頂管機(jī)吊裝安全保證措施施工工藝及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算

李漢龍

摘要：銀川市第七污水處理廠配套進(jìn)出廠管道工程通達(dá)南街（長城路～南環(huán)高速）排水管道工程，施工總長度為3175m。分開槽施工和頂管施工兩部分，其中頂管部位為K1+734（W6）～K0+089（W29），長度為1645m。按《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》（建質(zhì)[2009]87號(hào)）要求，采用非常規(guī)起重設(shè)備、方法，且單件起吊重量在100KN及以上的起重吊裝工程需要編制專項(xiàng)方案并經(jīng)專家論證審查。該項(xiàng)目中GDDT1600頂管機(jī)自重150KN，因此編制了專項(xiàng)方案并經(jīng)專家論證審查。在科學(xué)的指導(dǎo)下，該項(xiàng)目順利實(shí)施。本文節(jié)選專項(xiàng)施工方案中重點(diǎn)章節(jié)——安全保證措施及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，以供業(yè)內(nèi)人士借鑒參考。

關(guān)鍵詞：施工安全；保證措施；數(shù)據(jù)計(jì)算

中圖分類號(hào)：TU71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（a）-0000-00

近年來，頂管技術(shù)在大量工程中得到了廣泛應(yīng)用，且在技術(shù)上以及頂管設(shè)備、施工工藝上都取得了一定進(jìn)步。在頂管機(jī)施工過程中，吊裝施工存在一定的危險(xiǎn)性，在施工過程中需要做好安全保證，最大限度的降低事故發(fā)生幾率[1]。

一、施工安全保證措施

（一）組織保障

根據(jù)工程特點(diǎn)及工程量，公司安排一個(gè)專業(yè)吊裝班組，同時(shí)配備相應(yīng)的管理人員及施工作業(yè)人員。

（二）安全技術(shù)措施

（1）吊裝前吊裝人員須經(jīng)過教育、培訓(xùn)。技術(shù)負(fù)責(zé)人須依據(jù)經(jīng)審批論證的吊裝方案向參加頂管機(jī)吊裝的全體施工人員進(jìn)行施工安全技術(shù)交底，做到各崗位人員熟悉方案內(nèi)容，明確單項(xiàng)作業(yè)職責(zé)和任務(wù)。

（2）在吊裝過程中施工人員要做到分工具體，責(zé)任明確；在整個(gè)吊裝過程中，統(tǒng)一指揮，要切實(shí)遵守現(xiàn)場秩序、服從命令、聽從指揮，不得擅自離開工作崗位[2]。

（3）吊裝施工現(xiàn)場設(shè)立警示區(qū)，并作出明顯標(biāo)識(shí)，設(shè)定監(jiān)護(hù)人監(jiān)護(hù)，無關(guān)人員不得入內(nèi)，嚴(yán)禁吊裝設(shè)備下站人。

（4）吊裝過程中，應(yīng)信號(hào)統(tǒng)一，施工人員均須熟悉信號(hào)，以便各崗位協(xié)調(diào)動(dòng)作。

（5）吊裝過程中吊起的設(shè)備不得長時(shí)間空中停留，如需停留，應(yīng)采取可靠的措施，未經(jīng)施工現(xiàn)場人員許可不得在吊裝物底部和周圍及受力索具附近停留或通過；如必須停止作業(yè)時(shí)，吊起的設(shè)備放回原地。

（6）吊裝區(qū)域內(nèi)禁止非作業(yè)人員入內(nèi)，進(jìn)入現(xiàn)場工作人員必須佩戴安全帽；施工人員必須嚴(yán)格遵守吊裝方案及程序，服從指揮。

（7）在高處指揮時(shí)，指揮人員應(yīng)該嚴(yán)格按照高空作業(yè)的要求統(tǒng)一指揮。

（8）指揮人員在發(fā)出吊鉤或負(fù)載下降的信號(hào)時(shí)，應(yīng)保護(hù)負(fù)載降落地面的人身及設(shè)施安全。

（9）高空作業(yè)，所有材料應(yīng)堆放整齊穩(wěn)妥，所有工具應(yīng)隨手裝入工具袋內(nèi)，防止墜落傷人。

二、施工工藝技術(shù)

（一）技術(shù)參數(shù)

采用一臺(tái)QY70K-70t汽車起重機(jī)四支吊索起吊法。

（二）工藝流程

（三）施工方法

1、場地準(zhǔn)備

（1）確定運(yùn)輸和吊裝路線并能保證運(yùn)輸車輛進(jìn)出。

（2）吊裝前對現(xiàn)場汽車起重機(jī)起吊站位及運(yùn)板車行走路線的場地進(jìn)行事先檢查、平整、壓實(shí)。

（3）吊裝時(shí)起重機(jī)起重臂工作半徑和工種高度范圍內(nèi)，不得有輸電線路或其它障礙[3]。

2、頂管機(jī)運(yùn)輸

（1）頂管機(jī)經(jīng)長城路運(yùn)輸至七污進(jìn)廠路，后經(jīng)場內(nèi)臨時(shí)道路運(yùn)至沉井吊裝范圍處。

（2）頂管機(jī)運(yùn)輸采用專用運(yùn)輸車輛，運(yùn)輸車上要有錨固措施，保證運(yùn)輸中的穩(wěn)定，防止在運(yùn)輸過程中傾覆。

（3）頂管機(jī)在車輛上的擺設(shè)方向應(yīng)考慮方便現(xiàn)場吊裝要求。

（4）在運(yùn)輸機(jī)吊裝中還應(yīng)采用方木或膠皮等對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

3、施工測量放樣

基準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)測量和臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的測放，工作井、接收井中心坐標(biāo)、頂管管道軸線等放樣等，是頂管施工中易出差錯(cuò)的環(huán)節(jié)之一，必須按照設(shè)計(jì)圖和測量技術(shù)操作規(guī)程的規(guī)定操作，在平面位置和高程控制上達(dá)到萬無一失。

4、頂管機(jī)吊裝技術(shù)要求

（1）吊裝前各混凝土構(gòu)件均須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，吊裝前檢查混凝土強(qiáng)度報(bào)告上報(bào)業(yè)主和監(jiān)理部。

（2）吊裝前要組織測量人員復(fù)核頂管機(jī)的平面位置和高程，由測量人員彈出中線。

（3）現(xiàn)場吊裝作業(yè)擬采用一臺(tái)70T汽車吊作業(yè)，吊裝前對工作井縱橫軸線進(jìn)行測量放樣，安設(shè)導(dǎo)軌。

（4）吊裝鋼絲繩應(yīng)盡量使四根鋼絲繩同時(shí)受力；吊裝過程中用攬風(fēng)繩拉住，控制設(shè)備平緩移位。

（5）頂管機(jī)就位后，由測量和質(zhì)檢人員檢查就位情況，保證設(shè)備放置位置準(zhǔn)確。

（6）工作井底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%，滿足吊裝的其他條件。

5、檢查驗(yàn)收

現(xiàn)場技術(shù)員負(fù)責(zé)對頂管機(jī)軸線位置、穩(wěn)固性進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

三、計(jì)算書及相關(guān)圖紙

（一）吊索（鋼絲繩）內(nèi)力計(jì)算

頂管機(jī)重量為 Q=150KN；采用一臺(tái)汽車起重機(jī)四支吊索起吊法，進(jìn)行吊索內(nèi)力計(jì)算，以滿足要求。

根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》，吊索的內(nèi)力一般按下式計(jì)算：S=Q/（n.sinα）≤Sb/K

式中：S—單根吊索所承受的內(nèi)力；

Q--所吊構(gòu)件的重力；

n--吊索的支（根）數(shù)，采用四支吊索起吊，n取4；

α--吊索與水平面的夾角，一般為450～60 0，最小不小于30 0；為控制吊索對空心板的水平壓力，本方案取60 0；

Sb--鋼絲繩的破斷拉力總和，kN，可由鋼絲繩規(guī)格及荷重性能表查得，也可近似地按Sb=0.5d2計(jì)算；

d--為鋼絲繩直徑；

K--安全系數(shù)，一般取6～10，本方案取7；

則：S= Q/（n.sinα）=150KN/（4×sin60 0）=43.30KN

由近似公式Sb=0.5d2計(jì)算吊索直徑，令S= Sb/K，則：Sb=K.S=7×43.30KN=303.10KN，

d2= Sb/0.5=606.2KN，d=25mm，即吊索鋼絲繩直徑不小于25mm可滿足要求。

（二）卡環(huán)計(jì)算

根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》，卡環(huán)的安全荷重可根據(jù)卡環(huán)的橫銷直徑按下式近似計(jì)算： Qb=40d2

式中：Qb—卡環(huán)的安全荷重，N；

d---卡環(huán)橫銷直徑，mm

令Qb=S=43.30KN，則d =33mm，即卡環(huán)橫銷直徑不小于33mm可滿足要求。

（三）汽車起重機(jī)計(jì)算

擬采用一臺(tái)70t汽車起重機(jī)單機(jī)作業(yè)。

1、起重高度

根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》，起重機(jī)的起重高度可由下式確定：H≥h1+h2+h3+h4

式中：h1—停機(jī)面至安裝表面高度，m，本方案取值為0m；

h2—安裝間隙，一般取0.2～0.5m，本方案取0.3m；

h3—吊索綁扎點(diǎn)至構(gòu)件吊起后底面的距離，m；h3值為2m；

h4—吊索高度（自綁扎點(diǎn)至吊鉤面的距離），m；本方案h4=（L頂管機(jī)/2）×tg60 0=（2/2）×tg60 0=1.73m；

則：H≥h1+h2+h3+h4=0+0.3+2.0+1.73=4.03m，H取4.1m。

2、起重臂長度

L= 式中：r—起重機(jī)回轉(zhuǎn)半徑，m，本方案取9m；

H—起重高度，m；

h0—起重臂頂至吊鉤底面的距離，m；查70t汽車起重機(jī)性能參數(shù)，采用主臂起重時(shí)取2.0m；

h—起重臂底鉸至停機(jī)面距離，m，本工程取1.5m；

則：L= =10.1m

3、起重臂仰角

由QY70K-70t起重機(jī)起重性能參數(shù)表查得，臂長15.05m，半徑9m時(shí)額定起重量17.5t，17.5t>15.0t，可以滿足吊裝的安全要求。

α= arccos（r/L）= arccos（9/15.05）=53.270

為保證汽車起重機(jī)吊裝過程的安全，正式吊裝前必須進(jìn)行試吊（頂管機(jī)底距地面20cm左右），以控制起重臂仰角在最佳起重范圍內(nèi)，并測試起重機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好。

起重吊裝計(jì)算示意圖

4、地基承載力驗(yàn)算

70t起重機(jī)自重410KN，配重450KN，吊裝荷載按最大荷載150KN計(jì)算，吊裝過程中無活動(dòng)荷載。

N=410+450+150=1010KN

假設(shè)荷載均勻分布在汽車起重機(jī)4個(gè)支撐面上，每個(gè)支撐腿下安裝3m×3m的鋼性支撐板，則每個(gè)支撐下平均荷載為：P=N÷A÷n

式中：N—吊裝總荷載，KN

P--每個(gè)支撐腿軸心壓力，Kpa

A--每個(gè)支撐板面積m2

n--起重機(jī)的支撐腿個(gè)數(shù)，取4

P=1010÷（3×3）÷4=28.06Kpa

考慮到起重機(jī)起吊的偏心受壓，按最大荷載集中于汽車起重機(jī)2個(gè)支撐腿上時(shí)軸心受壓為單個(gè)的2倍，即：

P不利=2*P=2×28.06Kpa=56.12Kpa

查地質(zhì)勘察報(bào)告，素填土承載力特征值綜合評(píng)價(jià)為fak=120Kpa，滿足吊裝要求。

吊裝前對起重機(jī)站位處原素填土進(jìn)行整平、碾壓，后進(jìn)行承載力檢測，承載力值應(yīng)不小于120Kpa。

結(jié)束語：

頂管機(jī)吊裝施工過程中，存在一定的安全隱患，為最大限度保證施工的安全性，需要在施工前，對施工場地地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，同時(shí)頂管機(jī)運(yùn)輸、施工測量放樣以及吊裝施工進(jìn)行嚴(yán)格審查，吊裝前需要做好精確計(jì)算，保證鋼絲繩、起重臂長度以及起重臂仰角、地基承載力都能符合施工要求，最后做好檢查驗(yàn)收，確保施工的安全性。

參考資料：

[1]劉衛(wèi)軍.杜絕機(jī)械頂管施工的重大安全隱患[J].科技與企業(yè)，2015，14（3）：163-163.

[2]趙明.頂管機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)與故障檢修[J].工程機(jī)械與維修，2010，11（11）：186-189.

[3]許有俊，馮超，王雅建等.矩形頂管機(jī)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向引起土艙壓力變化規(guī)律的實(shí)測分析[J].鐵道建筑，2016，21（7）：55-59.