新式架梁機(jī)在地鐵車輛段建筑中的創(chuàng)新應(yīng)用

鐘萬(wàn)才 李作紅 王 生 李志強(qiáng)

中鐵建工集團(tuán)第五建設(shè)有限公司 廣東 廣州 511400

裝配式建筑建設(shè)領(lǐng)域中，一般為小型和輕型構(gòu)件，使用傳統(tǒng)塔式起重機(jī)、汽車起重機(jī)等常規(guī)通用機(jī)械即可進(jìn)行施工安裝，其工藝成熟，施工效率高。但在地鐵配套的場(chǎng)站建筑中，如地鐵車輛段以及停車場(chǎng)建筑，其裝配化預(yù)制構(gòu)件呈重型狀態(tài)，多設(shè)計(jì)為小箱梁重型構(gòu)件，傳統(tǒng)起重機(jī)械不適用或不經(jīng)濟(jì)。

新型架設(shè)起重設(shè)備的出現(xiàn)，成為這一領(lǐng)域的技術(shù)突破，也為地鐵場(chǎng)站配套建筑的裝配化實(shí)施應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的機(jī)械設(shè)備支持[1-2]。

1 背景概況

廣州地鐵赤沙車輛段總建筑面積約為36.2萬(wàn) m2，結(jié)構(gòu)形式為底板、柱、側(cè)墻現(xiàn)澆＋蓋板裝配，雙層結(jié)構(gòu)，地下、地上層高分別為12、9 m，基坑面積為13.67萬(wàn) m2，寬約240 m，長(zhǎng)約750 m，單層蓋板面積約17.1萬(wàn) m2。

該工程是全國(guó)首個(gè)采用裝配式施工的地鐵車輛段項(xiàng)目。需要裝配的主要有縱梁、橫梁及小箱梁等預(yù)制PC構(gòu)件。裝配式結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝配式結(jié)構(gòu)示意

工程共2層，除柱結(jié)構(gòu)外，梁板結(jié)構(gòu)均采用小箱梁PC構(gòu)件進(jìn)行裝配施工，所需的小箱梁構(gòu)件均在梁場(chǎng)現(xiàn)澆預(yù)制。小箱梁預(yù)制構(gòu)件總片數(shù)8 802片，截面類型分為中縱梁、邊縱梁、箱梁，最大梁長(zhǎng)18.37 m，最大梁質(zhì)量為111.7 t。

2 設(shè)備選型分析

傳統(tǒng)裝配式PC構(gòu)件安裝一般采用汽車起重機(jī)、履帶起重機(jī)、塔式起重機(jī)等機(jī)械。國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)起吊質(zhì)量在20～30 t，塔式起重機(jī)起吊質(zhì)量在5～10 t，履帶起重機(jī)起吊質(zhì)量則在30～100 t范圍內(nèi)。國(guó)內(nèi)常規(guī)起重機(jī)械難以滿足小箱梁預(yù)制構(gòu)件的需求。

國(guó)內(nèi)特殊重型起重機(jī)械、大噸位起重機(jī)械，如三一SCC40000A，最大起重量4 000 t，普通起重量200 t，在吊裝安裝質(zhì)量上可基本滿足需求。然而特殊重型起重機(jī)市場(chǎng)供應(yīng)少，租賃及費(fèi)用高昂。另背景工程的場(chǎng)地利用率低，工況條件受限，無(wú)法提供多余場(chǎng)地供特殊重型機(jī)械拼裝及站位。針對(duì)上述吊裝安裝吊重及工況條件限制問(wèn)題，結(jié)合背景工程結(jié)構(gòu)特征，決定采用國(guó)內(nèi)新研制出的專用于箱梁架設(shè)的JL120型架梁機(jī)械進(jìn)行吊裝安裝。

3 架梁機(jī)設(shè)計(jì)

JL120型架梁機(jī)是根據(jù)背景工程的構(gòu)件特征、工況條件等設(shè)計(jì)的專用架梁機(jī)。與輪胎式運(yùn)梁車配合使用，滿足5～18 m長(zhǎng)度的各種縱、橫箱梁架設(shè)，且對(duì)周邊復(fù)雜的環(huán)境有很好的適應(yīng)性，能采用邊架設(shè)邊澆筑的方式作業(yè)。

JL120型架梁機(jī)主要由主梁、前輔助支腿、前支腿、中支腿、后支腿、起重小車等部件組成。主梁為桁架式雙主梁結(jié)構(gòu)，4條支腿都能夠通過(guò)升降油缸調(diào)節(jié)高度，車架和輪組均具有90°轉(zhuǎn)向的功能，前支腿和中支腿能夠通過(guò)沿主梁方向縱向移動(dòng)來(lái)調(diào)整整機(jī)跨度，起重小車能夠沿主梁縱向移動(dòng)，小車自身有±3 m橫移調(diào)整距離，吊具具有360°回轉(zhuǎn)功能。架梁機(jī)設(shè)備模型如圖2所示。

圖2 架梁機(jī)設(shè)備示意

4 整體架設(shè)原理

架梁機(jī)前輔助、前支腿站位在下層，中、后支腿站位在上層已澆筑箱梁上，運(yùn)梁車運(yùn)梁至架梁機(jī)下方，架梁機(jī)小車取梁，并架設(shè)至指定位置。架梁機(jī)能通過(guò)支腿轉(zhuǎn)換的方式通過(guò)橫向以及縱向高低不平的臺(tái)階及鏤空帶等，并且能夠通過(guò)整機(jī)頂升的方式抬高主梁架設(shè)不同層高的箱梁。

新型架梁機(jī)整體架設(shè)順序及流程，一般按先縱梁再橫梁進(jìn)行，具體為：架梁機(jī)自身拼裝安裝，同時(shí)澆筑相鄰橫向6跨框架支承柱→架梁機(jī)橫移就位、立于待架設(shè)箱梁上空→按照架梁機(jī)提梁運(yùn)梁步驟，依次架設(shè)相鄰橫向6跨間的縱主梁→架梁機(jī)縱移一跨，立于下一跨待架設(shè)箱梁上空→按照第3步架梁步驟架設(shè)相鄰跨段縱主梁→架梁機(jī)往回縱移至起始跨→轉(zhuǎn)換架設(shè)橫主梁及橫次梁，按照架梁機(jī)提梁運(yùn)梁步驟，依次架設(shè)跨間的橫梁→一個(gè)架梁循環(huán)完成，架梁機(jī)調(diào)整，開始下一循環(huán)架設(shè)。

5 架設(shè)工藝

新型架梁機(jī)架設(shè)關(guān)鍵工藝主要為縱梁架設(shè)、橫梁架設(shè)、設(shè)備縱移及特殊工況架設(shè)（橫向過(guò)臺(tái)階或鏤空帶、過(guò)塔吊、整機(jī)抬高）。

5.1 縱梁架設(shè)工藝

縱梁架設(shè)主要分為運(yùn)梁車喂梁、架梁機(jī)小車取梁、運(yùn)梁、架梁，架設(shè)工藝與常規(guī)架橋機(jī)類似。主要流程為：架梁機(jī)4條支腿支撐到位，整機(jī)高度調(diào)整到主梁下表面距離上層梁面高度6.5 m；拔出支腿托掛輪的水平插銷，其余插銷插上→運(yùn)梁車運(yùn)梁至中支腿前方→起重小車縱移至運(yùn)梁車上方取梁→起重小車攜梁縱移至縱梁架設(shè)位→起重小車縱、橫移微調(diào)，落梁到位。

5.2 橫梁架梁工藝

橫梁架設(shè)流程與縱梁架設(shè)類似，不同之處在于，縱梁架設(shè)完成后轉(zhuǎn)換為橫梁架設(shè)。工藝中增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)換工藝。主要流程為：縱梁架設(shè)后，轉(zhuǎn)換橫梁架設(shè)→運(yùn)梁車運(yùn)梁至中支腿正下方→起重小車縱移至運(yùn)梁車上方取梁→起重小車縱移至架設(shè)位，吊具旋轉(zhuǎn)90°，并取梁→起重小車橫移調(diào)節(jié)，落梁到位。

5.3 整機(jī)縱移工藝

架梁機(jī)整體縱移一般在空載的情況下進(jìn)行。與常規(guī)架橋機(jī)縱移不同，新型架梁機(jī)縱移以地面或者結(jié)構(gòu)樓板為基面，以輪胎支腿方式橫向和縱向移動(dòng)。主要流程為：

1）整機(jī)橫移至前輔助支腿能通過(guò)立柱區(qū)域，整機(jī)支腿輪組轉(zhuǎn)向90°，前支腿與前輔助支腿間距調(diào)整到5.1 m，將前輔助支腿的桁架橫梁緊固螺栓松開，并通過(guò)電動(dòng)葫蘆往上提升，越過(guò)立柱。

2）前支腿與主梁的垂直插銷插上，前支腿拖掛輪插銷插上，在前支腿和中支腿驅(qū)動(dòng)整機(jī)縱移，使前輔助支腿穿過(guò)立柱。

3）整機(jī)支腿輪組轉(zhuǎn)向90°，整機(jī)橫移至前支腿能穿過(guò)立柱時(shí)，整機(jī)支腿輪組轉(zhuǎn)向90°，將前支腿橫梁緊固螺栓松開，并通過(guò)電動(dòng)葫蘆往上提升越過(guò)立柱。

4）前、中支腿驅(qū)動(dòng)整機(jī)縱移，使前支腿穿過(guò)立柱。

5.4 特殊工況工藝

背景工程中，存在較多特殊工況，如底板面高低不平或鏤空，會(huì)給架梁機(jī)整機(jī)縱向橫向移動(dòng)帶來(lái)困擾，需克服過(guò)臺(tái)階或鏤空帶，工程中存在塔式起重機(jī)阻礙等問(wèn)題，以及架梁機(jī)支腿需往結(jié)構(gòu)層移動(dòng)等特殊需求。

5.4.1 架梁機(jī)過(guò)臺(tái)階工藝

1）架梁機(jī)架梁橫移至前輔助支腿與前支腿靠近臺(tái)階（鏤空帶）500 mm處。

2）起重小車移至距離中支腿4 m處，懸空前輔助支腿的2條支腿。

3）整機(jī)橫移5 500 mm，至前輔助支腿單條支腿越上臺(tái)階，并使其支撐在臺(tái)階上。

4）懸空前支腿單個(gè)支腿，整機(jī)橫移5 500 mm，使該支腿越上臺(tái)階，并使其支撐在臺(tái)階上。

5）懸空前支腿另外1條支腿，整機(jī)橫移6 000 mm，使該支腿越上臺(tái)階，并使其支撐在臺(tái)階上。

6）懸空前輔助支腿的2條支腿，整機(jī)橫移，使支腿越過(guò)臺(tái)階，至此，整機(jī)橫向通過(guò)臺(tái)階。

5.4.2 架梁機(jī)過(guò)塔吊工藝

1）架梁機(jī)架梁至靠近塔吊處，此時(shí)架梁機(jī)偏載3 m將靠近塔吊的箱梁架設(shè)完成，架梁機(jī)機(jī)臂距離塔吊415 mm。

2）塔吊大臂在與架梁機(jī)機(jī)臂一致的方向?qū)⑺醺叨冉抵磷畹忘c(diǎn)。

3）架梁機(jī)后撤退出塔吊大臂的旋轉(zhuǎn)范圍，將主梁頂升至最高點(diǎn)，此時(shí)設(shè)備機(jī)臂下表面距離結(jié)構(gòu)面的高度為9 778 mm。

4）塔吊旋轉(zhuǎn)90°，使塔吊大臂方向與架梁機(jī)主梁方向呈垂直狀態(tài)。

5）架梁機(jī)橫移至塔吊正上方，按照前述正常架梁步驟，將塔吊前方的縱、橫梁架設(shè)完成。

6）架梁機(jī)橫移，并在塔吊另外一側(cè)，橫移出塔吊大臂旋轉(zhuǎn)范圍。

7）塔吊升高至正常位，架梁機(jī)橫移至塔吊下方開始另外一側(cè)的箱梁架設(shè)。

5.4.3 架梁機(jī)整機(jī)抬高工藝

1）將4條支腿位置調(diào)整，將前輔助支腿和前支腿內(nèi)外伸縮柱插銷插上。

2）拔出中支腿、后支腿內(nèi)外柱之間的插銷，利用中支腿和后支腿的升降油缸頂升600 mm。

3）將中支腿和后支腿內(nèi)外柱之間的插銷插上，拔出前輔助支腿和前支腿內(nèi)外柱之間的插銷，利用前輔助支腿和前支腿的升降油缸頂升600 mm。

4）依次交替進(jìn)行，直至主梁高度達(dá)到要求高度后，通過(guò)各個(gè)支腿的單獨(dú)動(dòng)作，將所有支腿的內(nèi)外柱插銷插上。

5.4.4 架梁機(jī)上基坑內(nèi)結(jié)構(gòu)層工藝

1）架梁機(jī)4個(gè)支腿輪組依次轉(zhuǎn)向90°。

2）中支腿懸空，沿主梁縱移至基坑內(nèi)距離后支腿20 m處，并支撐在已澆箱梁上。

3）整機(jī)縱移，使前輔助支腿靠近臺(tái)階500 mm。

4）起重小車移至中支腿前4 m處，懸空前輔助支腿，整機(jī)前移4.7 m，使前輔助支腿支撐在臺(tái)階上。

5）整機(jī)輪組轉(zhuǎn)向90°，整機(jī)橫移至前支腿能通過(guò)立柱處，前支腿懸空沿主梁前移3.6 m至臺(tái)階上支撐。

6）起重小車移至距離前支腿4 m處，中支腿懸空沿主梁往后移至距離后支腿8.7 m處，此時(shí)在中支腿輪組下方墊上一塊3 cm厚的鋼板。

7）后支腿懸空，整機(jī)縱移10 m，使后支腿支撐在基坑內(nèi)的已澆筑箱梁上。

6 架設(shè)站位

架梁機(jī)的站位制約著其取梁運(yùn)梁架梁。站位主要分為以下幾種情形：前支腿和前輔助支腿同時(shí)站位于基坑層側(cè)壁，前支腿站位于基坑層側(cè)壁、前輔助支腿站位于結(jié)構(gòu)層上，后支腿和后輔助腿同時(shí)站位于基坑地面上，后支腿站位于基坑地面上、后輔助支腿站位于結(jié)構(gòu)上。根據(jù)不同的工況條件確定架梁機(jī)的站位形式，如在架設(shè)靠近基坑邊緣的小箱梁構(gòu)件時(shí)，架梁機(jī)應(yīng)保持前支腿和前輔助腿同時(shí)站位于基坑層側(cè)壁姿態(tài)，以便小箱梁構(gòu)件能方便供給，架梁機(jī)也能有效取梁、運(yùn)梁。

架梁機(jī)的站位也取決于支腿獨(dú)立支撐的數(shù)量。在工作狀態(tài)下，架梁機(jī)的支腿應(yīng)至少保證有6條支腿獨(dú)立支撐，其中4條主支腿必須處于獨(dú)立支撐狀態(tài)；在空載縱移或橫移狀態(tài)下，應(yīng)至少保證有4條支腿獨(dú)立支撐，其中必須有5條主支腿。

在特殊工況整機(jī)移動(dòng)時(shí)，架梁機(jī)站位和支腿獨(dú)立支撐的數(shù)量，可根據(jù)前后主支腿和輔助支腿的配合伸縮情況確定，如架梁機(jī)整機(jī)縱向移動(dòng)時(shí)，一側(cè)的主支腿和輔助支腿應(yīng)至少保證3條處于獨(dú)立支撐狀態(tài)。

7 結(jié)語(yǔ)

新式架梁機(jī)在裝配式地鐵車輛段建筑中的創(chuàng)新應(yīng)用，不僅豐富了裝配化起重吊裝機(jī)械的選擇，亦展現(xiàn)了類似裝配建筑的建設(shè)實(shí)施的可行性。本文詳細(xì)闡述了新型架梁機(jī)在地鐵車輛段工程中的架設(shè)工藝、特殊工況施工工藝，可廣泛地在類似具有重型PC構(gòu)件、大跨度構(gòu)件的裝配式建筑以及多層裝配式廠房等建筑施工中進(jìn)行推廣，也可為新型架梁設(shè)備的進(jìn)一步性能提升提供理論和技術(shù)參考。