用于安装钢梁的浮拖船以及桥梁架设系统、方法与流程

本发明涉及水上桥梁架设设备技术领域，尤其涉及一种用于安装钢梁的浮拖船以及桥梁架设系统、方法。

背景技术：

通常桥梁架设主要通过以下几种方式进行：(1)利用箱梁/t梁等预制梁、通过提运架等设备完成架设；(2)利用t梁通过吊装完成架设；(3)利用移动模架通过直接浇筑的方式完成架设。

按桥梁主要承重结构在施工阶段的受力状态，桥梁的架设方法可归纳为：支架施工，悬臂施工和整体架设三类。其中，支架施工包括膺架法、拱架法、移动式支架法等。

其中，膺架法是指混凝土桥可在落地式膺架(也称脚手架)上现浇或拼装预制节段，由于混凝土桥的自重较大，膺架需按沉落量设置预加拱度，并安装落梁装置。如需跨越深沟或通航河流，可用整孔脚手钢梁代替落地式膺架，或在膺架中设置一部分脚手钢梁。有的混凝土桥承担悬臂弯矩的能力很小，不能采用悬臂施工；若在桥位设置膺架现浇或拼装，又受地形限制难以实现。遇此情况，只能在岸上浇制或拼装后，沿膺架或脚手钢梁顶面拖拉就位，从而形成拖拉法施工。

上述的各种桥梁架设方式均可以在陆路上快速高效的完成桥梁架设工作，但在水中进行桥梁架设时如果采用膺架法或拖拉法，均需要在水中目标位置搭建构筑物或膺架，造成架设吨位大、定位繁琐的问题，此外还存在航道干扰大、封航时间长、施工干扰大、以及不能平行施工等问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的一个技术问题是解决了现有的桥梁架设方式中，水上搭设构筑物和膺架困难、架设吨位大、定位繁琐的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于安装钢梁的浮拖船，包括：驳船组，用于搭载架设桥梁用的钢梁，所述驳船组通过移动带动钢梁在水上从拼装位置向目标位置移动、并为所述钢梁提供水上移动的支撑力；导向机构，分别连接在所述驳船组的前后两端，用于为所述驳船组在水中的移动方向进行限位导向。

进一步的，所述导向机构包括定位桩和牵拉机构，所述钢梁的拼装位置和目标位置分别预埋有所述定位桩，所述驳船组的前后两端分别设有定位锚固定端，设置于所述拼装位置的定位桩与设置在所述驳船组后端上的定位锚固定端之间柔性连接，设置于所述目标位置的定位桩与设置在所述驳船组前端上的定位锚固定端之间柔性连接；每个所述定位桩上均安装有一组牵拉机构，所述牵拉机构用于控制所述驳船组的移动。

进一步的，所述牵拉机构包括卷扬机和拖拽缆绳，所述拖拽缆绳的一端与定位锚固定端固定，另一端卷绕在所述卷扬机上，所述卷扬机固定在定位桩上。

进一步的，所述钢梁的拼装位置和目标位置分别预埋有至少两个所述定位桩，所述驳船组的前后两端分别通过至少两根拖拽缆绳与各个所述定位桩之间连接，连接在所述驳船组同一端的各条拖拽缆绳之间成交叉设置。

进一步的，所述驳船组包括桁架组成和至少两个船体，各个所述船体之间通过并联结构件并列连接；所述桁架组成的顶部设有用于固定支撑钢梁的分配梁和枕木垛，所述桁架组成的底部设有多个支脚，各个所述支脚通过支撑垫板均匀的固定于各个所述船体上。

本发明还提供了一种桥梁架设系统，包括：

拼装平台，设置于钢梁的拼装位置，用于分节段逐节拼装钢梁；

滑轨机构，设置于所述搭载平台上，且位于所述钢梁的底部，用于为拼装好的每节所述钢梁提供限位滑动的轨道；

顶推机构，设置于所述钢梁的后端，且与所述滑轨机构连接，用于为拼装好的每节所述钢梁的前移提供顶推力；

如上所述的浮拖船，支撑于所述钢梁的前端底部，用于带动所述钢梁在水上向目标位置移动。

进一步的，所述滑轨机构包括滑道、滑块和限位器，所述顶推机构通过滑块与拼装好的一节钢梁连接，所述滑块在顶推机构的推动下沿滑道内移动，以同步推动所述钢梁前移；所述滑道的两侧分别设有防脱轨的限位器。

进一步的，顶推机构包括顶推基座、同步顶推器和顶推调整器，所述顶推基座固定于所述滑道的后端，所述同步顶推器设有固定端和伸出端，所述固定端固定于顶推基座上，所述伸出端用于推动滑块沿滑道内前移，所述顶推调整器设置于所述同步顶推器的伸出端上，用于控制并调整所述同步顶推器的伸出端的水平位置。

进一步的，所述拼装平台包括桥梁墩柱、临时墩柱和临时桁架梁，所述桥梁墩柱设置于钢梁的拼装位置，一侧为水平面，另一侧设有所述临时墩柱，所述桥梁墩柱和临时墩柱的顶部通过临时桁架梁连接，所述临时桁架梁的上表面搭建有滑轨机构。

本发明还提供了一种桥梁架设方法，包括以下步骤：

s1、分别预设用于架设桥梁的各节钢梁的目标位置；

s2、在拼装平台上分节段逐节拼装所述钢梁；

s3、利用顶推机构推送拼装好的一节所述钢梁，以使所述钢梁沿滑轨机构前移，直至所述钢梁的前端支撑于浮拖船上；

s4、利用所述顶推机构继续推送所述钢梁，并利用所述浮拖船拉动所述钢梁，以使所述钢梁在水上向预设的目标位置移动；

s5、重复步骤s2～s4，直至所有所述钢梁拼装完成并分别移动至预设的目标位置。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的用于安装钢梁的浮拖船以及桥梁架设系统、方法中，浮拖船包括驳船组和导向机构，驳船组通过移动带动钢梁在水上从拼装位置向目标位置移动、并为钢梁提供水上移动的支撑浮力；导向机构用于为驳船组在水中的移动方向进行限位导向；该桥梁架设系统和方法中，利用拼装平台逐节拼装钢梁，每拼装好一节钢梁时，利用顶推机构和滑轨机构将该节钢梁推送至浮拖船上，利用浮拖船带动该节钢梁向水上待架设的目标位置移动，且可在拖拉该节钢梁时同步开始下一节的钢梁拼装工序，从而形成分段拼装逐节拖拉的高效施工流程。本方案的实施能够避免在水中搭建构筑物基础和搭设膺架，且具有水上施工封航时间段的施工干扰小、可平行施工、钢梁加固量小、不需导梁压重等优点；此外，利用该方法实现钢梁分段拼装逐段拖拉，有效避免了在土质松软路基上拼梁和拖梁，有利于梁体拱度的控制，有利于较大跨度刚横梁施工，并且可以克服施工场地狭窄带来的诸多不便。

附图说明

图1为本发明实施例的浮拖船的主视图；

图2为本发明实施例的浮拖船的俯视图；

图3为本发明实施例的浮拖船的侧视图；

图4为本发明实施例的桥梁架设系统的第一状态图；

图5为本发明实施例的桥梁架设系统的第二状态图；

图6为本发明实施例的桥梁架设系统的第三状态图；

图7为本发明实施例的滑道主视图；

图8为本发明实施例的滑道俯视图；

图9为本发明实施例的浮拖船的运行结构图；

其中，1、船体；2、并联结构件；3、定位锚固定端；4、支撑垫板；5、桁架组成；6、分配梁；7、枕木垛；8、载重端；9、浮拖船；10、水平面；11、滑道；12、桥梁墩柱；13、临时桁架梁；14、临时墩柱；15、滑块；16、限位器；17、第一滑板；18、第二滑板；19、顶推调整器；20、同步顶推器；21、定位桩；22、拖拽缆绳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1～图3所示，本实施例提供了一种用于安装钢梁的浮拖船9，该浮拖船9能在水中承载架设桥梁用的钢梁，并将拼装好的钢梁从拼装位置的拼装平台处，准确的送至目标位置，从而避免在水中搭建构筑物基础和搭设膺架，保证水上施工封航时间段的施工干扰小。

具体的，该浮拖船9主要包括驳船组和导向机构，其中，驳船组用于搭载有架设桥梁用的钢梁，驳船组通过移动带动钢梁在水上从拼装位置向目标位置移动、并为钢梁提供水上移动的支撑力；导向机构分别连接在驳船组的前后两端，用于为驳船组在水中的移动方向进行限位导向。

为了保证驳船组的水中移动航向准确，确保高效无偏差的将钢梁逐节拖拉至目标位置，优选导向机构包括定位桩21和牵拉机构，钢梁的拼装位置和目标位置分别预埋有定位桩21，驳船组的前后两端分别设有定位锚固定端3，设置于拼装位置的定位桩21与设置在驳船组后端上的定位锚固定端3之间柔性连接，设置于目标位置的定位桩21与设置在驳船组前端上的定位锚固定端3之间柔性连接，每个定位桩21上均安装有一组牵拉机构，利用牵拉机构拖拉驳船组，以控制驳船组的移动，特别是能够很好的限制驳船组的移动方向，避免驳船组移动时产生偏差。

优选的，牵拉机构包括卷扬机和拖拽缆绳22，拖拽缆绳22的一端与定位锚固定端3固定，另一端卷绕在卷扬机上，卷扬机固定在定位桩21上，每台卷扬机的规格优选为5吨。

为了进一步确保驳船组的行进方位精准，行进路线定位准确，优选钢梁的拼装位置和目标位置分别预埋有至少两个定位桩21，驳船组的前后两端分别通过至少两根拖拽缆绳22与各个定位桩21之间连接，连接在驳船组同一端的各条拖拽缆绳22之间成交叉设置，运用卷扬机搅动拖拽缆绳22，实现驳船组摆位，利用十字交叉的拖拽缆绳22将驳船组约束在固定路线上行进。

为了进一步确保驳船组具有可靠的承载能力，优选驳船组包括桁架组成5和至少两个船体1，各个船体1之间通过并联结构件2并列连接；桁架组成5的顶部设有用于固定支撑钢梁的分配梁6和枕木垛7，优选桁架组的顶部固定有分配梁6，分配梁6的上部搭载有枕木垛7，利用枕木垛7固定搭载钢梁即可，其中，分配梁6的下部通过多个支架均匀的与桁架组的顶部连接；桁架组成5的底部设有多个支脚，各个支脚通过支撑垫板4均匀的固定于各个船体1上，以使钢梁前端的重量均匀分布在各个船体1上，保证驳船组行进时的稳定；进一步的，优选驳船组的总承载力大于驳船组的自重，以确保驳船组能够为钢梁提供足够的支撑浮力，此外，在拖拉前需要计算桁架组成5的中心位置，确保桁架组成5的中心受力的浮心力矩之和为零，从而确保驳船组的行进受力平衡。

具体的，本实施例一的驳船组优选具有两个船体1，两个船体1通过并连接构件并列固定，船头同时向前，两个船体1上均匀搭载有桁架组成5，桁架组成5优选构建成梯形结构，其底部的各个支脚分别通过支撑垫板4固定在船体1上，且确保两个船体1的载重平衡，以避免发生倾覆现象，桁架组成5的顶部的前后两端分别设有一个分配梁6，以合理分担钢梁的压载力，每个分配梁6上搭建一组枕木垛7，每个枕木垛7的顶部搭建出载重端8，以便于直接承载和固定钢梁；在两个船体1构成的驳船组平台的四角处各设置一个定位锚固定端3，设置在驳船组前端的两角处的两个定位锚固定端3分别通过十字交叉设置的拖拽缆绳22、与设置在钢梁目标位置的定位桩21连接，而设置在驳船组后端的两角处的两个定位锚固定端3同样分别通过十字交叉设置的拖拽缆绳22、与设置在钢梁拼装位置的定位桩21连接，从而通过设置四个定位桩21，并运用卷扬机绞动拖拽缆绳22，实现驳船组的摆位，且运用十字交叉的缆绳锚固结构，将驳船组整体约束在固定线路内行进，如图9所示，图9中的箭头方向为驳船组的行进方向，该驳船组在行进时，其行进中线控制由导向机构的四个卷扬机进行控制，根据水流流速不断调整卷扬机确保中线位置准确，确保左右偏差不得超过±5cm。

本实施例一的浮拖船9除了上述的驳船组和导向机构外，还包括液压水仓和测量观测机构，在钢梁拖拽过程中可以随时通过测量观测机构对钢梁的高度进行测量，确保满足浮拖船9的稳定性要求，钢梁的高度调整采用驳船组内的四个液压水仓同步控制水量进出来实现；液压水仓同步充、排水量必须符合浮运施工技术规范和船组升降高度要求，保证船底距河床最小距离大于0.5m，充水后浮拖船9能安全顺利进出梁底，排水后能支顶钢梁正确就位。

需要说明的是，浮拖船9稳定性要求为：该浮拖船9在行进过程中，纵向倾角不大于5°，水面以上弦高大于50cm，风力作用下纵横向倾覆稳定性系数大于2。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例二提出了一种桥梁架设系统，该系统的实施具有水上施工封航时间段的施工干扰小、可平行施工、钢梁加固量小、不需导梁压重等优点；与现有的膺架法相比，不需在桥梁孔内设置膺架，施工期对航运干扰较小，节约施工费用；与拖拉法相比，不需设置导梁和连接杆件，钢梁加固量小，节约安装费用。

该系统包括拼装平台、滑轨机构、顶推机构和如实施例一的浮拖船9。其中，拼装平台设置于钢梁的拼装位置，用于分节段逐节拼装钢梁；滑轨机构设置于搭载平台上，且位于钢梁的底部，用于为拼装好的每节钢梁提供限位滑动的轨道；顶推机构，设置于钢梁的后端，且与滑轨机构连接，用于为拼装好的每节钢梁的前移提供顶推力；浮拖船9支撑于钢梁的前端底部，用于带动钢梁在水上向目标位置移动，从而形成分段拼装逐节拖拉的高效施工系统。如图4～图6所示，图4～图6中，将该系统的工作过程大致分解为三个状态，图4所示的第一状态为钢梁拼装状态，图5所示的第二状态为钢梁拖拉状态，图6所示的第三状态为钢梁一次拖拉完成状态，在第三状态完成后，可利用拼装平台进行下一节段的钢梁拼装，即在图6所示的已空出的拼装平台上继续进行下一节段的钢梁拼装即可。

该系统中，拼装平台包括桥梁墩柱12、临时墩柱14和临时桁架梁13，桥梁墩柱12设置于钢梁的拼装位置，一侧为水平面10，另一侧设有临时墩柱14，桥梁墩柱12和临时墩柱14的顶部通过临时桁架梁13连接，临时桁架梁13的上表面搭建有滑轨机构，在临时桁架梁13上构建用于拼装钢梁的平台，钢梁在该平台上拼装完成后，通过水平顶推，将钢梁梁体向前顶推出拼装平台，然后进行下一节段钢梁的拼装和顶推；而被顶推出拼装平台的钢梁前端底部由浮拖船9支撑并拖拉向目标位置移动，在该钢梁的后端继续拼装下一节段的钢梁；利用同步顶推集中控制的方式，进行水平连续同步顶推，并通过钢绞线牵引，带动钢梁与滑块15在滑道11上的同步滑移，从而完成钢梁分段拼装逐段拖拉。

该系统中，如图7和图8所示，滑轨机构包括滑道11、滑块15和限位器16，顶推机构通过滑块15与拼装好的一节钢梁连接，滑块15在顶推机构的推动下沿滑道11内移动，以同步推动钢梁前移，为了便于使顶推机构能够同步推送滑块15和钢梁，优选顶推机构分别通过钢绞线的牵引作用连接滑块15和钢梁，根据钢梁的重量换算，顶推一个行程变化需要满足浮拖船9的顶位要求，因此逐节拼装、顶推依次循环，直至浮拖船9拖拉第一节钢梁至目标位置，并将所有钢梁均拖拉到对应的目标位置即可。优选在滑道11的两侧分别设有防脱轨的限位器16。

该系统中，顶推机构包括顶推基座、同步顶推器20和顶推调整器19，顶推基座固定于滑道11的后端，同步顶推器20设有固定端和伸出端，固定端固定于顶推基座上，伸出端用于推动滑块15沿滑道11内前移，顶推调整器19设置于同步顶推器20的伸出端上，用于控制并调整同步顶推器20的伸出端的水平位置，优选在同步顶推器20的伸出端上沿滑轨两侧各设置有两台顶推调整器19，优选同步顶推器20为液压千斤顶顶推器。

本实施例二中，滑道11为由至少两层滑板构成的复合滑道11，优选该复合滑板由下至上依次设有第一滑板17和第二滑板18，第一滑板17为普通钢板，第二滑板18优选材质为mgb滑板，滑到纵坡不大于1‰，mgb板具有压缩强度高、耐磨、摩擦系数低、承载力大、抗剪和抗冲击能力强等特点，能够较好的消除因轨道局部不平带来的各种危害。

具体的，mgb滑板为工程塑料合金滑板，其具有超强的耐磨性和优越的自润滑性能，在没有润滑剂的条件下与许多金属部件磨擦时其磨擦系数极低，只有0.02～0.04，且对偶工作面在三态(干态，水态，油态)工况下摩擦系数变化小，而且各态动静摩擦系数相差小，故而在滑板运行过程中不会出现爬行现象，运行平稳；mgb滑板尺寸稳定性很高，在很多重物滑移过程中都不会产生严重变形或是磨损过度，重复利用率达到80％；mgb材料具有弹性、减震性能和抗冲击性能，当滑块15受到冲击负荷时，其柔韧性、自恢复性(强迫高弹态)能够有效的保护运行件和其他机构免受机械损伤；mgb滑板耐腐蚀，对大多数酸碱及盐类溶液都不起化学反应，应用范围大；mgb滑板还具有优良的耐低温性能，即便在-176℃时也不脆裂；mgb滑板是在高分子基础上添加了多种稀有金属元素及其它原料加工改性而成的新型复合改性工程塑料，其具有一般工程塑料合金所不能达到的优良性能，且具有出色的耐磨性承压性能耐腐蚀不沾黏不吸水自润滑抗冲击耐老化等一系列性能特点。

实施例三

在实施例一和实施例二的基础上，本实施例三提出了一种桥梁架设方法，从而形成分段拼装逐节拖拉的高效施工流程。该方法的实施能够避免在水中搭建构筑物基础和搭设膺架，且具有水上施工封航时间段的施工干扰小、可平行施工、钢梁加固量小、不需导梁压重等优点；与现有的膺架法相比，不需在桥梁孔内设置膺架，施工期对航运干扰较小，节约施工费用；与拖拉法相比，不需设置导梁和连接杆件，钢梁加固量小，节约安装费用。

该方法包括以下步骤：

s1、分别预设用于架设桥梁的各节钢梁的目标位置。如图4所示，在河道岸边预设钢梁的拼装位置，并在该位置如实施例二构建拼装平台；如图5所示，在河道中预设钢梁的目标位置，并分别在拼装位置和目标位置设置定位桩21和卷扬机，并将两个位置的两组卷扬机分别与驳船组的前端后端之间对应柔性连接。

s2、如图4所示，在拼装平台上分节段逐节拼装钢梁。

s3、如图5所示，利用顶推机构推送拼装好的一节钢梁，以使钢梁沿滑轨机构前移，直至钢梁的前端支撑于浮拖船9上。

具体的，利用顶推机构的同步顶推器20顶推滑块15，从而同步带动该节钢梁沿滑道11移动，使钢梁的前端探出拼装平台外，利用浮拖船9的桁架组成5的顶部支撑钢梁的前端。

s4、利用顶推机构继续推送钢梁，并利用浮拖船9拉动钢梁，以使钢梁在水上向预设的目标位置移动，直至达到如图6所示的位置。

具体的，利用卷绕四台卷扬机，控制浮拖船9的行进路线和方向，利用浮拖船9向目标位置拖拉钢梁。

s5、当浮拖船9带动该节钢梁离开拼装平台后，重复步骤s2～s4，以同步进行下一节段的钢梁拼装；直至所有钢梁拼装完成并分别移动至预设的目标位置时，该桥梁架设的工序完成，桥梁的各节钢梁均逐段拼装、逐节水平顶推后，由浮拖船9整体拖拉至水面上对应的各个目标位置处。

综上所述，本实施例的用于安装钢梁的浮拖船9以及桥梁架设系统、方法中，浮拖船9包括驳船组和导向机构，驳船组通过移动带动钢梁在水上从拼装位置向目标位置移动、并为钢梁提供水上移动的支撑浮力；导向机构用于为驳船组在水中的移动方向进行限位导向；该桥梁架设系统和方法中，利用拼装平台逐节拼装钢梁，每拼装好一节钢梁时，利用顶推机构和滑轨机构将该节钢梁推送至浮拖船9上，利用浮拖船9带动该节钢梁向水上待架设的目标位置移动，且可在拖拉该节钢梁时同步开始下一节的钢梁拼装工序，从而形成分段拼装逐节拖拉的高效施工流程。本发明实施例的实施能够避免在水中搭建构筑物基础和搭设膺架，且具有水上施工封航时间段的施工干扰小、可平行施工、钢梁加固量小、不需导梁压重等优点；与现有的膺架法相比，不需在桥梁孔内设置膺架，施工期对航运干扰较小，节约施工费用；与拖拉法相比，不需设置导梁和连接杆件，钢梁加固量小，节约安装费用。

此外，利用该方法实现钢梁分段拼装逐段拖拉，有效避免了在土质松软路基上拼梁和拖梁，有利于梁体拱度的控制，有利于较大跨度刚横梁施工，并且可以克服施工场地狭窄带来的诸多不便。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。