高速铁路客运专线施工装备的选型与优化

    1高速铁路客运专线对设备的需求

    与普通铁路相比，高速铁路客运专线建设除需要大批的常规设备外，还需要一批大型化、专业化、智能化的专用设备和专用的试验、检测、测量设备，以确保技术指标的控制，保障施工能力，保证生产效率。主要需要如下设备:

    (1)桥梁施工设备。

    高速铁路客运专线桥梁施工由于对钻孔桩、混凝土以及桥梁结构和材料的特殊要求，须在常规设备的基础上配备其他相应的设备。

    (2)提、运、架设备。

    高速铁路客运专线中，桥梁所占比例约为36%，且以32m/900t梁为主，采用预制架设的方案，需要配备900t架桥机、900t运梁车、900t或450t提梁机。这些设备多数已在国内进行研发和制造，采用国际先进的机械、电气、液压及其一体化技术，大多采用国际知名品牌的零部件，有少数的设备依靠进口。

    (3)移动模架造桥机。

    不具备预制架设条件的施工地段，其桥梁设计多采用连续箱梁，连续箱梁多采用移动模架造桥机施工，梁以现浇为主。跨度32m、重900t的移动模架造桥机国内已有多家厂家研制成功，并投入使用。

    (4)旋挖钻机。

    桥梁的桩基础大多采用直径1.25～1.5m的钻孔桩，而且钻孔桩的数量和工程量也相当大。旋挖钻机以其自带动力、环保节能、生产效率高等优越性，被大量采用。

    (5)大型混凝土搅拌站。

    高速铁路客运专线对桥梁基础、墩台及预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。而且产量很大，所以需要配置生产能力大、配料精度高、预留足够添加剂计量控制接口、性能稳定可靠的混凝土搅拌站。

    (6)大吨位压路机。

    因客运专线路基的压实度和均匀性控制较严，需要25t的全液压振动压路机用于不同填料的碾压，以满足密实度、压实均匀性和压实效果等综合要求。

    (7)隧道施工设备。

    大断面长隧道的施工需要配备以三臂液压凿岩台车为主的施工设备，以满足隧道施工安全和效率的要求。

    (8)轨道施工设备。

    设计时速350km的轨道主要采用无渣道床，设计时速200km的轨道主要采用有渣道床。无渣道床施工需采用混凝土滑模摊铺机、轨道吊装调校设备等成套设备，这些设备需要从国外引进或进行技术合作。客运专线轨道采用跨区间无缝设计，需要配备焊轨生产线、移动焊接设备、轨道铺装机等专用设备。高速铁路客运专线各项工程对设备种类的需求如表1所列。

高速铁路客运专线各项工程对设备种类的需求

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    2高速铁路客运专线提、运、架设备的形式比较

    高速铁路客运专线的桥梁工程在整个客运专线工程中所占比重很大，设备投入相对较大，桥梁的预制、运输、架设对设备的安全性、可靠性、稳定性提出了很高要求。目前国内提、运、架设备生产厂家主要有上海港机重工有限公司、北京万桥兴业机械有限公司、北戴河通联路桥机械有限公司、中铁武桥重工股份有限公司、郑州大方桥梁机械有限公司等，有的采取引进国外先进技术，在国内研发制造，有的是自主设计制造，且设备形式也各有不同。目前，各种形式的设备都已在国内的高速铁路客运专线建设中投入使用，各有千秋。下面根据调研和分析，对各种设备形式进行比较，以期提供选型依据。

    2.1提梁机

    梁场900t提梁机按行走形式分:主要有轮胎式和轮轨式，按结构形式分，有单台900t和2台450t。其中900t提梁机有单门架和双门架2种形式，具体型号有2×450t轮胎式提梁机、2×450t轮轨式提梁机、900t轮胎式单门架提梁机、900t轮胎式双门架提梁机4种形式。通过调研，了解到梁场运用900t轮胎式提梁机和2×450t轮轨式提梁机较多。900t轮胎式提梁机便于梁场布置，在梁场内按预留通道可以纵横向移动，吊梁、装梁，转运比较方便。2×450t轮轨式提梁机需要轨道，只能按固定线路运行，主要用于跨线作业。

    (1)2×450t轮轨式提梁机。此种形式的提梁机由2台450t龙门吊组成，作业时2台龙门吊同时、同步运行吊梁、装梁，适用于在没有路基的地段用于架设最初的箱梁和拼装架桥机，以及在没有施工便道上桥的条件下将运梁车吊到桥面上。

    (2)900t轮胎式单门架提梁机。采用单台发动机，能够很好的控制前后行走轮组的同步，整机不会受扭，转向模式有直行、横行和斜行，每个轮组采用单独的油缸进行转向，在不负载情况下可原地90°转向。

    (3)900t轮胎式双门架提梁机。天车对称布置，双门架结构，其他性能和单门架式差别不大，双门架的优势是装梁时，运梁车可以从侧面进入到提梁机下方。但此种机型占地面积较大，预留通道也比单门架形式要宽。

    (4)提梁机的选型主要依据是:梁场的布置形式和施工地段的地形条件，目前开工的高速铁路客运专线梁场中几种形式的提梁机均有不同数量的应用，以选择2×450t轮轨式提梁机和900t轮胎式单门架提梁机组合的稍多一些。

    2.2运梁车

    20世纪70年代初，大型混凝土预制整孔箱梁架设技术面世。90年代初，这种运梁架桥技术在韩国高速铁路施工中应用，运载重量达560t。运行技术中采用液压三点平衡系统。2000年，这种运梁架桥技术在中国秦沈客运专线施工中应用，运载重量达600t。其设计出发点是:(1)简单、实用、可靠、安全。(2)采用连杆系转向。(3)采用分段模块化刚性主梁。(4)采用液压三点平衡系统。

    2000年初，台湾高速铁路施工再次大规模使用这种技术，运载重量最高达915t，轮组90°，原地转向技术被采用。运梁车目前主要有16轴线和17轴线2种规格，2种车型长度和宽度不一样，所用轮胎规格也不一样。但是针对900t箱梁运输采用16轴线运梁车。900t运梁车无论进口还是国产，基本构成和工作原理都大同小异，主要区别在于设计理念在以下几方面有所不同。

    发动机:均为2台主机，均采用国际知名的品牌，但功率有所差异，最大的是2×447kW，最小的是2×360kW。其间还有2×420kW和2×400kW等。2台主机可以保证在其中1台发生故障时，另1台仍能保证设备完成运输任务。

    驱动轴:高速铁路施工规范规定，运梁车驱动轴数占总轴数的1/3即满足爬坡要求，16轴线的运梁车驱动轴主要有5轴、5轴半和6轴3种，驱动轴数多的爬坡能力大，分布形式有集中分布和间隔分布2种。制动系统:有全液压制动、气-液制动、气压制动3种方式。

    托梁小车驱动:有电机驱动-链条传动、液压驱动-钢丝绳传动2种方式，因为托梁小车要求保证和架桥机吊梁小车的同步性，链条传动比钢丝绳传动要精确，也易于维护。但如果选择定点起吊形式的架桥机，运梁车不需要有托梁小车。

    轴负载补偿油缸:有单作用油缸和双作用油缸2种，双作用油缸比单作用油缸安全可靠。

    行进方式:有直行和斜行(最大转角30°)，目前投入使用的运梁车多数都可直行和斜行，只有极少数的只能直行。

    为了更为直观的表述目前投入使用的运梁车技术特点，图1选择了在国内目前客运专线建设中所占份额较大的几种车型进行比较.

运梁车技术参数比较折线图

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    2.3架桥机

    架桥机主要形式:

    辅助导梁式架桥机(见图2)、桁架式架桥机(无导梁)(见图3)、导梁式架桥机(见图4)，以下是几种形式架桥机的比较。

    2.3.1辅助导梁式架桥机

辅助导梁式架桥机

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    辅助导梁式架桥机的设计方案是结合下导梁式架桥机和桁架式架桥机两者的优点而提出的。针对高速铁路桥梁施工特点，基于2个原则而设计:

    (1)减少操作时间，进而降低施工成本。

    (2)设备易于操作，从而降低失误的可能性,增强安全操作性能。

    辅助导梁式架桥机设计制造与应用十分成功。已在台湾高速铁路桥梁施工中得以证实，辅助导梁式架桥机技术成熟、先进，使用方便简单，运行安全可靠，具有以下特点:

    (1)架桥机可以通过运梁车驮运实现短途运输，转移工地。架桥机经过简单拆解后，支腿与个别部件由运梁车驮运可以通过高速铁路双线隧道。

    (2)架桥机进行架设时，其后支腿支撑在桥面上，前支腿支撑在待架跨前面的桥墩上，架桥机支撑状态仅处于一孔梁之上，使桥梁受力简单，架桥机自身结构也轻巧。

    (3)架桥机通过支撑在桥墩上的辅助导梁自行向前过孔，整机稳定，安全稳定系数高。

    (4)架桥机前行支腿通过球绞装置和自行机构与辅助导梁相连接，可轻易适应曲线和坡道工况下的架桥施工。

    (5)在整个架设过程中，架桥机保持整孔预制混凝土箱梁始终处于"四点吊运/支撑，三点受力"的状态。

    (6)架桥机辅助导梁底面高于桥面，使架设第一孔和最后两孔整孔预制混凝土箱梁简便安全。

    (7)架桥机变跨架设时，调整孔距简单，不需要其它辅助设施。辅助导梁式架桥机一个作业工况如图5所示。

    2.3.2桁架式架桥机(无导梁)

桁架式架桥机(无导梁)

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    桁架式架桥机为无导梁轮胎行走形式架桥机，喂梁时后支腿走形轮组打开成宽式支撑，进行提梁、架梁，过孔时前支腿折叠翻转后移，两个吊梁小车后移至主梁尾部，起到平衡配重作用，架桥机以悬臂方式过孔。

    2.3.3下导梁架桥机

导梁式架桥机(无导梁)

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    非辅助导梁式，利用下导梁架梁,架梁时前后支腿同时承重(梁体与下导梁);梁体悬停时必须移动下导梁进行过孔工况。

    架梁时运梁车需开到下导梁上，运梁车与下导梁对位较难；且与运梁车配合时间过长,梁体悬停时间长，影响架梁效率；因对位要求，使运梁车互换性差；卷扬机在上边，影响入绳角度与缠绕。定点起吊，下导梁跨两跨，不易架设最初及最后两跨桥梁。

图5 辅助导梁式架桥机作业工况

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    2.3.4设备选型与优化

    综合以上分析可以得出，辅助导梁式架桥机具有技术上和安全上的相对优势，应该为首选。但应该注意对设备的主要配置进行优化，例如转运支架的配置应合理，当一个梁场用2台架桥机左右同时架设的时候，应该共用一套转运支架，有利于降低成本且不影响使用。另外，在设备关键部件的配置上如主机、液压泵、阀、马达等关键部件以及减速箱、制动器、卷扬机等应尽量选用进口质量可靠的生产厂家的配套产品，而钢结构件以及一些机加工件可以选用国内产品进行配套，既保障设备整体的安全性，又可以有效降低成本。

    通过对架桥机的市场调查，在目前已投入使用的架桥机中，以辅助导梁式架桥机最多，各种形式架桥机所占市场比例分布见图6。

各种形式架桥机所占市场比例分布

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    3结束语

    高速铁路客运专线的大规模建设，对非传统铁路的施工企业参与施工，机遇和挑战并存。机遇是因为高速铁路客运专线的建设给施工企业创造了多元化发展、扩大规模、锻炼人才和提高技术的机会;挑战是因为高速铁路客运专线对施工企业技术装备的投资与管理、人才的配备以及项目管理都提出了新的要求。企业应该高度重视高速铁路客运专线大型专用设备的投资采购，并尽快培养专用设备的管理和技术人才，打造一支专用设备的专业化管理团队。

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