 准备驮运时过隧架桥机支撑状态

图8 过隧架桥机驮运支撑状态图

图9 U型后辅助支腿载荷传递原理图

图10 常规过隧架桥机支腿拆解作业

图11 过隧架桥机中支腿折叠后的状态

4 低位过隧运架设备过隧架桥工况的应用

1 000 t过隧运架设备于2020年10月5日在新建福州至厦门铁路9标段投入使用，顺利完成首榀箱梁的架设。新建福州至厦门客运专线位于福建省沿海地区，是构建京福厦高速铁路客运通道，也是东南沿海铁路客运通道的重要组成部分。

新建福厦线路为350 km/h的双线客运专线，线路全长277.42 km，全线设车站7座，新建桥梁93座，总长度为186.63 km，隧道33座，总长度为55.2 km，桥隧比85.72%。其中新建福州至厦门客运专线先行工程西山隧道至行山大桥段，DK255+949.62-DK265+853.20，该段线路全长为9 890.53 m，包括6座桥梁，桥梁总长度为5 965 m；4座隧道，分别为西山隧道、西行山一号隧道、西行山二号隧道和行山隧道，隧道总长度为2 888 m；9段路基，总长度为1 017 m。线路地理环境和地质环境复杂，该标段隧道地质条件差，隧道洞口危岩落石不良地质。穿越地貌断层节理发育、地层岩性及地质构造较复杂，水量丰富，且路基基底不良地质地段较多。

2020年12月3日，该过隧运架设备顺利通过了福夏铁路西行山一号和西行山二号隧道，并成功完成了出隧道口架梁作业，如图13所示。这是1 000 t过隧运架设备在国内外首次自折叠低位驮运通过隧道架梁。

在新建福州至厦门铁路9标段截至2021年1月30日完成标段内92榀箱梁架设（32 m梁79榀，24 m梁9榀），通过6段路基和2座隧道，实现了自折叠低位驮运通过隧道并在出隧道口架梁。应用情况证明，达到了设计工况的要求。

该套过隧运架设备已申请多项国家发明专利，分别为：1）大跨度过隧箱梁架桥机（专利号201810094137.6）。2）过隧运梁车（专利号201810094189.3）。3）适应宽式运梁车通行的架桥机转场方法（专利号201810369716.7）。4）折叠伸缩式过隧架桥机中支腿及其应用步骤（专利号201810531611.7） 。

5 结论

图12 过隧架桥机中支腿折叠后在隧道内的状态

图13 过隧运架设备隧道口架梁作业图

1 000 t过隧运架设备过隧工况在福夏铁路中得到了应用，该运架设备采用以下 3 种工况技术创新：1）采用双向自折叠中支腿，实现了运梁车驮运架桥机通过隧道，可以完成进隧道口-20 m和出隧道口+5 m运架梁施工。2）采用一“刚”一“柔”支撑方式，实现了大吨位架桥机的稳定支撑。3）采用U型后辅助支腿结构，在驮运工况下满足宽式运梁车顺利在内净空较小的架桥机下穿过。通过在新建福州至厦门铁路9标段应用，采用上述工况技术有效解决了传统运架设备难以解决的进出隧道口运架梁技术难题。该过隧运架设备具有自折叠低位驮运过隧工序安全便捷、施工效率高以及成本低等优点，得到了使用单位的高度评价。该运架设备将成为山区及沿海地区桥隧相连、多路基、高桥墩以及多梁型施工项目的首选设备。目前，国内市场正在修建的郑济、福厦、湖杭、杭衢、南沿江、汕汕高铁以及拟建设的京雄商、渝昆、沈白、渝西、西延高铁等线路对1 000 t过隧运架设备已有明确的市场需求。国外市场中，印尼雅万高铁、俄罗斯莫喀高铁均采用40 m跨度1 000 t预制箱梁。通过市场分析，该运架设备将会在今后的铁路建设中广泛应用。随着高铁建设的发展及高铁技术的创新，该1 000 t过隧运架设备有广阔的应用前景和市场潜力。