大型預(yù)制裝配式構(gòu)件吊運(yùn)技術(shù)研究

◎ 隋秀龍 中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)第六工程有限公司

?

大型預(yù)制裝配式構(gòu)件吊運(yùn)技術(shù)研究

◎ 隋秀龍 中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)第六工程有限公司

國(guó)內(nèi)外在地下工程預(yù)制技術(shù)方面有一定的研究和應(yīng)用，但是多數(shù)應(yīng)用于地鐵區(qū)間隧道裝配式結(jié)構(gòu)，對(duì)地鐵車(chē)站裝配式結(jié)構(gòu)的研究還處于起步階段。過(guò)去由于大型構(gòu)件的預(yù)制精度、起吊能力、地下工程防水節(jié)點(diǎn)處理、拼裝自動(dòng)化程度及監(jiān)測(cè)糾偏手段等一系列技術(shù)難題導(dǎo)致地下工程預(yù)制技術(shù)發(fā)展緩慢。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高及國(guó)內(nèi)施工裝備的自主研發(fā)、加工能力的高度發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)在已具備獨(dú)自研發(fā)預(yù)制裝配式施工技術(shù)及施工裝備的能力。本文對(duì)“大型預(yù)制裝配式構(gòu)件吊運(yùn)技術(shù)”進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究，形成的相關(guān)技術(shù)不僅在袁家店站得以成功應(yīng)用，而且具有較大的推廣價(jià)值。

地鐵車(chē)站 預(yù)制構(gòu)件 裝配結(jié)構(gòu) 吊運(yùn)技術(shù)

1.工程概況

長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線(xiàn)袁家店車(chē)站是國(guó)內(nèi)第一座預(yù)制裝配式地鐵車(chē)站的試驗(yàn)站。車(chē)站位于站前路與雙豐西街T字路口處，建筑面積16240m2，車(chē)站總長(zhǎng)310m；地下兩層結(jié)構(gòu)，地下一層為站廳層，地下二層為島式站臺(tái)層，有效站臺(tái)長(zhǎng)118m，車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段寬度為19.7m，站臺(tái)寬度為11m。

主體結(jié)構(gòu)分兩部分，122m現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)+188m裝配結(jié)構(gòu)；其中裝配結(jié)構(gòu)段采用圍護(hù)樁+豎向五道錨索的支護(hù)形式，明挖法施工；裝配結(jié)構(gòu)每環(huán)7塊單塊最重55t，每環(huán)2m寬約112m3混凝土鋼筋約17t；其中底板3塊（2B+1A）、邊墻2塊（2C）、頂板2塊（1D+1E），塊與塊、環(huán)與環(huán)之間均采用榫接的方式并用精軋螺紋鋼拉緊，“公”、“母”榫間隙采用高強(qiáng)粘性材料填充，地下防水由結(jié)構(gòu)自防水及接縫防水兩部分組成，樓板采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，預(yù)制構(gòu)件預(yù)留直螺紋接駁器與樓板鋼筋采用機(jī)械連接；口部采用預(yù)制洞口環(huán)梁的結(jié)構(gòu)形式。

2.吊機(jī)能力合理運(yùn)行速度和控制方式

預(yù)制構(gòu)件最重為55噸，起重設(shè)備可采用工程建設(shè)中常用的龍門(mén)吊最大起重75噸。由于預(yù)制裝配式地鐵地下結(jié)構(gòu)，采用起重設(shè)備進(jìn)行吊運(yùn)及安裝，在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有類(lèi)似的實(shí)例可以參照。一般起重設(shè)備用于架設(shè)橋梁或廠(chǎng)區(qū)吊裝，運(yùn)距短，吊裝高度小，大噸位吊裝時(shí)運(yùn)行速度非常慢；以袁家店預(yù)制裝配式地鐵車(chē)站為例，基坑平均深度20m，而基坑端頭位置為預(yù)制構(gòu)件存放場(chǎng)地，運(yùn)輸車(chē)輛需進(jìn)入場(chǎng)地進(jìn)行吊卸作業(yè)，再考慮到吊具的長(zhǎng)度及龍門(mén)吊自身限位，龍門(mén)吊最小高度為20m。

針對(duì)以上特點(diǎn)，龍門(mén)吊的性能應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)限定，既要保證吊運(yùn)速度有得保證安裝時(shí)的精度要求。為此，龍門(mén)吊設(shè)定有5個(gè)檔位，最快吊裝速度為5m/min，該檔位可用于預(yù)制構(gòu)件吊運(yùn)工作；最慢吊裝速度為0.9m/min，此時(shí)安裝精度為2.5mm，該檔位可用于預(yù)制試件拼裝。

龍門(mén)吊架設(shè)及調(diào)試完成后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)底板預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行吊運(yùn)及安裝試驗(yàn)，測(cè)算出吊運(yùn)時(shí)間為8min—10min，安裝過(guò)程流暢精度把控到位。龍門(mén)吊的性能參數(shù)設(shè)定到達(dá)了預(yù)定的效果。

3.吊點(diǎn)的型式及吊點(diǎn)設(shè)置

3.1吊點(diǎn)的型式

關(guān)于吊點(diǎn)的型式在市場(chǎng)上有很多種，選擇一種適合于裝配式預(yù)制構(gòu)件的吊點(diǎn)型式是本工作研究的重點(diǎn)。吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)型式主要為吊環(huán)螺釘與吊裝錨栓兩類(lèi)。

吊環(huán)螺釘：廣泛應(yīng)用于港口、電力、鋼鐵、造船、石油化工、礦山、鐵路、建筑、冶金化工、汽車(chē)制造、塑料機(jī)械、工業(yè)控制、公路、大件運(yùn)輸、管道輔設(shè)、邊坡隧道、井道治理防護(hù)、海上救助、海洋工程、機(jī)場(chǎng)建設(shè)、橋梁、航空、航天、場(chǎng)館等重要行業(yè)以及基礎(chǔ)建設(shè)工程的機(jī)械設(shè)備。主要以機(jī)械設(shè)備吊裝為主。

吊裝錨栓：主要用于混凝土預(yù)制構(gòu)件的預(yù)埋，市場(chǎng)上性能表現(xiàn)突出的是DEHA吊裝錨栓系統(tǒng)。

本工程擬采用DEHA圓錐頭吊裝錨栓。圓錐頭吊裝錨栓具有多種載荷等級(jí)和長(zhǎng)度，為管片和井筒等不同形狀的鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件提供安全可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解決方案。吊裝錨索處于凹槽內(nèi)，不會(huì)凸出于預(yù)制構(gòu)件。DEHA吊裝錨栓系統(tǒng)將和拆模器之后，即可通過(guò)鉤入萬(wàn)向吊頭形成吊裝連接。

DEHA圓錐頭吊裝錨栓優(yōu)點(diǎn)：①安全是預(yù)制構(gòu)件吊裝的最高準(zhǔn)則。預(yù)制在混凝土中的圓錐頭吊裝錨栓具有很高的安全系數(shù)，不會(huì)造成鋼筋和混凝土的破壞。②由于所有錨栓的端部都有清晰的荷載等級(jí)標(biāo)識(shí)，所以不會(huì)造成荷載分組之間的混淆。③本系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)可確保預(yù)制構(gòu)件和起吊裝置之間的迅速連接，只需幾秒鐘便可完成。④借助于旋轉(zhuǎn)和吊裝吊頭，可以簡(jiǎn)便、快捷的完成大型管片的旋轉(zhuǎn)。DEHA圓錐頭吊裝錨栓在袁家店預(yù)制裝配式車(chē)站預(yù)制構(gòu)件的吊裝試驗(yàn)中到達(dá)了非常好的效果。

3.2吊點(diǎn)的設(shè)置

預(yù)制構(gòu)件內(nèi)吊點(diǎn)預(yù)埋數(shù)量、規(guī)格、位置均按廠(chǎng)家提供的參數(shù)設(shè)置。

3.3吊具的設(shè)計(jì)型式

依據(jù)預(yù)制構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及吊點(diǎn)設(shè)置的位置，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)吊具型式，本工程擬采用常用的鋼絲繩索具。

3.3.1鋼絲繩索具的設(shè)計(jì)型式

由于預(yù)制構(gòu)件的長(zhǎng)度、高度、重量、形心均不一樣，首先確定鋼絲繩索具的組合形式，然后依據(jù)預(yù)制構(gòu)件的形心及DEHA圓錐頭吊裝錨栓的角度要求，計(jì)算鋼絲繩的長(zhǎng)度、直徑等參數(shù)。每個(gè)類(lèi)型的預(yù)制構(gòu)件采用一套鋼絲繩索具。

3.3.2預(yù)制構(gòu)件形心及索具理論長(zhǎng)度確定

（1）預(yù)制構(gòu)件的形心的確定可采用AutoCAD軟件建模后查找，在根據(jù)索具與DEHA圓錐頭吊裝錨栓的夾角要求計(jì)算出索具長(zhǎng)度。根據(jù)哈芬公司設(shè)計(jì)師要求鋼絲繩與吊釘夾角：A塊、B塊不大于30度，C塊不大于10度，D塊、E塊不大于22.5度。索具夾角要求如圖1所示：

（2）鋼絲繩索具參數(shù)確定。如表1。

圖1　索具夾角要求示意圖

表1　鋼絲繩參數(shù)表

4.起吊及安放工況分析

預(yù)制構(gòu)件吊裝過(guò)程中，由于構(gòu)件尚未形成結(jié)構(gòu)受力體系，僅為由吊點(diǎn)支撐的受力構(gòu)件。因此，必須驗(yàn)算其在起吊過(guò)程中的應(yīng)力狀態(tài)，保證其受力安全，并在起吊過(guò)程中防止裂縫出現(xiàn)。

4.1預(yù)制構(gòu)件E起吊工況驗(yàn)算

預(yù)制構(gòu)件吊裝過(guò)程中，由于構(gòu)件尚未形成結(jié)構(gòu)受力體系，僅為由吊點(diǎn)支撐的受力構(gòu)件。因此，必須驗(yàn)算其在起吊過(guò)程中的應(yīng)力狀態(tài)，保證其受力安全，并在起吊過(guò)程中防止裂縫出現(xiàn)。

除了吊點(diǎn)處出現(xiàn)較大的水平拉力外，預(yù)制構(gòu)件E其他區(qū)域內(nèi)的水平拉力均不超過(guò)1.3MPa，均未達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度，因此該范圍內(nèi)混凝土不會(huì)出現(xiàn)裂縫。而對(duì)于吊點(diǎn)區(qū)域，由于應(yīng)力集中導(dǎo)致其水平拉力較大，但僅有3.2MPa，考慮到實(shí)際預(yù)制構(gòu)件的吊點(diǎn)處附近有螺旋箍筋，對(duì)吊點(diǎn)處具有一定的增強(qiáng)作用，同時(shí)預(yù)制構(gòu)件內(nèi)有分布鋼筋，可提高其抗拉承載力，減小混凝土中的拉應(yīng)力，因此采用該模型的計(jì)算結(jié)果較為保守。

4.2預(yù)制構(gòu)件D及E安裝工況驗(yàn)算

頂板由兩塊預(yù)制構(gòu)件組成，在吊裝、安裝、成拱及土方回填過(guò)程中施工工況不斷在改變，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為既梁既拱結(jié)構(gòu)且在安裝過(guò)程中拱底會(huì)有30噸的推力，為保證在施工過(guò)程中對(duì)預(yù)制構(gòu)件不造成破壞，采用有限元軟件針對(duì)不同的工況對(duì)其進(jìn)行安全計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果分析，兩個(gè)預(yù)制拱頂塊在覆土前主拉應(yīng)力最大為0.9Mpa，沒(méi)有超出混凝土容許范圍。

5.結(jié)論

本文對(duì)“大型預(yù)制裝配式構(gòu)件吊運(yùn)技術(shù)”進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究，形成的相關(guān)技術(shù)不僅在袁家店站得以成功應(yīng)用，而且具有較大的推廣價(jià)值。該技術(shù)的成功實(shí)施，多家單位到其項(xiàng)目調(diào)研學(xué)習(xí)，在國(guó)內(nèi)地鐵行業(yè)產(chǎn)生了較大影響；本技術(shù)為同類(lèi)工程的施工提供了成功的借鑒，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)地預(yù)制裝配式地鐵車(chē)站的建設(shè)將產(chǎn)生重要作用和較大影響，具有極大地推廣價(jià)值。

［1］姚怡文，蔣理華，范益群.地下空間結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝技術(shù)綜述［J］.城市道橋與防洪，2012（9）：286-292.

［2］張質(zhì)文.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1997.