高速鐵路客運專線施工裝備的選型與優化

    1高速鐵路客運專線對設備的需求

    與普通鐵路相比，高速鐵路客運專線建設除需要大批的常規設備外，還需要一批大型化、專業化、智能化的專用設備和專用的試驗、檢測、測量設備，以確保技術指標的控制，保障施工能力，保證生產效率。主要需要如下設備:

    (1)橋梁施工設備。

    高速鐵路客運專線橋梁施工由于對鉆孔樁、混凝土以及橋梁結構和材料的特殊要求，須在常規設備的基礎上配備其他相應的設備。

    (2)提、運、架設備。

    高速鐵路客運專線中，橋梁所占比例約為36%，且以32m/900t梁為主，采用預制架設的方案，需要配備900t架橋機、900t運梁車、900t或450t提梁機。這些設備多數已在國內進行研發和制造，采用國際先進的機械、電氣、液壓及其一體化技術，大多采用國際知名品牌的零部件，有少數的設備依靠進口。

    (3)移動模架造橋機。

    不具備預制架設條件的施工地段，其橋梁設計多采用連續箱梁，連續箱梁多采用移動模架造橋機施工，梁以現澆為主。跨度32m、重900t的移動模架造橋機國內已有多家廠家研制成功，并投入使用。

    (4)旋挖鉆機。

    橋梁的樁基礎大多采用直徑1.25～1.5m的鉆孔樁，而且鉆孔樁的數量和工程量也相當大。旋挖鉆機以其自帶動力、環保節能、生產效率高等優越性，被大量采用。

    (5)大型混凝土攪拌站。

    高速鐵路客運專線對橋梁基礎、墩臺及預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。而且產量很大，所以需要配置生產能力大、配料精度高、預留足夠添加劑計量控制接口、性能穩定可靠的混凝土攪拌站。

    (6)大噸位壓路機。

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

    (7)隧道施工設備。

    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備，以滿足隧道施工安全和效率的要求。

    (8)軌道施工設備。

    設計時速350km的軌道主要采用無渣道床，設計時速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、軌道吊裝調校設備等成套設備，這些設備需要從國外引進或進行技術合作?？瓦\專線軌道采用跨區間無縫設計，需要配備焊軌生產線、移動焊接設備、軌道鋪裝機等專用設備。高速鐵路客運專線各項工程對設備種類的需求如表1所列。

    2高速鐵路客運專線提、運、架設備的形式比較

    高速鐵路客運專線的橋梁工程在整個客運專線工程中所占比重很大，設備投入相對較大，橋梁的預制、運輸、架設對設備的安全性、可靠性、穩定性提出了很高要求。目前國內提、運、架設備生產廠家主要有上海港機重工有限公司、北京萬橋興業機械有限公司、北戴河通聯路橋機械有限公司、中鐵武橋重工股份有限公司、鄭州大方橋梁機械有限公司等，有的采取引進國外先進技術，在國內研發制造，有的是自主設計制造，且設備形式也各有不同。目前，各種形式的設備都已在國內的高速鐵路客運專線建設中投入使用，各有千秋。下面根據調研和分析，對各種設備形式進行比較，以期提供選型依據。

    2.1提梁機

    梁場900t提梁機按行走形式分:主要有輪胎式和輪軌式，按結構形式分，有單臺900t和2臺450t。其中900t提梁機有單門架和雙門架2種形式，具體型號有2×450t輪胎式提梁機、2×450t輪軌式提梁機、900t輪胎式單門架提梁機、900t輪胎式雙門架提梁機4種形式。通過調研，了解到梁場運用900t輪胎式提梁機和2×450t輪軌式提梁機較多。900t輪胎式提梁機便于梁場布置，在梁場內按預留通道可以縱橫向移動，吊梁、裝梁，轉運比較方便。2×450t輪軌式提梁機需要軌道，只能按固定線路運行，主要用于跨線作業。

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

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

    (3)900t輪胎式雙門架提梁機。天車對稱布置，雙門架結構，其他性能和單門架式差別不大，雙門架的優勢是裝梁時，運梁車可以從側面進入到提梁機下方。但此種機型占地面積較大，預留通道也比單門架形式要寬。

    (4)提梁機的選型主要依據是: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專線梁場中幾種形式的提梁機均有不同數量的應用，以選擇2×450t輪軌式提梁機和900t輪胎式單門架提梁機組合的稍多一些。

    2.2運梁車

    20世紀70年代初，大型混凝土預制整孔箱梁架設技術面世。90年代初，這種運梁架橋技術在韓國高速鐵路施工中應用，運載重量達560t。運行技術中采用液壓三點平衡系統。2000年，這種運梁架橋技術在中國秦沈客運專線施工中應用，運載重量達600t。其設計出發點是:(1)簡單、實用、可靠、安全。(2)采用連桿系轉向。(3)采用分段模塊化剛性主梁。(4)采用液壓三點平衡系統。

    2000年初，臺灣高速鐵路施工再次大規模使用這種技術，運載重量最高達915t，輪組90°，原地轉向技術被采用。運梁車目前主要有16軸線和17軸線2種規格，2種車型長度和寬度不一樣，所用輪胎規格也不一樣。但是針對900t箱梁運輸采用16軸線運梁車。900t運梁車無論進口還是國產，基本構成和工作原理都大同小異，主要區別在于設計理念在以下幾方面有所不同。

    發動機:均為2臺主機，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臺主機可以保證在其中1臺發生故障時，另1臺仍能保證設備完成運輸任務。

    驅動軸:高速鐵路施工規范規定，運梁車驅動軸數占總軸數的1/3即滿足爬坡要求，16軸線的運梁車驅動軸主要有5軸、5軸半和6軸3種，驅動軸數多的爬坡能力大，分布形式有集中分布和間隔分布2種。制動系統:有全液壓制動、氣-液制動、氣壓制動3種方式。

    托梁小車驅動:有電機驅動-鏈條傳動、液壓驅動-鋼絲繩傳動2種方式，因為托梁小車要求保證和架橋機吊梁小車的同步性，鏈條傳動比鋼絲繩傳動要精確，也易于維護。但如果選擇定點起吊形式的架橋機，運梁車不需要有托梁小車。

    軸負載補償油缸: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。

    行進方式:有直行和斜行(最大轉角30°)，目前投入使用的運梁車多數都可直行和斜行，只有極少數的只能直行。

    為了更為直觀的表述目前投入使用的運梁車技術特點，圖1選擇了在國內目前客運專線建設中所占份額較大的幾種車型進行比較.

運梁車技術參數比較折線圖

    2.3架橋機

    架橋機主要形式:

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

    2.3.1輔助導梁式架橋機

輔助導梁式架橋機

    輔助導梁式架橋機的設計方案是結合下導梁式架橋機和桁架式架橋機兩者的優點而提出的。針對高速鐵路橋梁施工特點，基于2個原則而設計:

    (1)減少操作時間，進而降低施工成本。

    (2)設備易于操作，從而降低失誤的可能性,增強安全操作性能。

    輔助導梁式架橋機設計制造與應用十分成功。已在臺灣高速鐵路橋梁施工中得以證實，輔助導梁式架橋機技術成熟、先進，使用方便簡單，運行安全可靠，具有以下特點:

    (1)架橋機可以通過運梁車馱運實現短途運輸，轉移工地。架橋機經過簡單拆解后，支腿與個別部件由運梁車馱運可以通過高速鐵路雙線隧道。

    (2)架橋機進行架設時，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，架橋機支撐狀態僅處于一孔梁之上，使橋梁受力簡單，架橋機自身結構也輕巧。

    (3)架橋機通過支撐在橋墩上的輔助導梁自行向前過孔，整機穩定，安全穩定系數高。

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

    (5)在整個架設過程中，架橋機保持整孔預制混凝土箱梁始終處于"四點吊運/支撐，三點受力"的狀態。

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

    (7)架橋機變跨架設時，調整孔距簡單，不需要其它輔助設施。輔助導梁式架橋機一個作業工況如圖5所示。

    2.3.2桁架式架橋機(無導梁)

桁架式架橋機(無導梁)

     桁架式架橋機為無導梁輪胎行走形式架橋機，喂梁時后支腿走形輪組打開成寬式支撐，進行提梁、架梁，過孔時前支腿折疊翻轉后移，兩個吊梁小車后移至主梁尾部，起到平衡配重作用，架橋機以懸臂方式過孔。

    2.3.3下導梁架橋機

導梁式架橋機(無導梁)

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

    架梁時運梁車需開到下導梁上，運梁車與下導梁對位較難；且與運梁車配合時間過長,梁體懸停時間長，影響架梁效率；因對位要求，使運梁車互換性差；卷揚機在上邊，影響入繩角度與纏繞。定點起吊，下導梁跨兩跨，不易架設最初及最后兩跨橋梁。

    高速鐵路客運專線的大規模建設，對非傳統鐵路的施工企業參與施工，機遇和挑戰并存。機遇是因為高速鐵路客運專線的建設給施工企業創造了多元化發展、擴大規模、鍛煉人才和提高技術的機會;挑戰是因為高速鐵路客運專線對施工企業技術裝備的投資與管理、人才的配備以及項目管理都提出了新的要求。企業應該高度重視高速鐵路客運專線大型專用設備的投資采購，并盡快培養專用設備的管理和技術人才，打造一支專用設備的專業化管理團隊。