DJ180架桥机铁路铺架改造施工技术研究
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摘 要：铁路工程建设是我国基础设施建设的重要组成部分，在征拆难度大、工期紧、施工断点多等实际困难条件下，传统铁路架桥机和铺轨机的应用受到极大的限制。文章通过对公铁两用dj180架桥机实施技改，经过钢结构、电气等局部技术改造，把单一的架梁功能拓宽为铁路架梁和铺轨并行，既保留了设备运输转场便捷的优势，又提高了生产效率，具有很好的实用性和经济效益。
关键词：架桥机；改造；铺轨；架梁
1 概述
1.1 研究背景
DJ180架桥机属单臂简支型单导梁架桥机，能实现全幅机械横移梁片，达到一次落梁到位，在同行业中，具有结构简单、重量轻、运输组装方便、性能优良、自动化程度高的特点。跟传统轨行式铁路架桥机相比，该机型具有转场方便、架设双线T梁不需人工移梁等优点，但是也明显存在步履式架桥机过孔及铺轨效率较低，不适合单线长大线路施工的缺点。
邯黄铁路是一条新的东西大动脉，西南端与京广、邯济铁路相连，并预留和邢铁路接入条件，东北端引入黄骅港港区，修建联络线与既有石德铁路相连通。邯黄铁路三标段铺架工程，施工区间为枣强站（不含）至渤海东站，管段架梁任务1339孔，其大桥14座、大桥12座、中桥22座，铺轨任务正线215km，站线74km，初始施工组织设计为火车运输，铁路架桥机架梁，铁路铺轨机铺轨。由于线下单位征拆影响造成施工进度缓慢，断点较多，无法形成铁路架桥机和铺轨机连续施工作业，更由于邯黄铁路为新建单线铁路，与既有铁路接入点较少，铁路架桥机和铺轨机转场作业也无法实施。沧州地区现场较多沟渠河道，如果采用路基段人工铺轨、桥梁采用架桥机架设，无法满足节点工期要求。为缓解施工压力，施工单位立项改造自有公铁两用型DJ180架桥机以及架桥机配套的运梁车，使其具备边铺轨边架梁以及收轨的能力。
1.2 DJ180架桥机、运梁车简介及架梁工艺流程
1.2.1 架桥机简介
DJ180架桥机用于架设公路、铁路32m及以下跨度的桥梁，可铺设25m铁路轨排，最大额定起重能力180t。DJ180架桥机主机部分包括：主梁、曲梁及横移机构、0#柱、1#柱、2#柱、3#柱、吊梁行车、横移轨道、液压系统、电气系统组成。（图1、表1）
1.2.2 运梁车简介
YT180运梁车是DJ180型公铁两用架桥机配套运梁设备，整机由前运梁车和后运梁车组成。采用直流电动机、减速机构驱动，其中后运梁车设有两根动轴，前运梁车设有一根动轴，前运梁车和后运梁车可分动、联动。配备电控操作系统，重载采用集中操作，空载可单独操作。设备体积小、重量轻，采用普通半挂平板车即可汽运到位，解体运输方便，使用成本低。（表2）
1.2.3 DJ180架桥机架梁铺轨工艺流程
（1）架桥机过孔
a.前跨T梁架设完毕后，整机状态。（图2）
b.收0#、3#柱体、穿销轴，以1#、2#柱为支点，吊梁行车带动机臂及0#、3#柱前移13.8m。（图3）
c.支3#柱，收2#柱与2#柱走行轨离地，1#、3#柱为支点，2#吊梁行车带2#柱体前行19m。（图4）
d.收3#柱，支2#柱，1#、2#柱为支点，用1#吊梁行车，2#吊梁行车驱动机臂前行18.7m。（图5）
f.支3#柱体承力穿销轴，以0#、1#、3#柱为支点，收2#柱与2#柱走行轨，2#吊重行车带2#柱体与走行轨前行13.7m。（图6）
g.收1#柱柱体与1#柱走行轨，0#、2#、3#为支点，1#吊重行车带1#柱与走行轨前行32.7米。（图7）
h.将曲梁与机臂销接，解除行车与机臂销接，行车后退至吊梁位，架桥机横移试验，过孔完毕。（图8）
（2）架桥机架梁
a.运梁台车将梁片运至2#柱后侧。（图9）
b.1#吊梁行车与后运梁台车同步前进到2#吊梁行车吊梁位，捆梁、吊梁。（图10）
c.1#、2#吊梁行车同时前行至落梁位置，落梁，移梁，稳梁。（图11）
d.吊梁行车落钩摘绳、后退。
e.重复以上（2）-（3）步骤，架设第二片梁。
f.焊梁。
g.架梁完毕。
（3）桥面铺轨
同架梁工艺，不同的是吊装物为轨排。
2 技术改造
2.1 连续铺轨设想
由于架桥机原设计行进方式为步履式，操作循环周期时间较长，要想实现连续铺轨作业，必须改变成轨行式行进。即：在架桥机1#柱、2#柱底部增加轮轨驱动装置，调整两柱体间距，同时满足三个条件：（1）机体内部存储轨排；（2）满足前段吊放轨排互不干涉；（3）整机纵向稳定性。经研究，确定了以下设想图（图12）。
2.2 改造技术要点
2.2.1 架桥机钢结构改造
在主梁最前端增加等截面主梁7m加长节1根，架桥机总长度由54m增加至61m（不含尾部托架）。
从零号柱3位置计算，在机臂2上距零号柱32m、47m处各增加一个曲梁销接孔及定位销套，满足存储轨排和吊放轨排对整机长度的要求。
铺轨时拆除DJ180型架桥机一号柱、二号柱的横移轨道，架梁时恢复。
2.2.2 运梁车结构改装
增加一套同型号运梁车，摘除运梁车顶面转盘，进行加宽处理，改装为支撑柱体的前台车和后台车；改装后前台车车身长4.4m、宽2.1m；改装后后台车长身4.4m、车宽2.6m；在前台车横向两端下侧对称安装两台螺旋千斤顶镐。（图13）
将改装后的前台车安装在1#柱下端，使1#柱下端的1#走行梁与前台车的前车横梁通过高强度螺栓固定连接（见图14）；后台车安装在2#柱下端，使2#柱下端的2#走行梁与后台车的后车横梁通过螺栓固定连接（见图15）。
2.2.3 铺架机电气改造
前台车和后台车的电控柜安装二号柱托架上，该电控柜电源与架桥机电源连通，更换架桥机尾部托架内PLC程控器为双PLC控制器。前、后台车的行进主电路和控制电路分别有原1#柱、2#柱横移电机的主电路和控制电路改造而来，由1台PLC控制器保证行进同步。（图16）
3 改造后架梁
3.1 架桥机稳定性计算
（1）改造前悬臂工况（图17）
q-机臂均布荷载 1t/m
P1-0#柱重量 P1=2.75t
P2-1#柱曲梁重 P2=17.9t
P4-2#柱、曲梁及横移轨道重 P4=25.8t
P3-吊梁小车 P3=8.9t
P5-3#柱重量 P5=5.65t
P6-发电机组及托架重量 P6=3.2t
倾覆力矩
M倾=P1*33.2+q*34.22/2=2.75*33.2+1*34.22/2=676.2t.m
平衡力矩：当RB=0时
M平=q*19.82/2+P4*16.9+P3*16.9+P5*19.4+P6*22.5
=1*19.82/2+25.8*16.9+8.9*16.9+5.65*19.4+3.2*22.5=964t.m
稳定系数：n=M平/M倾=964/676.2=1.43>1.3
（2）改造后悬臂工况
增加7m加长节后，全长变为61m，相当于悬臂过孔时P4与P5间距离增加为9.5m。
q-机臂均布荷载 1t/m
P1-0#柱重量 P1=2.75t
P2-1#柱曲梁重 P2=17.9t
P4-2#柱、曲梁及横移轨道重 P3=25.8t
P3-吊梁小车 P4=8.9t
P5-3#柱重量 P5=5.65t
P6-发电机组及托架重量 P6=3.2t
倾覆力矩：M倾=P1*33.2+q*34.22/2=2.75*33.2+1*34.22/2=676.2t.m
平衡力矩：当RB=0时
M平=q*26.82/2+P4*16.9+P3*16.9+P5*26.4+P6*29.5=1*26.82/2+25.8*16.9+8.9*16.9+5.65*26.4+3.2*29.5=1189t.m
稳定系数：n=M平/M倾=1189/676.2=1.76>1.43。
（3）由改造后悬臂工况纵向稳定性较改造前为向好趋势，故可推算出柱体移动位置时，稳定性亦为向好趋势。
（4）其他工况时，主要考虑支点支反力，因增加的7m加长节总质量为7t占比较小，支反力计算在此略去。
3.2 改造后架梁铺轨工艺流程
（1）过孔
a.前跨T梁架设完毕后，整机状态。
b.收0#、3#柱体、穿销轴，以1#、2#柱为支点，吊梁行车带动机臂及0#、3#柱前移13.8m。
c.支3#柱，收2#柱与2#柱走行轨离地，1#、3#柱为支点，2#吊梁行车带2#柱体前行19m。
d.收3#柱，支2#柱，1#、2#柱为支点，用1#吊梁行车，2#吊梁行车驱动机臂前行11.7m。
e.支3#柱体承力穿销轴，以0#、1#、3#柱为支点，收2#柱与2#柱走行轨，2#吊重行车带2#柱体与走行轨前行13.7m。
f.收1#柱柱体与1#柱走行轨，0#、2#、3#为支点，1#吊重行车带1#柱与走行轨前行32.7米。
g.收3#柱，支2#柱，1#、2#柱为支点，用1#吊梁行车，2#吊梁行车驱动机臂前行7m。（图18）
h.将曲梁与机臂销接，解除行车与机臂销接，行车后退至吊梁位，架桥机横移试验，过孔完毕。
（2）架梁和桥面铺轨同改造前，不再赘述。
（3）架梁操作要点
a.机组操作人员应熟悉掌握设备各按钮功能，经培训持证上岗。
b.机组操作人员应熟悉倒装龙门架倒装梁片、运梁车运梁、架桥机过孔、架梁及桥间转移的步骤与操作要点。
c.架梁状态曲梁与机臂销接，过孔状态曲梁与吊梁小车销接，且应先插好下一工序的销轴才能拔掉上一工序作业的销轴。
d.过孔时各柱置应派专人操作与监护，支垫应平实可靠，1#、2#柱伸缩时应保持两侧平衡，均匀升降。
e.架梁、过孔工况保证机臂水平，严禁机臂倾斜作业。1#、2#柱横移轨道分别水平，三根轨道要平行。1#、2#柱横移轨道垫墩或硬杂木必须支垫在梁梗及桥台的胸墙处，严禁支垫在挡砟墙上。
f.操作过程中发现异常时应首先按下急停开关。急停开关位于0#柱、1#柱及操作台处。
g.要有专人监视吊梁小车绞车钢丝绳的盘绕情况，如有不规则排绳必须重新盘绕，无误后方可起吊梁片。
h.吊梁小车起吊梁片时，吊梁扁担要随时调平。严禁扁担体倾斜吊梁。
i.运梁车严禁非紧急情况下紧急制动，要缓慢起动，减速后制动。运梁车运梁接近架桥机时应减速慢行，2#柱后面应安放固定止轮器。
j.倒装龙门架支垫要平实可靠，起吊梁片时起重梁要随时调平，严禁倾斜吊梁。
严格执行《铁路架桥机架梁规程》中的要求。
3.3 架梁与铺轨模式转换
（1）架桥机架梁完成后，根据现场实际情况调整1#、2#柱位置。0#柱与1#柱距离32m，1#柱与#号柱距离15m，穿好曲梁与行车销轴。拆除1#柱走行电机减速机，将泵站移至柱体外侧。
（2）将运梁车开到架桥机尾部，将前运梁车吊至1#柱后面。支撑零号柱、2#柱，收缩1#柱拆除横移轨道。行车驱动1#柱落在前运梁车上按图纸要求连接托架与1#柱。移动到位穿好曲梁与机臂销轴，支撑好1#柱。
（3）收缩2#柱拆除横移轨道。行车驱动2#柱落在后运梁车上按图纸要求连接托架与2#柱。移动到位穿好曲梁与机臂销轴，支撑好2#柱。将运梁车配电柜安装在2#柱托架上。
（4）将架桥机发电机组的电源连接到运梁车配电柜上。
（5）将吊轨排挂钩安装到吊梁扁担上。转换工作完成。
4 改造后铺轨
4.1 铺轨机稳定性计算
（1）悬臂工况（图19）
q-机臂均布荷载 q=1t/m
P1-0#柱重量 P1=2.75t
P2-1#柱曲梁重 P2=17.9t
P4-2#柱曲梁重及台车重 P4=25.8t
P3-吊梁小车 P3=4.45t
P5-3#柱重量 P5=5.65t
P6-发电机组及托架重量 P6=3.2t
倾覆力矩：M倾=P1*32+q*332/2=2.75*32+1*332/2=632.5t.m，
平衡力矩：
当RB=0时，M平=q*282/2+P4*15+P3*15+P5*27.6+P6*32.1=1*282/2+25.8*15+4.45*15+5.65*27.6+3.2*32.1=1104.41t.m。
稳定系数：n=M平/M倾=1104.41/632.5=1.8>1.3。
结论：通过理论数值计算，DJ180架桥机改造为铺轨机是安全可行的。
（2）铺轨工况：铺轨作业时，前端0#柱为支立状态，属于静定结构，支反力计算在此略去。
4.2 铺轨作业流程
（1）过孔
a.将前行车后退至1#柱位置处，后行车退至2#柱位置。
b.摘除1#柱下侧两台锣旋镐。
c.拔出0#柱销轴，起升150mm；收起3#柱（距离底面100mm）。
d.撤掉1#、2#柱走行系统铁鞋。
e.架桥机前行23m；支立0#、3#柱；安放铁鞋。
（2）铺轨
a.运轨车将轨排一次将4组轨排喂进3#柱。
b.前后行车将轨排起吊前进；放置在1#、2#柱上，摘绳；运轨车退回铺轨基地，进行下一次运输。
c.前后行车将最上侧轨排起吊，前行22米下落开始轨排连接。
d.铺设完毕后，进行过孔作业。
4.3 铺轨与架梁模式逆向转换
（1）铺架机铺轨完成后，根据现场实际情况调整1、2号柱位置，穿好曲梁与行车销轴，将吊轨排挂钩从吊梁扁担上拆除。
（2）拆除运梁车配电柜，恢复运梁车独立供电，与架桥机1#柱、2#柱分离，将运梁车开出架桥机尾部，取回1#柱、2#柱横移轨道。
（3）支撑0#柱、2#柱，收缩1#柱安装横移轨道，电源恢复连接到横移电机上，恢复泵站及液压系统，支撑好1号柱。
（4）支撑3#柱、1#柱，收缩2#柱安装横移轨道，电源恢复连接到横移电机上，恢复泵站及液压系统，支撑好2#柱。
（5）桥头对位，调整1#柱高度。转换工作完成。
4.4 铺轨操作要点
（1）铺轨机2#柱处能横移，横移量为350mm。铺设曲线轨时，吊梁行车将轨排吊运至落轨排位后在2#柱处横移机臂使轨排到位。铺设小曲线半径轨排时如横移不到位可人工用撬棍将轨排拨到位。铺轨作业时任何时候严禁横移1#柱。
（2）铺轨作业架桥机过孔时，需安排专人盯控前后台车是否异常，走行速度应控制在1km/h之内。
（3）铺轨作业时，摘除1#柱加长节；平坡状态下0#柱插第9个孔，1#柱插第4个孔，2#柱插第3个孔。整机高度为7.7m，净空为3.5m（大臂底面至横梁顶面）。
（4）此铺轨机是分车体轮轨式简易铺轨机，底盘自重轻。铺轨时需支撑0#柱，0#柱的支垫必须垫平垫稳。铺轨作业时0#柱，下侧枕木支垫采用450mm*20mm*20mm硬杂木。支垫完毕后用水平尺，观测0#柱支立情况，左右高差≤15mm，垂直度≤5‰（垂直检测方法：在0#柱侧面划中心线，各安装1铅垂检测柱体垂直度）。
（5）机臂调平的标准：作业机臂高差范围：0#柱处与1#柱处机臂高差范围-50～+150mm既0#柱可比1#柱低50mm或高150mm之间。3#柱与1#柱处机臂高差范围0～+100mm既3#柱可比1#柱高0～100mm之间。架梁作业机臂高差范围：1#柱处与2#柱处机臂高差范围±100mm既1#柱比2#柱高100mm或低100mm之间。
（6）铺轨作业时，铺轨机走行系统；必须用铁鞋“对穿”方式紧固，以免防止溜车。
5 区间转移
（1）运梁车及转运托架用吊梁小车吊至图示位置。
（2）销接吊梁小车与曲梁，拔去曲梁与机臂连接销。
（3）2#柱按架梁位置不动，按图20调整1#柱、2#柱及前后运梁车位置，将零号柱折起。
（4）收1#、2#、3#柱将机臂落在转运托架上，并使柱体离地。将运梁车与机臂用倒链钢丝绳捆绑牢固。
（5）运梁车驮运架桥机至下一工地，按相反顺序调整架桥机为架梁状态。
6 经济效益分析
（1）未改装前架桥机铺轨方案，铺轨效率150m/d，过孔1次需要1h，每次铺设25m，铺轨单价接近20万元/km，基本不可行。
（2）架桥机改装为铺轨机以后，铺轨效率由原来的150m/d提高到1000m/d，每组轨排铺设平均0.5h（包括过孔），铺轨单价6万元/km，架梁影响微乎其微。
（3）人工铺轨方案：相同数量人工铺轨效率200m/d，铺轨单价11.5万元/km。
综上所述：此改造施工技术的实施，既能提高生产效率，又可降低施工成本，并将取得良好的社会效益，具有很好的推广价值。
作者简介：陈永刚（1974，10-），男，籍贯：河北省武邑县，现职称：高级工程师，学历：本科，研究方向：桥梁工程。