架桥机
架桥机(launching machine),是将预制钢筋混凝土(或预应力混凝土)梁片,吊装在桥梁支座(桥墩)上的专用施工机械。
1953年,中国产悬臂架梁式65-53型架桥机在中铁工业验收出厂。1994年,JQ130架桥机诞生,在中原地区首次实现“空中移梁,一次到位”,T梁架设效率提升25%。2018年,JQ1000架桥机顺利架设,标志高铁1000吨级架运装备研制成功。2022年1月18日,世界首台桩梁一体架桥机“共工号”由中国中铁科工集团研制成功,实现桥梁建造完全装配化施工。架桥机主要组成部分包括主体结构、筒车系统、过孔系统和动力系统。架桥机可分为单梁式架桥机、双悬臂式架桥机、双梁式架桥机等类型。
架桥机作为架梁施工的大型专用机械设备,被广泛应用在各种地形气候条件下的城市高架、轨道交通以及桥梁工程中。代表的架桥机型号有陆吾号、越海号、共工号等。
历史沿革
1953年,中国产悬臂架梁式65-53型架桥机在中铁工业验收出厂。该架桥机由山海关桥梁厂(现在的中铁工业)在苏联专家支持下研制,起重量65吨、可架设16米梁的悬臂架桥机。1958年至1959年,分片架设再合成的130吨/32米钢筋混凝土梁的悬臂架梁式130-58型和130-59型架桥机先后制成投入使用。
1966年,起重量为130吨的简支架梁式66型架桥机由大连机车厂制成。使架桥机安全性大幅提升,但铁路混凝土桥梁那时多为T型梁片,架这种梁片必须进行三次人工移梁。
1978年12月8日,在湖北省武汉市一个废弃农机厂内,中铁科工的前身中铁工程机械研究设计院开始筹建。1979年3月3日,带着实现“铁路施工机械化”的使命,铁道部武汉工程机械研究所成立。在20世纪70至80年代,基于成功研发的66型简支架梁式架桥机,进行了改进并制造了一系列新型架桥机。这些包括胜利型和战斗型的130吨架桥机,以及成都130型和广州130型双梁(机警)式架桥机。
1994年,JQ130架桥机诞生,在中国首次实现“空中移梁,一次到位”,T梁架设效率提升25%。京九铁路建设期间,4台JQ130架桥机参与,共架梁超3000孔。2000年,中铁科工成功研制出JQ600架桥机,随后架设24米、20米的整孔双线箱梁160余,承担起秦沈客运专线建设重任。
2002年,中铁大桥局集团有限公司的600吨/24米架桥机获得了国家科技进步二等奖。同时,中铁4局集团、郑州大方公司、上海电力环保设备总厂联合研发的DF450型架桥机和DCY450型轮胎式运梁车,在秦沈客运专线的施工中取得了成功,完成了500多个标段的450吨/32米单线并置箱梁的运架工作。在这些设备中,DCY450型轮胎式运梁车是秦沈客运专线施工中独立成功研发的8台运架设备之一。
2006年,合宁铁路客运专线首孔900吨级32米双线整孔箱梁架设,JQ900A架桥机成功应用,比国外同类产品价格低40%。2017年,中铁九桥工程有限公司成功研发了一款240吨跨线桥梁专用架桥机。该架桥机具有强大的跨越能力,采用先进的机、电、液一体化构造,自动化程度高。它能够便捷地调整梁段的空间线型,特别适用于轨道交通大跨度跨线高架桥的梁段架设。此架桥机已成功应用于上海地铁10号线。
2018年,济郑高速铁路VI标段施工,JQ1000架桥机顺利架设,标志高铁1000吨级架运装备研制成功。同年,中铁九桥工程有限公司成功研发了JQ280-50型钢混组合梁专用架桥机。这款架桥机具备强大的起重能力,达到280吨,采用支腿三维调整技术。其设计能够适应小曲线和大坡度桥梁的架设,吊装和纵移过跨操作简便,同时架梁速度快。已成功应用于云南寻沾高速小龙潭大桥以及牛栏江大桥的钢混组合梁架设工作中。
2020年11月,世界首台千吨级架桥机昆仑号投入使用,参与了福建省福厦高铁梅州湾跨海大桥的修建。该架桥机由中国铁建股份有限公司有限公司负责开发、设计、制造和运营。它被设计用于高速铁路24米、32米、40米箱梁的施工,预计可降低20%的架梁成本并提高25%的工程速度。2020年12月,由中国交建所属中交中交第四航务工程局有限公司航通公司研发的步履式过孔新型架桥机诞生。以其安全、高效的优势服务于项目建设。
2021年,中铁九桥工程有限公司研发了JQ400-60型钢混组合梁专用架桥机,成功应用于江西祁婺高速公路南山路特大桥380吨、60米钢混组合梁的架设。2021年5月,由中建八局自主研发的国内首个智能装配造桥机,在绍兴市越东路北延智慧城市快速路项目成功运行,开启了高架桥装配化建设的新开端。
2022年1月18日,世界首台桩梁一体架桥机“共工号”由中国中铁科工集团研制成功,这台装备将实现桥梁建造完全装配化施工,推动世界桥梁建造工艺迎来重大变革。2022年11月25日,IABM智能装配造桥机2.0于江苏盐城—洛阳高速公路项目正式上线,这台集智能化、数字化、装配化于一体的大型市政桥梁施工设备,携六大创新突破,再次发力高架桥装配化建设。
工作原理
架桥机的工作原理是利用下导梁作为运梁通道,其主梁一般采用双轨三角刚架结构,长度通常为最大跨度的2倍。架梁机在操作中,中支腿展开,前后支腿负责承载,前支腿固定在承载梁上,在架桥机完成过跨并就位后由其提供支撑,同时具备横向移动的驱动机构。中支腿和梁体之间相对移动,架桥机的过跨主要由中支撑实现,后支腿则在过跨时起到支撑作用。运梁车将梁段运送至架桥机腹腔,中支腿收起,待前、中腿承载后,后支腿卸载,起重车将梁段移离运梁车,通过纵向移动释放下导梁的位置,使梁段直接落放至墩顶上进行安装。
基本构造
架桥机主要组成部分包括主体结构、筒车系统、过孔系统和动力系统。主体结构用于安装天车系统、动力系统、驾驶室和相关机电设备。这包括主梁(单主梁或双主梁形式)、前支服、后支服,有些架桥机还包括一人或多个辅助支限,根据结构形式的不同而异。天车起升系统则由两个起重行车组成,每个起重行车包括车架、吊梁行车、箱梁吊具、动滑轮组、定滑轮组、导向滑轮、均衡滑轮和卷扬机等设备。天车起升系统通过“四点起吊、三点平衡”实现均载功能。过孔系统包括导梁(对于导梁式架桥机)、安装在主体结构前后支腿的台车(一般采用轮轨式),以及导梁吊运行车。它的主要作用是将完成架梁任务的架桥机移动到下一个位置,为架设下一片梁做好准备。动力系统则包括柴油发电机、各种电动机以及电器控制系统。
以下以SPJ900/32箱梁架桥机为例,说明架桥机的结构组成。SPJ900/32箱梁架桥机主要由电气控制系统、结构部分、机械动作部分、液压系统及走行轨道等部分组成。基本结构由导梁、车后支腿、中国中车集团、前支腿组成。
主梁
SPJ900/32箱架桥机采用双主梁结构,每组主梁由两片架组成,高度为4.34米。这种结构呈三角形,由上下平联和横联的再分架组成。架上弦杆上方安装着轨道梁,而轨道梁只在导梁节点处与上弦杆接触,这样设计可以确保主梁在起重小车(1号和2号小车)负载走行时仅承受节点荷载。主梁直接放置在中车横梁上,并通过螺栓与后车结构、前支腿结构相连接。
后车结构
SPJ900/32箱架桥机后车结构采用2形门架结构,以适应运梁车驮运箱梁进出,在后车结构与后车走行台车组之间设有可调垫块,以适应线路坡度要求。
中车结构
SPJ900/32箱架桥机的中车结构由中车横梁、斜撑和主梁支座构成。中车横梁采用鱼腹式悬臂梁,横梁中部的腹板开有孔洞,用于安装液压泵站。在横梁与主梁之间设置有斜撑,这有助于提高主梁的侧向刚度,防止主梁侧倾。中车结构还设有顶升机构,在架梁作业时可以调整中车的支承状态。主梁支座仅配备水平限位装置,不限制主梁绕中国中车集团梁的转动自由度。
前支腿结构
SPJ900/32箱架桥机的前支腿结构包括横梁和平面构架系。支腿立柱设有伸缩机构和翻转机构,用于调整架桥机在上下坡架梁、变跨架梁和悬臂过孔时前支腿的高度。在架桥机假设架设最后一片梁时,先收缩支腿,然后利用翻转机构将前支腿向前翻转,这样前支腿可以顺利支撑在桥台上进行架梁作业。
起升系统
SPJ900/32箱架桥机的起升系统由两台小车组成,采用了4点受力3点静定起吊的起升原理。其中,1台小车的两个卷扬机通过均衡装置实现两吊点受力均衡,形成静定的3点起升体系。这种设计避免了4个吊点在横向起升时造成的差异,确保了梁段在吊装过程中保持平衡、稳定和安全。
液压系统
SPJ900/32箱架桥机的液压系统包括中国中车集团液压机构、前支腿液压伸缩及翻转机构、以及起重小车横移机构。中车和前支腿的液压机构能够确保架桥机在完成架梁准备工作时的安全性。而起重小车横移机构具有极高的横移精度,达到了1毫米,能够保证箱梁的精确对位。
电气系统
SPJ900/32箱架桥机的电气系统负责控制架桥机的吊装操作、行驶过孔以及施工照明,是架桥机在梁体吊装作业中的操作控制系统。司机控制室内设有监控系统和故障诊断系统,使驾驶员能随时监测架桥机的运行情况,以确保作业安全。
基本分类
按用途分类
1、900t双线箱梁架桥机
2、450t、550t、60t单线箱梁架桥机。
按导梁有无与导梁用途分类
无导梁式
无导梁式架桥机通常需要两跨架梁起重小车吊梁沿着主梁行驶至待架孔位后进行定点落梁。这种架桥机在过孔走行时无需铺设走行轨道,因此速度相对较快。然而,在过孔作业时由于缺乏适当的引导,很难满足对小曲线桥梁或隧道口桥梁有特殊要求的建设需求,其适应范围相对较窄。
有承架桥机半自重过孔的导梁式
此型架桥机有一略长于一跨、承重不大(1/2自重)的导梁,却带来过孔安全稳定的优良性能,从而成了900t级的主流架桥机,JO900C型。
导梁承箱梁重式架桥机
由运梁车上的前后移梁小车驮梁上导梁到梁位上方,定点起吊箱梁,退出二移梁小车,吊起导梁前移让出桥位,落箱梁到位
下导梁承梁重(900t)加车重(230~280t)式架桥机
运梁车直接驶上导梁可以避免导梁承箱梁重的过渡困难,但这种方式会增加25%~30%的匀布载荷(车重)。同时,后腿需要使用两套支腿(包括C形供梁支腿和吊梁承重支腿)。
按支承跨数分类
单梁式架桥机
这种桥梁施工机械的吊臂为一箱形梁,向前悬伸,前端有一个能折叠的立柱(由左右两脚杆组成)。这款机器能在空载状态下自行驶入桥位,并将前立柱伸直,支在前方桥墩上。当架设梁片(或整梁)时,吊臂接近简支梁状态。它需要在空载状态下自行驶入桥位,将梁片从铁路平板车转移到特制运梁车上,然后将此运梁车与架桥机后端对齐。两台吊梁小车行驶在架桥机吊臂上,将梁片吊起,沿吊臂前行,到达桥位后落梁。为适应曲线架桥,该机的吊臂能在水平面内稍微摆动。梁片就位的方法与双悬臂式架桥机相似(移梁或拨道)。这种机器的优点在于取消了平衡重,不再需要机车顶推,也不需要桥头岔线,提高了机械化程度,改善了安全性能。130吨胜利型架桥机就是其中的一种。
双悬臂式架桥机
这种桥梁施工机械在苏联较早使用。1948年引进时,其前后臂都采用钢板梁,有两种吊重分别为45吨和80吨。到了50年代,将双臂改为构架,吊重增加至130吨。这类架桥机无法自行移动,需要借助机车顶推。前臂用于吊装梁体,后臂则用来吊起平衡重,两者均不能在水平面内摆动。在架桥作业中,常常需要特制的80吨小平车将梁片运送到架桥机前臂的吊钩下进行吊装(称为“喂梁”)才能进行起吊。为了便于调车作业,需要在桥头铺设岔线。架桥机吊起梁后,轴重增加,而桥头新建的路堤较为松软,因此,需要对架桥机吊梁行车地段进行加固措施,例如用重车压道或加插轨枕等方法。
双梁式架桥机
红旗型和燎原型架桥机属于这类机器,其吊重为130吨。吊臂由左右两条箱梁组成,贯穿整个机身并向前后端延伸,两端各有两腿杆组成的折叠立柱。红旗型两梁的中距为3.4米,而燎原型为4.8米。两条箱梁之间配备两台桁车,可以沿着吊臂纵向行驶。吊梁小车安放在桁车上,能够在桁车横向行驶。待架的梁片(或整梁)可直接由铁路平板车送到架桥机的后臂下方,再用吊梁小车吊起,并凭借桁车前移、吊梁小车横移,最终将梁片落到位。这类架桥机的前后端均可用于吊装和落梁;不需调头即可改变架梁方向;前后臂均可在水平面内摆动以适应曲线架梁;分段架设时无需移梁或拨道,梁即可就位;不需要使用桥头岔线或特制运梁车来进行"喂梁"。
性能指标
以上为部分架桥机的性能指标,信息来源:
关键技术
下面列举国内外架桥机的主要技术性能,所提供的厂家产品系列技术性能仅供参考,实际产品的主要参数可以根据用户要求有所改变。
CZ型造桥机主要技术性能
CZ型造机是为满足武汉地铁1号线一号线的特殊要求而研制开发的造桥机。它以地面轨道为支撑,采用万能备品式拆装杆件作为主要承载梁,并配备专用走行设备和高精度模板系统,能够实现对轻轨PC梁进行逐孔现浇施工。
以上信息来源:
ZQJ64预应力混凝梁造机主要技术性能
ZQJ64应力凝梁机是在96m大度预应力混凝土梁造桥机的基础上,经改造扩大使用范围的公路、铁路桥梁专用设备。
以上信息来源:
LG900H架桥机技术性能指标
以上信息来源:
应用领域
架桥机作为架梁施工的大型专用机械设备,被广泛应用在各种地形气候条件下的城市高架、轨道交通以及桥梁工程中,并且发挥着越来越重要的作用。
铁路架桥机的使用包括900 t 级过隧箱梁架桥机、550 t 级箱梁架桥机、T 型梁架桥机。中国的高速铁路里程已超过4万公里,位居全球首位,而这张“中国高铁”的世界名片离不开架桥机这样的施工设备的支持。中国正在推广使用创新设计的高铁1000吨/40米简支箱梁,并相应地,千吨级40米高铁箱梁的提升、运输和架设设备也需要重新进行研制和投入使用。针对这种需求,新研发了两种千吨级40米高铁架桥机,分别是运架分体式架桥机和运架一体式架桥机。城市轨道交通架桥机主要运用槽型梁架桥机、单轨交通 PC 梁架桥机。公路方面主要运用公路大型双幅预制箱梁架桥机机械。
标准规范
(1)架桥机的净空应满足客运专线所架梁体的构造尺寸要求。
(2)架桥机支腿应作用于箱梁板上。
(3)架桥机支腿的构造及其作用力的大小应与客运专梁体及台尺寸和承裁力相适应。
(4)架桥机支腿作用于梁体及台的承面积应满足局部承要求。
(5)在吊梁及落梁过程中,吊点位置应满足设计要求,并保持四支点均匀受力且为同一平面,误差范围应满足设计要求。
(6)架桥机应能适应千斤顶落梁工艺,并自带落梁千斤顶。
(7)架梁时产生的支承反不得超过设计规定的施工荷载作用下容许的向承载力。
(8)架桥机设计审查中应通过设计院相应的检算送检料中应有各种工况下对相关结构的明确受力简图。
制造商与代表型号
制造商
中国铁建
中国铁建是中国领先、国际先进的施工装备制造商,专注于研发、制造、销售和服务。其重点任务是通过智能制造来实现装备制造的发展升级,主要以加快新一代信息技术与生产制造的深度融合为主线。公司着眼于推动装备制造产业的数字化、软件化和网络化转型,采用柔性化、定制化和智能化的生产模式以满足更广泛的市场需求,并不断提升综合集成水平。
截至2023年,中国铁建装备制造板块拥有多家工程装备、铁路专用器材制造企业,其中包括铁建重工有限公司和中铁十一局集团有限公司汉江重工有限公司等十家公司。这些企业涵盖了大型养路机械、掘进机械、轨道设备、特种施工设备、桥梁施工设备、起重设备、钢结构、铁路电气化施工设备等八大类核心产品。这一现代化工业产业新格局显示出产业特色鲜明、产品覆盖面广泛、生产设施先进、研发实力雄厚的特点。中国铁建在掘进机制造方面处于国际领先地位,年产能高达200台,占据国内市场的主导地位,TBM国内市场份额超过85%,填补了国内多项空白,为地下工程提供智能化施工解决方案和高端装备。此外,公司在大型养路机械领域占有80%的国内市场份额,其高铁电气化产品及配件具备自主知识产权,种类丰富。
中铁科工集团
中铁科工集团有限公司作为中国中铁的一员,属于中铁工业股份有限公司的核心成员企业。公司是一家集科研设计、工业制造与安装、工程服务、检测与管养于一体的大型工程装备企业。其拥有国家企业技术中心以及中国中铁施工装备技术研发中心等技术研发机构。在铁路与轨道交通工程等施工装备研制领域,该公司的核心技术已达到国际先进水平。企业共研制出30多种架桥机,国家发明专利81项,主编、参编国家或铁道行业标准28项。,并且在国家制造业中(特指架桥机领域)获得单项冠军的殊荣。
代表型号
陆吾号
中国首台千吨级单主梁低位过隧架桥机,它不仅能够快速完成40米、32米跨度箱梁的架设,而且相较于普通架桥机需要1个月的过隧重装和转场时间,“陆吾号”仅需1天,极大地压缩了工程周期。
越海号
是世界最大吨位1800吨级整孔预制箱梁架桥机,能适应不同跨径、小曲线半径、左右幅高低墩等多种特殊工况。
共工号
世界首台桩梁一体架桥机,实现了引孔、打桩、架梁、拼装桥墩全套作业,推动桥梁建造步入3.0时代。“共工号”全长92米,自重575吨,最大有效跨度达48米,具备16米悬臂重载作业能力。其主梁结构为双桁架,配备5条支腿、3个筒车和1个打桩装置。其中,3个天车采用高低布置,能够快速、高效地吊装多种类型的预制构件。打桩装置将桩机与钻机装置联合使用,共享一套桩架,可在空中实现4个自由度的精确调整,工作状态下能抵御8级大风,该装置已申请8项国家专利。
JQS900架桥机
JQS900是中铁科工集团有限公司用28天造,为雅万高速铁路量身打造的过隧运架设备,这也成为中铁科工设计架桥机的最快纪录。
JQ900E型
JQ900E型架桥机采用龙门式双主梁三支腿结构,包含机臂、一号起重小车、二号起重小车、一号柱、二号柱、三号柱、液压系统、电气系统、柴油发电机组以及安全保护监控系统等部件。其作业过程包括跨一孔简支式架梁,首先运梁车将梁送至架桥机尾部,然后起重小车吊起梁并进行微调,最终将箱梁准确安置到指定位置。
发展趋势
架桥机作为交通建设中不可或缺的工程机械,在未来的发展中扮演着至关重要的角色。因此,研究交通发展战略,制定设计开发目标,并在考虑法律、生态环境、人文习惯和技术限制的前提下进行设计开发是至关重要的。在这其中,技术创新尤为重要,关键技术、零部件和局部系统的先期试验研究是实现开发目标、提升产品质量的关键步骤。在确保架桥机的安全性和可靠性的前提下,模块化技术和电子控制技术的广泛应用以及关键部位的远程监控是未来发展的趋势。
在高速铁路预制箱梁方面,大跨径、大吨位的预制箱梁在适应性和经济性上都比目前通用的900吨级32米跨度的箱梁更有优势。截止2018年,已经应用于济郑高速铁路的1000吨级40米跨度的箱梁架桥机组将成为未来的主流趋势。可以预见的未来,新型的1000吨级架桥机、1000吨级运梁车、1000吨级轮胎搬梁机以及500吨级的提梁机将成为第八大类的架桥机。
注意事项
架桥机事故频发,经常导致人员伤亡和财产损失,带来严重后果。尤其是在倾覆事故发生后,不仅需要投入大量人力、物力和财力进行修复,还会对桥梁架设和铁路建设进度造成严重影响。
安全事故
2010年12月3日凌晨3点30分左右,浙江省在建嘉绍大桥发生一起架桥机断塌事故,造成1人当场死亡,1人送医院抢救无效死亡,另有9人受伤。据嘉绍跨江大桥工程建设指挥部介绍,事故发生在嘉绍大桥七标中铁大桥局集团有限公司四公司项目部B17——B18号桥墩左幅架桥机进行预制箱梁拼装过程中。
2011年6月14日上午9时左右,深圳高速公路股份有限公司代建的省交通重点工程广深沿江高速公路(深圳段)前海湾特大桥10号桥墩工地发生了一起架桥机事故。在进行架桥机作业时,架桥机导梁前支腿突然断裂,导致前轨倾覆,造成6名工人坠海。其中,1名员工受伤获救,情况稳定,另外5人坠海后失踪。
2018年7月21日上午8时30分左右,沪苏通长江公铁大桥锡通过江通道公路接线工程发生了一起事故,造成一人死亡,一人受伤。中国交建第二公路工程局第三工程有限公司在进行锡通过江通道公路接线工程XT_NT1标项目的左幅从南向北第15跨架梁施工时,架桥机在行驶过程中坠落,导致7根T梁同时掉落。当时施工现场有5名工作人员,其中2人坠落,1人当场死亡,1人受伤送医院救治,其余3人平安无恙。
2019年7月18日14时25分,在勉县定军山镇水磨湾,中北交通建设集团(中北公司)负责承建的国道108勉县段一级公路改扩建工程SG-3标汉江2号大桥发生了严重的架桥机解体倾覆事故。此次事故导致5人死亡、4人重伤、3人轻伤,直接经济损失高达1295.3万元。事故的直接原因是架桥机左前支腿钢筒支撑销轴安装不当,逐渐退出脱落,在负重状态下导致架桥机失稳倾覆解体。该架桥机在使用了8年的时间内,并未按照《架桥机安全规程》(GB-26469-2011)规定进行安全评估,金属结构件存在严重的锈蚀、磨损,多处改动、焊接加固、维修痕迹,多处安装不符合规范要求,部分金属结构已出现陈旧性断裂,整体已经不再具备基本的安全技术条件。事故的间接原因包括资料造假、违规安装、使用特种设备,监检违规,现场管理混乱等多个方面。此次事故也凸显了安全监管不到位,相关管理部门对市质检中心违规监督检验失察失管,以及勉县县委、县政府在重点项目建设安全生产工作领导不力的问题。
参考资料
架桥机.zgbk.2023-11-27
艰苦攻关、勇于创新,推动桥梁建造步入3.0时代——奋进吧,中国架桥机.人民网.2023-11-27
世界首台桩梁一体架桥机 “共工号”研制成功.人民网.2023-11-28
中国桥梁的背后,它们功不可没.新华网.2023-11-27
World's First 1000-Ton Level Bridge Girder Erection Machine Debuts in Offshore Construction.sasac.2023-11-28
架桥机的创新之旅.国务院国资委.2023-11-27
架桥“神器”再升级,中建八局自主研发的“智能装配造桥机”2.0全面进化.澎湃新闻.2023-11-27
您的请求可能存在威胁,已被拦截!.中国铁建股份有限公司.2023-11-27
冠军架桥机打破国外垄断.今日头条.2023-11-27
浙江在建嘉绍大桥架桥机发生断塌 致2死9伤-浙江在建嘉绍大桥架桥机发生断塌,致2死9伤-北方网-新闻中心.北方网.2023-11-28
在建大桥发生坠海事故4死1失踪 施工方阻拦采访——中新网.中国新闻网.2023-11-28
沪通大桥锡通高速接线工程架桥机坠落 致1死1伤.今日头条.2023-11-28
勉县108国道改扩建架桥机坍塌 “老掉牙”架桥机安装不当致5死7伤.华商网.2023-11-28