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[解读] 国内首创一体机提速桥梁架设 [复制链接]

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桥梁网 发表于 2012-6-1 11:25:57 |显示全部楼层 |          |
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国内首创一体机提速桥梁架设
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——千吨级驮运架一体机在西关环岛桥梁改造中的应用8 E) w! S8 ~+ J: p


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文/本刊记者 于倩
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4 I6 Q4 T; j- ?% E  2011年11月17日,北京市昌平西关环岛1号桥施工现场,一座重达485吨的新桥被二辆特制的机动车驮载着,缓缓地向前方200米外的新桥桥位移动。在进行精确定位后,新桥稳稳地落在桥梁基座上,随着驮桥车辆撤离,一座崭新的立交桥即架设完成,整个过程只用了不到5个小时。短短几个小时架起立交桥,这在传统的桥梁架设施工中几乎是不可想象的。然而昌平西关环岛立交桥之所以能有如此的速度,“千吨级驮运架一体机”在施工中发挥的“神效”,着实让人们惊叹。
+ `6 s* W4 M* W, u- x9 ^$ p" `  西关环岛位于北京市昌平城区西部,北六环以北6公里处,是G6(京藏高速)、G7(京新高速)、国道110和昌平区政府街、西关路的重要通道。由于长期承担着繁重的重载货运交通任务,西关环岛1、2号立交桥梁设计荷载已经不能满足重载交通现状。在2009年对该桥检测时,发现钢筋混凝土主梁底板、侧面存在大量裂缝,桥台也存在一定程度的病害,11号桥同年检测中发现桥梁下部结构状况较差,均被评定为状态差的四类桥,需要进行改造更新。# I2 }0 E9 V9 Y/ N# M
  2011年10月,昌平西关环岛改造项目启动,主要是对西关环岛1号、2号立交桥整体置换拆除钢筋混凝土旧梁,更换上部结构为正交异性钢箱梁结构新桥。11号桥拆除重建。据了解,桥梁改造通常使用就地落梁、就地新建的传统工法。1号、2号两座桥跨越八达岭高速公路,如果用以往的传统设备和工法,预计工期3个月,需要断行高速90天,2160小时。然而,作为北京市的重要通道,八达岭高速的交通流量非常大,如断行高速公路3个月,整个西北交通仅依托地方道路路网,交通将濒临瘫痪。另一种较常采用的滑移工法,则不太适用于西关环岛1号2号异形斜弯坡桥的改造,并需要占用高速公路2条车道1个月以上的时间。通行高度也需降至3.5米,无法通行大型货车,交通通行受到严重影响。
/ k7 G; r; `% J/ A. s5 R/ q1 Q7 q  综合分析西关环岛的实际情况,常规设备和传统的工法已经不能满足和适应西关环岛工程改造的现实要求。为此,此次改造使用了国内首创的千吨级驮运架一体机为主要设备,进行桥梁整体置换,将施工断行对社会交通的影响降至最低点。
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  架桥“变形金刚”显神威

  千吨级驮运架一体机作为核心设备是西关环岛工程能够快速完工的根本所在。如同变形金刚一样,在施工中发挥了决定性作用。它是我国自主创新、设计和制造的大型复杂设备,是在自行式平板运输车(SPMT)的基础上,升级研发的一种集顶升、驮运、安装为一体的大型多功能设备。SPMT(Self-PropelledModularTransporters)模块车,中译为自行式模块运输车,它是“机-电-液”一体化的先进运输设备,采用液压驱动、能进行高度调节,转向模式多样,整机运行灵活,可以在复杂路况下实现超大重物的平稳运输。而千吨级驮运架一体机在此基础上增加了上、下部顶升系统,可以对构件实现同步大行程的举升和90度转向。通过一套先进的液压控制系统与SPMT模块车结合起来,大大拓展了车辆的路况适应性,可以做到系统在运行过程中梁体变形控制在极小范围之内,避免发生梁体变形损坏。因此,千吨级驮运架一体机特别适合桥梁的快速运输和安装,达到快速施工的目的。% T) C: {5 a0 d; R- g# o
  尽管类似的机械设备在国外已有生产,并有上百座桥梁架设的先例。但是,设计、制造出符合我国公路、城市桥梁特点使用的特种车辆,其研发过程仍存在不少的困难。由于新设备在制造完成后将率先应用于西关环岛工程,那么就需要满足西关环岛桥梁改造工程的特定要求。同时,还要考虑其他桥梁的应用,要具有普适性。因此,选择何种车型,双车并联采用何种联结方式以及如何实现变形控制等成为了制造的难点。来自桥梁、车辆制造、液压、自动控制等领域的多名专家在设计、制造过程中,先后进行了几十次的技术研讨,对面临的问题逐一分析论证,集思广益,一一将问题消化解决,并最终仅化三个月时间就制造出了国内第一台千吨级驮运架一体机。
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  据北京养护集团市政九处总工卢九章介绍,车辆制造完成后,通过计算分析和模拟试验,对一体机进行指标和性能的验证和测试。并选择西关环岛2号桥B板作为试验对象,按照1:1的比例预制模拟梁,用一体机模拟实际工况进行双车联合驮运、提降梁、旧桥切割、破碎、定位等测试,获得了大量的一手数据,取得了一体机的各项参数,针对发现的问题进行了优化和改进。在实际应用中,设备达到了各项技术指标和性能的要求。其中,双车整体净承载能力大于2000吨(不计车辆自重);整车提升能力大于1400毫米;纵向爬坡能力不小于5%,横向爬坡能力不小于2%;具备直行、横行、纵向八字转向、横向八字转向、斜行、摆头摆尾等多种模式的转向功能;车辆初定位误差小于50毫米,配合桥梁三维调整系统,系统最终定位
2 B# E8 s  ~0 O4 P8 J  误差小于5毫米。一系列性能参数显示,该设备完全满足西关环岛的工程使用。
/ |+ W5 E, |2 J5 n  西关环岛桥梁改造施工过程大体分为四个阶段:新梁前期预制、旧梁挪移拆除、新梁驮运架设以及桥面环氧沥青混凝土铺筑。在施工过程中,操作人员利用全程自动化控制手段,通过液压金刚石绳锯先将旧桥面切割成8片。随后,千吨级驮运架一体机双机并联,驶入旧桥下,驻车后升起液压缸顶起旧桥,驶向破碎区,在提梁机的配合下,进行旧梁降落、破碎。依次将8片旧梁完成移除后,驮桥车双机联合,驮运预制好的新桥,通过初定位与精定位相结合的方式,利用配套研发的三维桥梁调整系统确保25个支座精确定位,新桥梁顺利落梁完成。架桥精确地控制在5毫米以内,对于西关环岛斜、弯、坡三个难题集一身的情况,若用以往工法,现场浇筑,只要稍微有一点误差,就无法吊装。! f- q9 {$ I9 [3 t* j. c
  以新设备为主的应用,再次验证了其最大限度减少对交通的影响:拆除旧桥按计划每日占路7小时,实际最短驮运旧梁时间仅为48分钟。安装新桥计划每日占路7小时,实际驮运安装新桥最短时间仅为3小时22分钟,安全、顺畅、平稳、精准地将新桥就位。并且在整个驮旧架新过程中未发生任何安全事故。2 y1 h* n$ b  L* Y% [2 P, H  T
  西关环岛桥梁改造工程在应用新工法的情况下,将传统工法所需断行京藏高速和环岛交通3个月的工期,优化为仅环岛西半侧交通局部断行50天,京藏高速仅断行16次,每次夜间断行7小时,共计112小时。实现了高速公路无全日断行,减少了约2000小时,83天,施工效率提高了60%以上。
+ R% Y7 |2 `# K1 `* `; B: n  西关环岛桥梁改造施工过程大体分为四个阶段新梁前期预制旧梁拆除挪移新梁驮运架设以及桥面环氧沥青混凝土铺筑0 V6 r/ _$ J* n8 g4 y9 J/ Z

  国内外驮运架设备现状

  以SPMT为主要设备的工法在欧美发达国家已经有了很多应用,尤其是在美国。2004年美国就开始启动SPMT工法进行桥梁改造施工的有关研究。组织专家进行了大量的调查研究,2007年开始进行桥梁改造,先后有超过百座桥梁通过该工法完成了改造。仅2009年美国犹他州交通部就启动了80个使用该工法的项目,并将该工法推广于其他各州应用。
. e* M% F* Y' X( E  德国的Scheuerle(索埃勒公司)和荷兰MAMMOET(玛姆特公司)是世界著名的机械制造商,专业承揽大型设备、物资的海陆运输,大型工程项目的承接,特别是超大、超重、超宽、超长、超高设备的运输、起重吊装工程。他们可模块化拼装载重量100—10000吨的SPMT设备,美国犹他州的项目即为Scheuerle提供的设备。他们依托强大的机械设计制造能力,积累了丰富的工法经验。2 R; z, K+ P  Q0 \2 n

  在我国,西关环岛工程首次应用了桥梁整体置换的工法,在参考国外技术同时,自主设计、制造出了“千吨级驮运架一体机”,并进行了自主化国产化的研发,在技术指标和性能上进一步优化,更适用于我国公路桥梁的架设。特别是该设备在西关环岛桥梁改造工程中得到了成功应用。体现在以下几个方面:首先针对西关环岛桥梁“斜、弯、坡”的特点,千吨级驮运架一体机技术有了新的超越。性能达到在纵坡5%,横坡2%的情况下完成任务。同时,实现了双车同步顶升、同步运输行走。在同步运输新梁过程中,钢箱梁实际变形量仅为1.3厘米,大大低于设计值12厘米的变形限度。配套自主研发的900吨提梁机,可实现8个吊点同步降梁,解决了大吨位梁板的降梁难题。另外,一体机上的三维液压桥梁定位装置,可对桥梁进行平面定位,无限纠偏,精确度控制在3毫米以内。解决了以往“厘米级”达不到,落梁落不下去的问题。卢九章表示:在千吨级驮运架一体机设备的研发上,我们还是个学生。国外一体机的制造商都是国际知名的大型跨国机械制造商,实力雄厚,工艺精良,研发能力很强,产品可靠性高。反观国内,受各个方面的条件制约,无论在研发能力、制造水平还是可靠性上都与国外大厂商的产品存在一定的差距。但是,在应用方面,我们已经有了自己特有的技术,达到了国内首创,技术领先的水平。希望新工法能对城市桥梁改造起到借鉴和推广应用,在今后应用中,该设备还将不断地优化和升级。
; B( x" b! `1 i. o  多次前往西关环岛施工现场考察的原交通运输部总工程师凤懋润对此颇有感想,他认为,北京市昌平西关环岛立交桥采用全新技术实现了高效整体换桥,创造了旧桥改造工程的新工法,为繁忙交通干线上的换桥工程做出了示范,该项技术具有国际先进水平。特别是西关环岛桥梁改造工程在“现代化、精细化、人性化”方面创造了新经验。其一,“现代化”的工法:以自行式液压模块运输车为核心自主研发的集驮、运、架于一体的新设备、配套使用的分离自行式900吨提梁机,以及运用三维液压定位装置和同步顶升技术辅助施工。这在我国桥梁改造过程中是第一次使用的新型成套机械设备,这一“现代化”的工法与国际接轨。新工法较比常规施工方法成倍地缩短了封闭交通时间。其二,“精细化”的施工控制:桥梁改造工程“精细化”施工目标应该是:桥梁定位争“毫厘”、换梁作业争“分秒”。通过精确的技术措施实现了新梁位置毫米级的精准定位;坚持一切工序围绕“交通导改”的原则。通过综合集成管理实现参建各方的有效组织和工序无缝衔接,关键路线工期细化到小时,提前编制、下发工序时间节点计划,各组准时进场、按时退场,确保了高速公路及时恢复通行。其三,“人性化”的社会管理:将文明施工贯穿全过程。指挥部采取对环岛施工区域进行“硬”封闭,外覆喷涂,确保整洁美观;施工区、办公区场地硬化,现场常备水车降尘;选用低噪音发电机设备、桥面切割前加装集水槽导流污水等措施。同时加强现场照明,将大型设备作业时间调整为每日7小时,最大限度地减少对附近居民的干扰。
) }" J  ?7 I, s& ~  K  交通要道上的桥梁改造工程是一项全新的技术挑战,尽可能地降低因封闭交通而付出的“社会成本”是最重要的指导原则。西关环岛是重要的交通节点,每封闭道路一小时,都会造成极大的经济损失和社会影响。在吸收国外先进经验的基础上,我国自主研发的千吨级驮运架一体机及配套设备,实现了高效整体换桥,极大地提高了施工效率,成倍地缩短了封路作业时间,取得了显著的经济社会效益,有着广阔的推广应用前景。& S- n) `# |) F
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