地鐵全裝配式車站異形預(yù)制構(gòu)件精準吊裝翻轉(zhuǎn)工藝研究

摘要：為了保障地鐵全裝配式車站異形預(yù)制構(gòu)件成型后脫模、翻轉(zhuǎn)吊裝質(zhì)量及安全，以深圳市城市軌道交通3號線四期坪西站裝配式構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)為背景工程，介紹了地鐵全裝配式車站預(yù)制構(gòu)件特點，以異形預(yù)制構(gòu)件B為例，提出了該類構(gòu)件脫模吊裝施工工藝，計算了構(gòu)件的質(zhì)心和鋼絲繩所承受的拉力及最小直徑，研發(fā)設(shè)計了一種大型預(yù)制構(gòu)件自動化翻轉(zhuǎn)設(shè)備，對預(yù)制構(gòu)件翻轉(zhuǎn)過程中受力情況進行了分析，在此基礎(chǔ)進一步優(yōu)化了車站預(yù)制構(gòu)件翻轉(zhuǎn)工藝，保證了構(gòu)件翻轉(zhuǎn)過程中受力均勻，可為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：全裝配式;車站;異形構(gòu)件;吊裝;翻轉(zhuǎn)

0" "引言

隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，人口增多和城市化進程的加快，地面道路的發(fā)展受到地面空間的限制，城市道路交通越來越擁堵。在此背景下，城市地鐵的開發(fā)和建設(shè)逐漸成為解決人們出行與緩解道路交通壓力的有效措施。由于地鐵線路均在城市人口密度及交通流量較大的道路沿線修建，其建設(shè)周期長，施工期間對原有地面交通造成較大影響。如何解決工程建設(shè)中的速度、質(zhì)量與效益問題，成為人們關(guān)注的焦點。

而預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)具有可以轉(zhuǎn)變建設(shè)模式、提高效率、保證質(zhì)量、有利于管理及保護環(huán)境等特點，同時，我國面臨著環(huán)境保護，建筑質(zhì)量效率提升以及農(nóng)民工產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型等諸多問題。裝配式建造技術(shù)是建筑工程建造方式的重大變革，在國家的大力倡導(dǎo)下，經(jīng)過國內(nèi)骨干企業(yè)持續(xù)多年的潛心研究和應(yīng)用，預(yù)制裝配式在橋梁工程、隧道工程、地面建筑工程等諸多工程領(lǐng)域已經(jīng)取得了較豐碩的研究成果與工程經(jīng)驗，相關(guān)技術(shù)和管理體系日趨完善，工程應(yīng)用逐年增加。目前國內(nèi)地鐵工程領(lǐng)域，裝配式技術(shù)多應(yīng)用于區(qū)間隧道，對于地鐵車站裝配式技術(shù)的應(yīng)用尚處于起步階段。

裝配式地鐵車站結(jié)構(gòu)是我國裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)走向未來的重要環(huán)節(jié)和必經(jīng)之路。本文以深圳市城市軌道交通3號線四期坪西站裝配式構(gòu)件預(yù)制生產(chǎn)為背景工程，介紹了地鐵全裝配式車站預(yù)制構(gòu)件組成、生產(chǎn)方式及吊裝難點。針對不同構(gòu)件在不同工況下的受力情況，提出了構(gòu)件脫模吊裝施工工藝，計算了鋼絲繩所承受的拉力及最小直徑，研發(fā)設(shè)計了一種大型預(yù)制構(gòu)件自動化翻轉(zhuǎn)設(shè)備，對預(yù)制構(gòu)件翻轉(zhuǎn)過程中受力情況進行了分析，在此基礎(chǔ)進一步優(yōu)化了車站預(yù)制構(gòu)件翻轉(zhuǎn)工藝，可為類似工程提供借鑒。

1" "工程概況及重難點分析

1.1" "工程概況

3號線四期工程線路全長約9.28km，全線共設(shè)7個車站和1個停車場，其中坪西站為裝配式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)斷面采用9塊拼接，如圖1所示，縱向環(huán)寬度為2m，結(jié)構(gòu)斷面總高度16.4m，總寬度20.3m，最小構(gòu)件單重31.36t，最重為49.48t，共計預(yù)制81環(huán)，各分塊尺寸及質(zhì)量如表1所示。

1.2" "重難點分析

每環(huán)構(gòu)件由9塊組成，各分塊之間通過凹凸榫和CHC槽連接。底板（A、B）底部設(shè)有精平條帶，對各分塊連接部位和底板底部尺寸精度要求高，必需通過模板面成型，因此，限定了每塊的生產(chǎn)狀態(tài)。

B、C、E塊模具高度5.25～5.75m，構(gòu)件自身高度4～4.75m，對龍門吊的起升高度要求較高。B、C、E塊生產(chǎn)工況和存放工況不同，B塊脫模后需要翻轉(zhuǎn)90°存放，C、E塊需要翻轉(zhuǎn)180°存放。此外，B、C、E塊構(gòu)件為異形結(jié)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)難度較大。C、E塊翻轉(zhuǎn)后，由于其結(jié)構(gòu)特性，無法采用單勾吊裝，需設(shè)計研發(fā)一種專用吊具進行吊裝。

2" "裝配式混凝土構(gòu)件質(zhì)心計算

2.1" "B塊構(gòu)件質(zhì)心計算

為了保證吊裝時的安全性，前期質(zhì)心計算的準確性直接決定著后期吊裝的準確性、經(jīng)濟性和效率。采用空間有限元分析程序ABAQUS建立實體模型，對構(gòu)件B塊、C塊、E塊進行質(zhì)心計算。B結(jié)構(gòu)透視圖如圖2所示。質(zhì)心位置為RP-1，質(zhì)心坐標：300.23，2038.14，1020.90，在CAD圖紙上的具體位置見圖3。

2.2" "C塊構(gòu)件質(zhì)心計算

C結(jié)構(gòu)透視圖見圖4。C塊構(gòu)件質(zhì)心位置：RP，質(zhì)心坐標：50.32，2235.95，1003.00，在CAD圖紙上的具體位置見圖5。

2.3" "E塊構(gòu)件質(zhì)心計算

E結(jié)構(gòu)透視圖見圖6。E塊構(gòu)件質(zhì)心位置：RP，質(zhì)心坐標：-423.07，-353.84，985.98，在CAD圖紙上的具體位置見圖7。

3" "裝配式混凝土構(gòu)件脫模吊裝

3.1" "門式起重機性能參數(shù)確定及控制方式

為保證吊運的平穩(wěn)和工效，應(yīng)對起重機性能參數(shù)應(yīng)進行相應(yīng)的限定，起重機起升能力80t，最大起升高度14m，起升速度2m/min，運行速度10m/min，配備ABB提升放搖擺系統(tǒng)，實現(xiàn)吊裝啟停狀態(tài)的平穩(wěn)控制。

3.2" "B塊構(gòu)件吊裝

B塊構(gòu)件模具高度5.75m，B塊構(gòu)件高度4.75m。為保證吊裝安全，將吊釘與吊繩夾角控制在30°以內(nèi)，起升高度控制13.5m以內(nèi)，從而確定B塊構(gòu)件脫模、存放吊裝，如圖8所示。脫模吊裝選用兩根不等長鋼絲繩，長度分別為4.34m和4.516m。存放吊裝鋼絲繩選用兩根不等長鋼絲繩，長度分別為6.8m和12.328m（含吊具長度0.431m）。

3.3" "C塊構(gòu)件吊裝

C塊構(gòu)件模具高度5.15m，B塊構(gòu)件高度4m。為保證吊裝安全，使吊釘與吊繩夾角β₁≤45°，β₂≤30°，兩根鋼絲繩夾角不大于60°，將起升高度控制13.5m以內(nèi)，從而確定C塊構(gòu)件脫模、存放吊裝，如圖9所示。脫模吊裝選用兩根不等長鋼絲繩，長度分別為9.796m和8.328m（含吊具長度0.431m）。因吊點布設(shè)的特殊性，需采用單勾起吊，設(shè)計專用吊具配合進行吊裝。C塊構(gòu)件脫模、存放吊裝如圖9所示。

3.4" "鋼絲繩參數(shù)計算

4" "異形構(gòu)件翻轉(zhuǎn)設(shè)備研發(fā)及工藝

4.1" "翻轉(zhuǎn)設(shè)備研發(fā)

裝配式車站構(gòu)件外觀質(zhì)量要求高，且多為異型構(gòu)件，生產(chǎn)狀態(tài)和存放運輸狀態(tài)不同，需要進行多次翻轉(zhuǎn)。針對不同結(jié)構(gòu)型式的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)狀態(tài)、使用狀態(tài)不同，進而導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)方式、翻轉(zhuǎn)角度不同的問題，研發(fā)了異形構(gòu)件翻轉(zhuǎn)設(shè)備。以B塊為例，B塊預(yù)制后需翻轉(zhuǎn)90°存放，翻轉(zhuǎn)設(shè)備及構(gòu)件受力支撐點如圖10、圖11所示。該結(jié)構(gòu)主要包括翻轉(zhuǎn)架、翻轉(zhuǎn)底架、翻車油缸、自行式水平移動車、移動車導(dǎo)軌、平移小車升降機。

4.2" "翻轉(zhuǎn)工序

翻轉(zhuǎn)工序如下所示：準備作業(yè)位：翻轉(zhuǎn)架處于垂直狀態(tài)，油缸升出，平移小車退出;構(gòu)架吊裝到翻轉(zhuǎn)架上，見圖12a;翻轉(zhuǎn)架開始翻轉(zhuǎn);翻轉(zhuǎn)架翻轉(zhuǎn)到90°，見圖12b;平移小車向翻轉(zhuǎn)架方向移動，到位后自動停止;平移小車升降器提升，構(gòu)件脫離翻轉(zhuǎn)架;平移車把構(gòu)件移出翻轉(zhuǎn)架，見圖12c;平移車到位停止（自動感應(yīng)停止，見圖12d;構(gòu)件吊離平移車，完成作業(yè)。

5" "結(jié)論

深圳地鐵裝配式車站采用兩種體系的預(yù)制構(gòu)件，裝配構(gòu)件種類繁多，且多為異型構(gòu)件，生產(chǎn)狀態(tài)和存放運輸狀態(tài)不同，混凝土構(gòu)件成型后需要進行脫模吊裝、多次翻轉(zhuǎn)工藝。

本文以3號線四期裝配式車站為例，提出了裝配式構(gòu)件脫模吊裝施工工藝，計算了構(gòu)件的質(zhì)心、鋼絲繩所承受的拉力及最小直徑。

針對不同結(jié)構(gòu)型式的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)狀態(tài)、使用狀態(tài)不同，進而導(dǎo)致翻轉(zhuǎn)方式、翻轉(zhuǎn)角度不同的問題，研發(fā)設(shè)計了大型預(yù)制構(gòu)件自動化翻轉(zhuǎn)設(shè)備。

對預(yù)制構(gòu)件翻轉(zhuǎn)過程中受力情況進行了分析，在此基礎(chǔ)進一步優(yōu)化了車站預(yù)制構(gòu)件翻轉(zhuǎn)工藝，保證了構(gòu)件翻轉(zhuǎn)過程中受力均勻，可為類似工程提供借鑒。

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