大跨度公铁两用钢桁梁现场整孔制作与运架技术
摘要：本文介绍一种超大型钢桁梁在专用制作场地内整孔组焊及装车出场运往附近桥梁架设现场的方法与设备，它们是专门为120ｍ 跨度双层4线公铁两用钢桁梁(每孔自重30000KN，断面尺寸：宽 × 高 ＝32.74ｍ×12.0ｍ)而创立的整孔组焊与装车出场一体化的新技术和新装备，也是一项有重大经济效益的开创性科技成果。其核心技术使装配完工的钢桁梁装车运输一体化，无需使用任何大型吊机辅助。
本文介绍一种超大型钢桁梁在专用制作场地内整孔组焊及装车出场运往附近桥梁架设现场的方法与装备，它们是专门为120ｍ 跨度双层4线公铁两用钢桁梁(每孔自重30000KN，断面尺寸：宽 × 高 ＝32.74ｍ×12.0ｍ)而创立的整孔组焊与装车出场一体化的新技术和新装备。与采用既有的技术相比，可以彻底免除至少 2台以上1500t级大型龙门吊机的配套及重型轨道铺设。因为按照现有的技术，当这种大跨度、大断面、大重量的钢桁梁整孔组焊完毕，在发运前装车时，必然需要至少2台1500t级大型专用龙门吊机来抬吊重达30000KN的整孔钢桁梁上车。由于本装备系属于大跨度钢桥建造行业的开创性技术，并可望产生巨大的经济效益。
在西欧某国一座总长约 7km的双层 4线公铁两用特大钢桥施工中，其中有40 余孔120ｍ 跨度的焊接钢桁梁将采用30000KN级特种架桥机进行整孔架设作业。而整孔钢桁梁的预制及组焊只能在桥址附近专用工场内进行。按照既有的技术及制作方法，即在工场内硬化地面上铺设2条供2台足以将组焊完工之后的整孔钢桁梁抬吊起来的大型龙门吊机轨道，再配置 2台1500t级的大型龙门吊机，以及若干台小起重量的供拼组钢桁梁三角单元杆件之用的小型龙门吊；然后，在龙门吊机大车轨道跨内场地上按规定的工艺程序将整孔钢桁梁组焊成型，进行涂漆防腐处理后即可装车发运至桥梁架设施工现场。显然，所谓装车，即用2台1500t级龙门吊机来抬吊钢梁放到运梁车上；这是一套成熟的传统作业方法。问题是，这种方法对于跨度较小、重量较轻的钢桁梁而言是经济可行的；但对于120ｍ 跨度的大型钢桁梁，就非常不经济。因为除了2门吊机的安装、调试、取证等。
针对上述难点，受施工方委托，该工程专门设计了基于整孔组焊与装车发运一体化的特种装备与技术，可以克服现有技术所带来的种种困难。
３ 钢桁梁整孔制作与装运一体化装备和技术的组成及功能原理
为了配合大跨度、大断面、大重量的长大钢桁梁桥的整孔架设技术的顺利实施，为了解决按照现有的技术和方法来进行此种钢桁梁的整孔组焊及装车出场需要付出高昂代价这一难题，并为达到节省投资和缩短工期的双重目的，笔者创造性地提出了整孔制作与装运一体化的新装备和新技术。这种超大型钢桁梁整孔制作与装运一体化装备和技术的组成及功能原理由图1所示。
ａ－ 钢桁梁在特种组焊支架上组焊状态；ｂ－ 整孔钢桁梁组焊完工，运梁车驶入；ｃ－ 运梁车起顶并驮着钢桁梁驶出；ｄ－ 钢桁梁被驮出后组焊支架状态注：Ｍ 为正在组焊的钢桁梁；Ｌ 为特种组焊支架；Ｎ 为配套运梁列车。
首先，利用将要采用的整孔架设120ｍ 跨度双层4线公铁两用钢桁桥的30000KN级特种架桥机的配套运梁车(Ｎ )的一种可以自动升高和降低的特别功能，进而专门配备一套进行上述钢桁桥整孔制作的特种组焊支架(Ｌ)，使两者相互配合来实现钢桁梁( Ｍ)整孔组焊与装车发运一体化技术。
１) 配套运梁车(Ｎ)的特别功能。所要采用的30000KN级特种架桥机的配套运梁车的行走系统是由液压悬挂轮胎组组成，这种悬挂组有一个特别功能，就是在悬挂架的垂直支承油缸控制下，使车架地板面具有自动调平的能力，其调平幅度通常为±300ｍｍ 。即是当一悬挂组处于中位水平行走时，遇到路面凹坑则垂直支承油缸会自动升高最大可达＋300ｍｍ ，遇到路面凸包，则会自动降低最大可达－300ｍｍ 。每一个悬挂组都同时具有这种功能，所以能够整车在高低不平的路面行驶时整个车架平面仍然能够保持水平状态。这种运梁车在我国铁路客运专线和高速铁路桥梁施工中业已普遍使用。现在延伸利用这种特性，即当路面是大体水平的情况下，令各个悬挂轮组支承油缸同时处于中位，则整个车架平面就处于所谓中位高度状态。此时如令全部油缸同时顶升 ＋300ｍｍ 或下降 －300ｍｍ ，则整个车架平面就处于所谓高位高度状态或低位高度状态。
２) 特种组焊支架的组成及其与上述运梁车相互配合运用的方法。由图1a所示， L为特种组焊支架；Ｍ 是以支架L为支承平台的正在组焊进程中的一孔钢桁梁。图 1 中 Ａ-Ａ 截面大样见图2 。
１-支架立柱；２- 支架纵梁；３-支架横联架；Ｍ-整孔的钢桁梁；Ｌ- 特种组焊支架
图2中特种组焊支架的立柱、纵梁的总高度Ｈ0＝5000ｍｍ 。支架左右两列排架系由立柱与纵梁所构成，两列排架之间须用若干个桁架式横向联结系联结起来，即每一对立柱设有一个联结系。整个特种组焊支架共有7对立柱（图1），因而共有7个联结系。这些，可由图 1 所示之组焊支架的主视图和平面视图 Ｄ-Ｄ 所进一步确认。而两侧立柱和纵梁所构成的排架系立在钢桁梁2根下弦杆的内侧下方，钢桁梁通过其下平面横梁横担在支架纵梁之上来支托钢桁梁实施组焊作业。钢桁梁2根下弦杆将作为所要采用的整孔架设特种架桥机配套运梁车的支顶梁（图 3、图4）。特种组焊支架的轮廓尺寸为长 × 高 × 宽 ＝144ｍ×5.0ｍ×21ｍ 。立柱柱脚可直接支承在硬化地面上而不必锚固。
由图 1ｂ 所示， Ｎ 为所要采用的特种架桥机之配套运梁车；图1 中 Ｂ-Ｂ 截面见图 ３ 。
配套运梁车由两列液压悬挂轮胎式运梁列车( Ｎ1)和在其上的5对轮轨式运梁小车( Ｎ2)组成，其总高度：中位时， Ｈ0 ＝5000ｍｍ ，它正好也必须等于支架立柱+纵梁的总高度 Ｈ0；低位时运梁车总高度 Ｈ-1 ＝4700ｍｍ ，这是由液压悬挂轮胎式运梁列车( Ｎ1)的 自 身 中 位 高 度 ｈ0＝2500 ｍｍ下 降300ｍｍ 来调节，如图3右下角所示。注意这时是运梁车钻入已组焊并油漆完工后钢桁梁下弦杆底部的状态，此 时 两 者 之 间 的 通 过 净 空 余 量 为 △ ｈ ＝300ｍｍ 。
1-支架立柱；2-支架纵梁；3-支架横联架；M- 整孔的钢桁梁；L-特种组焊支架；N1-运梁列车；N2-轮轨式运梁小车
由图1ｃ 所示为运梁车已完全进入待装车发运的整孔钢桁梁的下方，图1 中C-C 截面见图4 。
1-支架立柱；2-支架纵梁；3- 支架横联架；Ｍ-整孔钢桁梁；Ｎ1-运梁列车；Ｎ2-轮轨式运梁小车；Ｌ-特种组焊支架注意这时运梁车的液压悬挂轮胎式运梁列车已经由低 位 ｈ-1=2200 ｍｍ 起顶 升 高 至 位 ｈ+1 =2800ｍｍ ，因整车高度也随之升高至高位 Ｈ+1 =5300ｍｍ 。由图4右下角可见，整孔钢桁梁已经被顶起脱离了特种组焊支架的纵梁顶面，即钢桁梁已经完全支承在轮轨式运梁小车上，可以由配套运梁车驮运出场，并可一直运到架桥施工现场。步骤1：设计和组立特种组焊支架并在其上进行钢桁梁的整孔组焊施工。由图 1a及图2，首先根据需要进行整孔组焊的钢桁梁的跨度、宽度、总重量及相关结构尺寸计算、设计。例如两下弦杆的中心距、下弦杆的截面尺寸、钢桁梁的桁架节间距及其下平面的横梁间距及截面尺寸等，同时还须严格结合架桥机配套运梁车中位总高度、液压悬挂轮胎组的着地宽度等，来确定特种组焊支架的总长度、总高度、立柱的纵向和横向间距、立柱及纵梁的截面构成、横向联结系的结构形式及数量，各杆件之间的焊接连接工艺等。简言之，须对特种组焊支架进行结构计算和设计，出齐施工图，然后照图加工制作和安装，经验收合格，即可在其上进行钢桁梁的整孔组焊作业。步骤2：将配套运梁车驶入已完工成形的钢桁梁底部，准备驮运钢桁梁出场。由图1ｂ 及图3可见，整孔钢桁梁业已组焊、涂装完工，所要采用的整孔架设特种架桥机的两列液压悬挂轮胎式配套运梁车开始以低位高度(Ｈ-1 ＝4700ｍｍ )，沿着钢桁梁2根下弦杆的正下方同步驶入。此时运梁车顶面与上述钢桁梁下弦杆底面之间有 300ｍｍ 的净空，运梁车与组焊支架由立柱及纵梁组成的左右两列排架之间亦有足够的间隔，故运梁车可以顺畅驶入。而以上所述运梁车的低位是由液压悬挂轮胎式运梁列车的垂直支承油缸自动缩进300ｍｍ 来达到的。步骤3：运梁车完全驶入钢桁梁底部并准确就位，液压悬挂起升，将钢桁梁顶起使其脱离特种组焊支架。由图1c及图4 可见，两列运梁车已完全驶入到钢桁梁2根下弦杆的下方并已准确就位；然后，令液压悬挂轮胎式运梁列车全部垂直支承油缸同时伸长600ｍｍ ，使运梁车上轮轨式运梁小车的顶面达到高位水平，使运梁车的总高度达到 Ｈ+1 ＝5300ｍｍ ；这样就可将钢桁梁从2根下弦杆底面托起，脱离组焊支架纵梁的顶面，并有300ｍｍ 的净空。于是，钢桁梁已完全支承在运梁车的运梁小车之上，此时运梁车已可驮着钢桁梁驶出工场。步骤4：运梁车驮着整孔钢桁梁驶出工场，准备开始新一轮的钢梁组焊作业。由图 1ｄ 可见，钢桁梁已被运梁车运走，而留在原位的特种组焊支架又可开始新的一孔钢桁梁的组焊作业。同时结合图1ｄ ，平面视图 Ｄ-Ｄ 与图2 来看，特种组焊支架两列排架之间的横向联结系是一种空间桁架结构，因而可以保证其在相互垂直的竖直平面和水平面内均可有足够的总体稳定性。步骤5：运梁车驮运整孔钢桁梁到达架梁现场，靠拢并对准特种架桥机尾部喂梁。由图5可见，运梁车已将钢桁梁驮运到达架梁工地，并已靠拢特种架桥机的尾部，可以将钢桁梁喂进架桥机的腹内，架桥机接着开始架梁。喂梁的方法是：开动骑在运梁列车之上的轮轨式运梁小车（图3中的 Ｎ2），则该小车带着整孔的钢桁梁沿着运梁列车之上的轨道驶入与之衔接的特种架桥机上的轨道，徐徐驶进架桥机腹内，完全到位后，架桥机就可以将钢桁梁整孔吊起，轮轨式运梁小车便可退出并回到运梁列车之上，即完成了喂梁工序。综上所述，与现有的技术相比，本文所述超大型钢桁梁整孔制作与装运一体化的装备与技术有以下特点：１) 能够实现跨度120ｍ 双层4线公铁两用钢桁桥在工场内整孔（自重3000KN）组焊与装车发运一体化施工，能够紧密配合大跨度、大断面、大重量的长大钢桁桥的整孔架设技术的顺利实施，能够充分利用和发挥所要采用的整孔架设特种架桥机配套运梁车可以自动升高和降低的特别功能，从而实现了一车两用而节省了现有技术所必须配备的2台1500ｔ 级大型龙门吊机及其重型轨道。２) 大量精简了钢桁梁制作专用场地的大型硬件设施，免除了工场内大型起重设备的安装、调试、使用、维护等环节，节省了投资，缩短了工期，提高了钢梁生产率，大大减少了事故的发生率，提高了生产安全性。３) 由于本实用新型技术系大跨度钢桥建造行业的开创性技术，故其具有被广泛推广使用的重要价值，并可望产生巨大的经济效益。
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