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摘要：通过对大型整孔预应力混凝土箱梁梁上运输工艺分析，结合现场实际情况，采用模块式、“软刚性”方式运梁车进行作业，实现杭州湾大桥箱梁的梁上运输。
关键词：混凝土箱梁；梁上运梁；模块式；软刚性；运梁车
一、概述
杭州湾跨海大桥全长36.5公里，是目前在建的世界最长的跨海大桥。其中第X合同工程位于大桥的南岸滩涂区，属于南引桥的一部分，起讫里程为K71+335～K81+435，全长10100米，上部结构设计采用先简支后连续的预应力混凝土连续梁，由20联8×50m和6联7×50m 组成，共计404片箱梁。单片箱梁重约1430t。
按照本工程总体施工组织设计要求，50m箱梁采用了工厂集中整孔预制、大型轮胎式门吊移梁、大型轮轨式门机提升上桥、梁上运梁、架桥机架梁的施工方案。其中，将待架跨箱梁沿已架箱梁梁面运输到前方架桥机处，是运架施工的一个重要环节。
TE1600轮胎式运梁车是为满足杭州湾跨海大桥梁上运梁而专门研制的大型轮式运输设备。它的主要工作任务是把从提梁站（HM800提梁機）提升上桥的1430t/50m预制箱梁沿双幅桥面运送到前方架桥机处，并配合架桥机完成箱梁的架设作业。另外，运梁车还能在本段箱梁全部架设完毕后，驮运LGB1600架桥机返回提梁站处，利用HM800提梁机进行解体。
二、方案比选
梁上运输可选方案有三种。一是轨道台车方案，优点是运输速度快、运行方向性好，缺点是需要铺设轨道，并随着架梁的进展轨道最大延伸达10km长，不但降低了架梁作业效率，还大大增加了轨道材料的投入，并且轨道下方还需要加铺减压板以增大轨道与已架梁面的接触面积。由于运行台车、轨道系统加上运输箱梁的重量相加来说比较大，对桥面、墩台的承载性能要求也比较高。二是滑动台车沿滑移轨道运输箱梁方案，由于滑道铺设效率低、费用大、运输速度慢，一般远距离运输不宜采用。三是轮胎式运梁车方案，由于采用轮胎式走行，并配备液压悬挂载荷自动均衡系统、方向自动控制系统，因此在运输箱梁时具有速度快、机动灵活、载荷均布性好（能够很好的解决箱梁单位面积承压问题）等优点，且曲线运输操控方便，作业施工流程简单，临时工程量少，缺点是设备一次性投入较大，但由于设备是组合式，可用于其它用途。
比较上述三种运输方式，考虑到运架施工作业效率、对箱梁受力的影响和操作的简便性，最终我们采用了轮胎式运梁车梁上运梁方案。
图1：运梁车整机结构图（空载地面调试状态）
三、施工设备介绍
1、设计标准和荷载组合
TE1600轮胎式运梁车设计采用欧洲F.E.M.1998.10.01《起重设备设计规范》第三版标准，运载结构等级A2、运行机构等级M4。根据运输箱梁的实际工况，其设计载荷主要包括50米箱梁的重量（1430吨）设备自身重量（524吨）和设备工作时可能承受的风力载荷（工作状态和非工作状态分别按风压：250N/m2和950N/m2计算）三个部分。
2、结构设计
TE1600轮胎式运梁车由主机架、走行轮组、承载横梁、液压辅助支腿、转向机构、平衡系统、电气系统、动力机组等部分组成。在进行结构设计过程中，我们主要考虑了以下几个问题。
（1）车体模块式设计。根据桥梁设计检算要求，运梁车轴重不能超过25吨，而设计轴数为80个，所以总轴重不能超过2000t，减去所运箱梁重量1430t，运梁车自重必须限制在570t以内。若运梁车采用整体式车身方案，即将前后、左右车组均采用钢梁或桁架刚性联接，则整机重量将大为增加，初步计算结果表明将超过800吨，这将使得单个轮胎受力超过3.0t较多，超过了已架设箱梁及墩台所受载荷设计标准。为避免影响甚至变更既有桥梁设计，最终决定采用模块式运梁车方案，即将整机分为四个独立平车，通过电子控制实现“软刚性”联接，不但大大减轻了整机重量（约524t），而且有意将前后车组距离拉长，使得车组和驮运箱梁的重量至少由四片已架箱梁承载。从而达到降低单个轮胎所受载荷，已架设箱梁承载不超限的目的。另外，车体采用模块式设计也便于公路运输。
（2）轮组系统设计。从降低整机重心和减小单个轮胎受力考虑，确定采用小直径、大数量轮胎方案（采用640个8.25 R15普通轮胎），每两个轮胎固定联接在一起，相邻四个轮胎成为一组，配置一套液压悬挂系统，能够确保每组轮胎受力一致且能够随路面情况自动均衡。两组轮胎形成一根轴线，每个独立平车20根、整机共80根轴线，驱动轴（液压马达）布置在每个独立平车的前后两端。运梁车每个独立平车悬挂系统均采用液压三点支撑，确保车体受力平衡。前车前端左右三组油缸（A、B支撑）为一组，前车后端左右17组油缸（C支撑和D支撑）分别为一组。后车前端10组油缸（A，B支撑）为一组，后车后端左右10组油缸（C支撑和D支撑）分别为一组。
图2：运梁机轮组示意图
图3：运梁机轮组悬挂分组示意图（单台车）
（3）承载横梁结构及支撑方式。为降低运梁车和架桥机的总体高度，提高设备工作的稳定性，运梁车前后承载横梁设计为下凹式曲梁结构。承载横梁与左右独立平车（纵移台车）一端采用球铰联接，一端采用滑块联接，既可以旋转，又可以在纵向350mm内进行动态调整，以避免由于左右独立平车不完全同步形成较大的内应力。前承载横梁为移动式，支撑在纵移台车上，可以沿前车组两根纵向主钢梁上的轨道运行，而后承载横梁为固定式，因此当运梁机载梁驶入架桥机尾部时，运梁机后车组能够推动箱梁作二次纵移（此时前车组固定支撑不动），确保箱梁运输到位。为避免所运箱梁承受附加弯扭作用，前承载横梁上的两个支座底部设置有互通式液压油缸，后承载横梁上的两个支座直接固定于横梁顶面，形成“三支点”系统。
（4）辅助支撑系统。运梁车进入架桥机尾部，在进行二次纵移喂梁时，随着前承载横梁纵移台车的运行，运梁车前车组前端轮组受力逐渐加大，为避免轮组载荷超限，在运梁车前车组前端设计了一组辅助支撑（包括支撑横梁和支腿），以分担前车组前端轮胎在二次纵移时增加的部分载荷，同时也承担了由于二次纵移所致的纵向水平推力。架桥机起吊箱梁时，其后支腿支撑在运梁车后车组上，为此在运梁车后车组该支撑点轮组处设计了一组液压辅助支撑（包括支撑横梁和液压支腿），以分担后车组轮胎在架桥机起吊箱梁时的部分载荷。该组液压辅助支撑的油缸与轮组悬挂液压油缸互通，以避免所受载荷超限。前后辅助支撑的支腿均支撑在已架箱梁的腹板正上方，确保已架箱梁受力良好。 3、控制系统
（1）整机控制系统
为满足运梁车在运行中的各项要求，整机运行的方位控制采用传感器-PLC-液压马达（油缸）控制系统，通过数据通信线将4个独立平车结合成一个整体。前、后车组左右两车间距均依靠拉线传感器控制，当两车间距大于或者小于设计距离时，系统将自动对相应的独立平车进行微量转向调整，直至满足左右车间距要求。装在两根承载横梁一侧的偏移传感器对两车间距的微量调整进行控制，当调整到极限位置时，系统自动停车，可避免调整过大时对车造成损坏。装在两根承载横梁另一侧的转角传感器控制承载横梁的偏转，当超过设计转角时，运行快的平车将减速，以保证承载横梁与车身的垂直，从而间接控制左右平车的运行同步。通过上述控制系统，4台独立平车通过电子连接实现了“软刚性”，保证了整车运行的同步和正确方位。
用于控制的传感器布局如下图。
图4：运梁车整机控制系统布置示意图
（2）转向系统
运梁车采用液压油缸—连杆系统转向，每根转向油缸控制10组车轮，可通过程序分别控制纵向四组转向油缸调整伸缩长度，从而满足独立转向、车组转向、整机转向、整机蟹行以及曲线运行的要求。由于本工程最远运梁路程达10公里，如何保证在箱梁运输过程中运行线路的正确是至关重要的。为此，除手动控制系统外，运梁车还安装了运行自动控制系统，即在车底安装有激光传感器，通过自动测量沿桥面正确位置预先画好的油漆标线，运梁车可以实现自动纠偏和自动驾驶。
4、主要技术参数
根据50m箱梁梁上运梁以及与架桥机架梁作业配合的需要，确定TE1600輪胎式运梁车主要技术参数如下：
四、关键技术方案说明
通过箱梁支承结构的优化设计实现箱梁运输过程的“三支点”体系，保证箱梁运输过程中受力正常。
整机分组模块式设计及支撑位置的确定，确保驮运箱梁和机体载荷至少由4片箱梁承载，并且轮组载荷位于箱梁腹板上方附近。通过“二次纵移”运梁就位，大大缩短了架桥机的长度。
通过电子系统控制将前后车组组成一个刚性整体的同步控制系统，确保四台运梁车组合进行箱梁运输过程中的同步运行，避免对箱梁造成过大的拉应力。
采用PLC集中控制系统，通过角度传感器、方向传感器及电液伺服系统实现四台单车的同步运行和方向自动控制，并且具备手动控制和自动控制两种模式。
采用640个轮子及配套的液压系统和载荷均衡系统，自动调整轮组压强（对地压力仅9.5kgf/cm2），保证载荷均匀分布在各轮组上，而且当障碍物出现时，该系统也能保证轮组载荷再均匀分布，避免局部超载，始终保持前后车轮组的平衡，并能降低工作中产生的对结构、动力机组和驾驶室的震动。
前后车组辅助支撑系统的设置。确保二次纵移时前运梁车组前端轮胎不超载，保持前方运梁车组的稳定和平衡，协助架梁时，后车轮胎组能够承担部分架桥机后支腿的支反力，有效降低了该处的集中载荷。
五、箱梁梁上运输工艺要求
（1）运梁作业
提梁站吊梁对位时，检查各台车制动阀是否关闭，严格控制落梁前梁体水平，密切监视各台车支撑油缸压力情况，严格按照落梁要求尺寸落梁；落梁到位后，观察支撑油缸压力情况，调整台车高度控制好梁体的水平度；动车后，密切监视台车左右错位，严格控制整车运梁速度；到LGB1600架桥机后方低速行驶。
（2）二次喂梁
控制好前车组到LGB1600架桥机后支撑的距离，降低前车组密切监视前车组支撑油缸压力，确认前支点已经受力后调整前车组水平，以满足台车在二次对位时是水平前进；密切监视台车前进时轮沿与轨道接触情况，并控制好后车组前进速度和前进距离。到位后，调整前后车组水平，以保证梁体水平，并支撑后支点。
（3）退位停车
LGB1600架桥机后支腿减除对TE1600运梁车关闭状态后，后车组将台车拖回位，分前后车组分别退出。在退回过程中密切监视各车组前后错位情况，并泊车到指定位置，做好接下片箱梁的准备。
图5显示的是运梁车进行箱梁运输作业的场景。
图5：运梁车进行箱梁运输作业的场景
六、结束语
通过对大型整孔预应力混凝土箱梁梁上运输工艺分析，结合现场实际情况，采用模块式、“软刚性”方式运梁车进行作业，实现杭州湾大桥箱梁的梁上运输。开创了后期高铁建设中混凝土预应力箱梁架设工艺方法的先河。
关键词：混凝土箱梁；梁上运梁；模块式；软刚性；运梁车
一、概述
杭州湾跨海大桥全长36.5公里，是目前在建的世界最长的跨海大桥。其中第X合同工程位于大桥的南岸滩涂区，属于南引桥的一部分，起讫里程为K71+335～K81+435，全长10100米，上部结构设计采用先简支后连续的预应力混凝土连续梁，由20联8×50m和6联7×50m 组成，共计404片箱梁。单片箱梁重约1430t。
按照本工程总体施工组织设计要求，50m箱梁采用了工厂集中整孔预制、大型轮胎式门吊移梁、大型轮轨式门机提升上桥、梁上运梁、架桥机架梁的施工方案。其中，将待架跨箱梁沿已架箱梁梁面运输到前方架桥机处，是运架施工的一个重要环节。
TE1600轮胎式运梁车是为满足杭州湾跨海大桥梁上运梁而专门研制的大型轮式运输设备。它的主要工作任务是把从提梁站（HM800提梁機）提升上桥的1430t/50m预制箱梁沿双幅桥面运送到前方架桥机处，并配合架桥机完成箱梁的架设作业。另外，运梁车还能在本段箱梁全部架设完毕后，驮运LGB1600架桥机返回提梁站处，利用HM800提梁机进行解体。
二、方案比选
梁上运输可选方案有三种。一是轨道台车方案，优点是运输速度快、运行方向性好，缺点是需要铺设轨道，并随着架梁的进展轨道最大延伸达10km长，不但降低了架梁作业效率，还大大增加了轨道材料的投入，并且轨道下方还需要加铺减压板以增大轨道与已架梁面的接触面积。由于运行台车、轨道系统加上运输箱梁的重量相加来说比较大，对桥面、墩台的承载性能要求也比较高。二是滑动台车沿滑移轨道运输箱梁方案，由于滑道铺设效率低、费用大、运输速度慢，一般远距离运输不宜采用。三是轮胎式运梁车方案，由于采用轮胎式走行，并配备液压悬挂载荷自动均衡系统、方向自动控制系统，因此在运输箱梁时具有速度快、机动灵活、载荷均布性好（能够很好的解决箱梁单位面积承压问题）等优点，且曲线运输操控方便，作业施工流程简单，临时工程量少，缺点是设备一次性投入较大，但由于设备是组合式，可用于其它用途。
比较上述三种运输方式，考虑到运架施工作业效率、对箱梁受力的影响和操作的简便性，最终我们采用了轮胎式运梁车梁上运梁方案。
图1：运梁车整机结构图（空载地面调试状态）
三、施工设备介绍
1、设计标准和荷载组合
TE1600轮胎式运梁车设计采用欧洲F.E.M.1998.10.01《起重设备设计规范》第三版标准，运载结构等级A2、运行机构等级M4。根据运输箱梁的实际工况，其设计载荷主要包括50米箱梁的重量（1430吨）设备自身重量（524吨）和设备工作时可能承受的风力载荷（工作状态和非工作状态分别按风压：250N/m2和950N/m2计算）三个部分。
2、结构设计
TE1600轮胎式运梁车由主机架、走行轮组、承载横梁、液压辅助支腿、转向机构、平衡系统、电气系统、动力机组等部分组成。在进行结构设计过程中，我们主要考虑了以下几个问题。
（1）车体模块式设计。根据桥梁设计检算要求，运梁车轴重不能超过25吨，而设计轴数为80个，所以总轴重不能超过2000t，减去所运箱梁重量1430t，运梁车自重必须限制在570t以内。若运梁车采用整体式车身方案，即将前后、左右车组均采用钢梁或桁架刚性联接，则整机重量将大为增加，初步计算结果表明将超过800吨，这将使得单个轮胎受力超过3.0t较多，超过了已架设箱梁及墩台所受载荷设计标准。为避免影响甚至变更既有桥梁设计，最终决定采用模块式运梁车方案，即将整机分为四个独立平车，通过电子控制实现“软刚性”联接，不但大大减轻了整机重量（约524t），而且有意将前后车组距离拉长，使得车组和驮运箱梁的重量至少由四片已架箱梁承载。从而达到降低单个轮胎所受载荷，已架设箱梁承载不超限的目的。另外，车体采用模块式设计也便于公路运输。
（2）轮组系统设计。从降低整机重心和减小单个轮胎受力考虑，确定采用小直径、大数量轮胎方案（采用640个8.25 R15普通轮胎），每两个轮胎固定联接在一起，相邻四个轮胎成为一组，配置一套液压悬挂系统，能够确保每组轮胎受力一致且能够随路面情况自动均衡。两组轮胎形成一根轴线，每个独立平车20根、整机共80根轴线，驱动轴（液压马达）布置在每个独立平车的前后两端。运梁车每个独立平车悬挂系统均采用液压三点支撑，确保车体受力平衡。前车前端左右三组油缸（A、B支撑）为一组，前车后端左右17组油缸（C支撑和D支撑）分别为一组。后车前端10组油缸（A，B支撑）为一组，后车后端左右10组油缸（C支撑和D支撑）分别为一组。
图2：运梁机轮组示意图
图3：运梁机轮组悬挂分组示意图（单台车）
（3）承载横梁结构及支撑方式。为降低运梁车和架桥机的总体高度，提高设备工作的稳定性，运梁车前后承载横梁设计为下凹式曲梁结构。承载横梁与左右独立平车（纵移台车）一端采用球铰联接，一端采用滑块联接，既可以旋转，又可以在纵向350mm内进行动态调整，以避免由于左右独立平车不完全同步形成较大的内应力。前承载横梁为移动式，支撑在纵移台车上，可以沿前车组两根纵向主钢梁上的轨道运行，而后承载横梁为固定式，因此当运梁机载梁驶入架桥机尾部时，运梁机后车组能够推动箱梁作二次纵移（此时前车组固定支撑不动），确保箱梁运输到位。为避免所运箱梁承受附加弯扭作用，前承载横梁上的两个支座底部设置有互通式液压油缸，后承载横梁上的两个支座直接固定于横梁顶面，形成“三支点”系统。
（4）辅助支撑系统。运梁车进入架桥机尾部，在进行二次纵移喂梁时，随着前承载横梁纵移台车的运行，运梁车前车组前端轮组受力逐渐加大，为避免轮组载荷超限，在运梁车前车组前端设计了一组辅助支撑（包括支撑横梁和支腿），以分担前车组前端轮胎在二次纵移时增加的部分载荷，同时也承担了由于二次纵移所致的纵向水平推力。架桥机起吊箱梁时，其后支腿支撑在运梁车后车组上，为此在运梁车后车组该支撑点轮组处设计了一组液压辅助支撑（包括支撑横梁和液压支腿），以分担后车组轮胎在架桥机起吊箱梁时的部分载荷。该组液压辅助支撑的油缸与轮组悬挂液压油缸互通，以避免所受载荷超限。前后辅助支撑的支腿均支撑在已架箱梁的腹板正上方，确保已架箱梁受力良好。 3、控制系统
（1）整机控制系统
为满足运梁车在运行中的各项要求，整机运行的方位控制采用传感器-PLC-液压马达（油缸）控制系统，通过数据通信线将4个独立平车结合成一个整体。前、后车组左右两车间距均依靠拉线传感器控制，当两车间距大于或者小于设计距离时，系统将自动对相应的独立平车进行微量转向调整，直至满足左右车间距要求。装在两根承载横梁一侧的偏移传感器对两车间距的微量调整进行控制，当调整到极限位置时，系统自动停车，可避免调整过大时对车造成损坏。装在两根承载横梁另一侧的转角传感器控制承载横梁的偏转，当超过设计转角时，运行快的平车将减速，以保证承载横梁与车身的垂直，从而间接控制左右平车的运行同步。通过上述控制系统，4台独立平车通过电子连接实现了“软刚性”，保证了整车运行的同步和正确方位。
用于控制的传感器布局如下图。
图4：运梁车整机控制系统布置示意图
（2）转向系统
运梁车采用液压油缸—连杆系统转向，每根转向油缸控制10组车轮，可通过程序分别控制纵向四组转向油缸调整伸缩长度，从而满足独立转向、车组转向、整机转向、整机蟹行以及曲线运行的要求。由于本工程最远运梁路程达10公里，如何保证在箱梁运输过程中运行线路的正确是至关重要的。为此，除手动控制系统外，运梁车还安装了运行自动控制系统，即在车底安装有激光传感器，通过自动测量沿桥面正确位置预先画好的油漆标线，运梁车可以实现自动纠偏和自动驾驶。
4、主要技术参数
根据50m箱梁梁上运梁以及与架桥机架梁作业配合的需要，确定TE1600輪胎式运梁车主要技术参数如下：
四、关键技术方案说明
通过箱梁支承结构的优化设计实现箱梁运输过程的“三支点”体系，保证箱梁运输过程中受力正常。
整机分组模块式设计及支撑位置的确定，确保驮运箱梁和机体载荷至少由4片箱梁承载，并且轮组载荷位于箱梁腹板上方附近。通过“二次纵移”运梁就位，大大缩短了架桥机的长度。
通过电子系统控制将前后车组组成一个刚性整体的同步控制系统，确保四台运梁车组合进行箱梁运输过程中的同步运行，避免对箱梁造成过大的拉应力。
采用PLC集中控制系统，通过角度传感器、方向传感器及电液伺服系统实现四台单车的同步运行和方向自动控制，并且具备手动控制和自动控制两种模式。
采用640个轮子及配套的液压系统和载荷均衡系统，自动调整轮组压强（对地压力仅9.5kgf/cm2），保证载荷均匀分布在各轮组上，而且当障碍物出现时，该系统也能保证轮组载荷再均匀分布，避免局部超载，始终保持前后车轮组的平衡，并能降低工作中产生的对结构、动力机组和驾驶室的震动。
前后车组辅助支撑系统的设置。确保二次纵移时前运梁车组前端轮胎不超载，保持前方运梁车组的稳定和平衡，协助架梁时，后车轮胎组能够承担部分架桥机后支腿的支反力，有效降低了该处的集中载荷。
五、箱梁梁上运输工艺要求
（1）运梁作业
提梁站吊梁对位时，检查各台车制动阀是否关闭，严格控制落梁前梁体水平，密切监视各台车支撑油缸压力情况，严格按照落梁要求尺寸落梁；落梁到位后，观察支撑油缸压力情况，调整台车高度控制好梁体的水平度；动车后，密切监视台车左右错位，严格控制整车运梁速度；到LGB1600架桥机后方低速行驶。
（2）二次喂梁
控制好前车组到LGB1600架桥机后支撑的距离，降低前车组密切监视前车组支撑油缸压力，确认前支点已经受力后调整前车组水平，以满足台车在二次对位时是水平前进；密切监视台车前进时轮沿与轨道接触情况，并控制好后车组前进速度和前进距离。到位后，调整前后车组水平，以保证梁体水平，并支撑后支点。
（3）退位停车
LGB1600架桥机后支腿减除对TE1600运梁车关闭状态后，后车组将台车拖回位，分前后车组分别退出。在退回过程中密切监视各车组前后错位情况，并泊车到指定位置，做好接下片箱梁的准备。
图5显示的是运梁车进行箱梁运输作业的场景。
图5：运梁车进行箱梁运输作业的场景
六、结束语
通过对大型整孔预应力混凝土箱梁梁上运输工艺分析，结合现场实际情况，采用模块式、“软刚性”方式运梁车进行作业，实现杭州湾大桥箱梁的梁上运输。开创了后期高铁建设中混凝土预应力箱梁架设工艺方法的先河。