鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)及施工工藝研究

汪鴻江 WANG Hong-jiang

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

0 引言

隨著我國(guó)的城市化建設(shè)和發(fā)展，城市化軌道交通是促進(jìn)中大型城市發(fā)展和優(yōu)化城市交通環(huán)境的必然趨勢(shì)，截止2022年6月，國(guó)內(nèi)累計(jì)有51個(gè)城市投運(yùn)城軌交通線路9573.65公里，其中地鐵7529.02公里，占比78.64%。軌道交通建設(shè)發(fā)展，對(duì)于城市軌道交通配套維修設(shè)施的需求急劇增長(zhǎng)，地鐵鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)是建立在車輛檢修基地檢修庫(kù)中，為車輛提供檢修作業(yè)平臺(tái)?？焖俑咝У陌惭b施工工藝，有利于施工方對(duì)鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行快速、高效、準(zhǔn)確的安裝，對(duì)于縮短工程進(jìn)度有著重要的輔助作用。

1 鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)備的主要功能

地鐵鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)是在周月檢庫(kù)中使用，主要用于地鐵車輛車體底面和側(cè)面及車輛頂部設(shè)備的檢查、維修、更換的作業(yè)平臺(tái)。鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地鐵車輛的受電弓、空調(diào)設(shè)備、車門(mén)、車身等關(guān)鍵主要部件的檢修和保養(yǎng)工作，及時(shí)地對(duì)故障進(jìn)行全面修理。

平臺(tái)采用預(yù)埋底板的形式的懸臂結(jié)構(gòu)形成三層作業(yè)面，以庫(kù)內(nèi)軌頂為檢修平臺(tái)的標(biāo)高基準(zhǔn)+0.00，一層作業(yè)面的標(biāo)高為-1.1m，用于地鐵下部設(shè)施檢查、材料運(yùn)輸及走行；二層作業(yè)面的標(biāo)高為+1.05m，基本與地鐵車輛的地板平面一致，為檢修人員進(jìn)出車廂提供便捷；頂層作業(yè)面接近或與車頂標(biāo)高等高，為三層作業(yè)平臺(tái)，主要用于受電弓及空調(diào)等車頂設(shè)備的檢查作業(yè)，無(wú)車頂作業(yè)平臺(tái)一側(cè)設(shè)置有防止車頂作業(yè)人員跌落的防護(hù)設(shè)施。

1.2 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

地鐵鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)主要由一層作業(yè)平臺(tái)、二層作業(yè)平臺(tái)、三層作業(yè)平臺(tái)、照明供電系統(tǒng)等構(gòu)成。其主體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.1 一層作業(yè)平臺(tái)

一層作業(yè)平臺(tái)位于混凝土地平面上，用于對(duì)地鐵車體底部設(shè)備檢修和輸送各種檢修材料、設(shè)備，二層平臺(tái)底部安裝有降溫和照明裝置，模塊化臺(tái)面之間間隔2～4m安裝照明燈，每根立柱上安裝一扇搖頭風(fēng)扇。在鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)的兩端各預(yù)埋一個(gè)20kW的電源接入點(diǎn)，各配置一個(gè)配電柜內(nèi)含空開(kāi)、三相四孔插座和兩相三孔插座等，靠近支撐立柱安裝，方便檢修作業(yè)過(guò)程中各種檢修設(shè)備取電。

1.2.2 二層作業(yè)平臺(tái)

二層作業(yè)平臺(tái)由二層橫梁與支撐立柱承載作業(yè)平臺(tái)的重量，螺栓底板與預(yù)埋地基采用連續(xù)角焊的方式焊接，螺栓底板和支撐立柱之間采用螺栓連接，安裝完成后進(jìn)行二次澆筑（采用高強(qiáng)度無(wú)收縮混凝土）。支撐立柱間距8m，二層平臺(tái)面距軌頂1.05m，平臺(tái)的寬度1.5m。臺(tái)面鋪設(shè)壁厚為4mm的花紋鋼板，平臺(tái)兩側(cè)均設(shè)置防護(hù)欄和踢腳板，靠近車體一側(cè)采用對(duì)開(kāi)推拉門(mén)式護(hù)欄設(shè)計(jì)，防護(hù)欄采用外徑不小于30mm，不大于50mm的不銹鋼管，欄桿設(shè)計(jì)高度1.2m。（表1）

表1 二層作業(yè)平臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)

1.2.3 三層作業(yè)平臺(tái)

三層作業(yè)平臺(tái)主要用于車頂受電弓、空調(diào)設(shè)備檢修，由三層橫梁與支撐立柱承載作業(yè)平臺(tái)的重量，臺(tái)面框架采用模塊化設(shè)計(jì)，采用螺栓聯(lián)接形式，方便安裝與后期更換維修，三層平臺(tái)面距軌頂3.60m，平臺(tái)的寬度1.5m，臺(tái)面鋪設(shè)壁厚為4mm的花紋鋼板，平臺(tái)兩側(cè)均設(shè)置防護(hù)欄和踢腳板，靠近車體一側(cè)采用對(duì)開(kāi)推拉門(mén)式護(hù)欄設(shè)計(jì)，防護(hù)欄采用外徑不小于30mm，不大于50mm的不銹鋼管，欄桿設(shè)計(jì)高度1.2m。車體非作業(yè)面一側(cè)，設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)，采用地面支撐的方式，防護(hù)網(wǎng)高1.1m，安裝面距軌面高3.6m，防護(hù)網(wǎng)距車體中心線1.5m。三層作業(yè)平臺(tái)兩端爬梯入口處設(shè)置門(mén)禁裝置。（表2）

表2 三層作業(yè)平臺(tái)主要技術(shù)參數(shù)

1.3 設(shè)備有限元分析

利用ANSYS軟件建立有限元模型，針對(duì)單側(cè)中高作業(yè)平臺(tái)選取一個(gè)8m單元模塊進(jìn)行有限元分析，在兩個(gè)支撐立柱上施加固定約束，分別在二層平臺(tái)和三層平臺(tái)踏板上施加2000N/m2荷載，有限元分析如圖2-圖4所示。

圖2 平臺(tái)單元模塊施加的力和固定約束

由圖3可知，平臺(tái)在端部存在應(yīng)力集中，最大應(yīng)力為212.01MPa，作業(yè)平臺(tái)選用材料為Q355B，安全系數(shù)=結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足實(shí)際使用要求。

圖3 平臺(tái)單元模塊應(yīng)力圖

由圖4可知，平臺(tái)最大的位移變形量為0.001mm，查規(guī)范可知滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 平臺(tái)單元模塊應(yīng)變圖

2 鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)的施工工藝

在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)安裝的施工過(guò)程中，首先需要對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行考察，設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮設(shè)備材料的倒運(yùn)、安裝，確保安裝過(guò)程高效、平穩(wěn)、有序的進(jìn)行。各個(gè)安裝場(chǎng)地有所不同，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，制定合理的安裝方案，在現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，很多道工序需要同時(shí)進(jìn)行，人力和物力的投入也會(huì)比較多，因此現(xiàn)場(chǎng)管理者將會(huì)具有重要的作用，團(tuán)結(jié)有序的施工隊(duì)伍也會(huì)加快施工的進(jìn)度，保證施工質(zhì)量。

2.1 施工前的準(zhǔn)備工作

2.1.1 充分的熟悉施工材料

在進(jìn)入項(xiàng)目施工前，項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人員應(yīng)將施工資料全部進(jìn)行統(tǒng)一整理，仔細(xì)熟悉施工圖紙、技術(shù)文件及所簽署的合同文件。將設(shè)計(jì)圖紙結(jié)合施工實(shí)際環(huán)境及施工條件進(jìn)行深入有效的分析，才能準(zhǔn)確的將施工過(guò)程中的整體預(yù)算和施工計(jì)劃初步的制定出來(lái)。

2.1.2 施工方案的制定

施工方案需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工條件進(jìn)行制定，綜合考慮各種施工過(guò)程的不利因素，結(jié)合實(shí)際情況以及以往施工成功的案例充分結(jié)合，提出滿足現(xiàn)場(chǎng)條件的倒運(yùn)、吊運(yùn)設(shè)備以及合理的人員配備，保證鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)安裝過(guò)程安全、有序、高效的完成。

2.2 施工工藝及操作要點(diǎn)

2.2.1 施工工藝流程

測(cè)量和放樣→預(yù)埋地基→螺栓底板點(diǎn)焊→安裝支撐立柱→安裝二層平臺(tái)橫梁→安裝二層平臺(tái)臺(tái)面框架→安裝三層平臺(tái)橫梁→安裝三層平臺(tái)臺(tái)面框架→安裝防護(hù)欄及爬梯→調(diào)整平臺(tái)限界→底板焊接及混凝土二次澆筑。

2.2.2 施工操作要點(diǎn)

①測(cè)量和放樣。在施工之前，按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)施工施工路面基層進(jìn)行平面和高層測(cè)量，確保預(yù)埋件上表面的高度準(zhǔn)確。平面測(cè)量放樣工作主要是確定預(yù)埋底板的中心，測(cè)量和放樣的準(zhǔn)確性為后續(xù)平臺(tái)限界調(diào)整奠定基礎(chǔ)。

②預(yù)埋地基。在測(cè)量放樣的基礎(chǔ)上，將螺栓底板安裝在相應(yīng)的位置，并進(jìn)行混凝土澆筑，養(yǎng)護(hù)時(shí)間滿足規(guī)范要求。預(yù)埋完成后，需采用模板將預(yù)埋件框柱，避免對(duì)路面澆筑過(guò)程中將預(yù)埋件誤澆筑。

③螺栓底板點(diǎn)焊。預(yù)埋地基養(yǎng)護(hù)后，需進(jìn)行二次測(cè)量和放樣，確定螺栓底板的焊接位置，螺栓底板的安裝精度，對(duì)支撐立柱的安裝精度起到重要的作用，安裝螺栓底板采用點(diǎn)焊的焊接方式，方便調(diào)整限界做出調(diào)整。

④安裝支撐立柱。采用吊運(yùn)設(shè)備起吊支撐立柱安裝，柱腳板與螺栓底板之間采用螺母緊固，安裝過(guò)程保證立柱的直線度和垂直度。

⑤安裝二層平臺(tái)橫梁。立柱的直線度和垂直度調(diào)整完成后，安裝二層平臺(tái)橫梁，橫梁的聯(lián)接法蘭板與支撐立柱的對(duì)應(yīng)的孔位采用螺栓聯(lián)接，螺栓聯(lián)接時(shí)注意彈墊和平墊按設(shè)計(jì)要求安裝，避免安裝完成驗(yàn)收時(shí)出現(xiàn)返工的問(wèn)題，橫梁的上表面調(diào)整標(biāo)高后，進(jìn)行螺栓緊固，防止后續(xù)平臺(tái)臺(tái)面框架安裝出現(xiàn)安全事故。

⑥安裝二層平臺(tái)臺(tái)面框架。臺(tái)面框架上安裝護(hù)欄的孔位不一致，在倒運(yùn)過(guò)程中，需提前對(duì)臺(tái)面框架進(jìn)行排序，按照1～10序號(hào)排列堆放，二層平臺(tái)橫梁螺栓緊固完成，采用吊運(yùn)設(shè)備起吊臺(tái)面框架按序號(hào)依次安裝，臺(tái)面兩端部的法蘭板與橫梁的法蘭板采用螺栓聯(lián)接，調(diào)整二層平臺(tái)臺(tái)面距軌頂?shù)臉?biāo)高1.05m。

⑦安裝三層平臺(tái)橫梁。安裝三層平臺(tái)橫梁，橫梁的聯(lián)接法蘭板與支撐立柱的對(duì)應(yīng)的法蘭板采用螺栓聯(lián)接，螺栓聯(lián)接時(shí)注意彈墊和平墊按設(shè)計(jì)要求安裝，避免安裝完成驗(yàn)收時(shí)出現(xiàn)返工的問(wèn)題，調(diào)整三層平臺(tái)橫梁的標(biāo)高。

⑧安裝三層平臺(tái)臺(tái)面框架。三層臺(tái)面框架上安裝護(hù)欄的孔位不一致，在倒運(yùn)過(guò)程中，需提前對(duì)臺(tái)面框架進(jìn)行排序，按照1～10序號(hào)排列堆放，三層平臺(tái)橫梁螺栓緊固完成，按照從下往上的安裝順序，采用吊運(yùn)設(shè)備起吊臺(tái)面框架按序號(hào)依次安裝，臺(tái)面兩端部的法蘭板與橫梁的法蘭板采用螺栓聯(lián)接，調(diào)整三層平臺(tái)臺(tái)面距軌頂?shù)臉?biāo)高3.60m。

⑨安裝防護(hù)欄及爬梯。防護(hù)欄和爬梯都是采用螺栓連接，安裝過(guò)程中可以先安裝底部爬梯，再安裝中部爬梯，方便施工安裝人員上下平臺(tái)。防護(hù)欄分為靠近車體一側(cè)和遠(yuǎn)離車體一側(cè)，靠近車體一側(cè)防護(hù)欄安裝距平臺(tái)邊緣100mm，遠(yuǎn)離車體一側(cè)防護(hù)欄與平臺(tái)邊緣重合。

⑩調(diào)整平臺(tái)限界。平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)安裝完成后，需根據(jù)車輛限界輪廓調(diào)整平臺(tái)的限界，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙要求，調(diào)整限界主要通過(guò)以下兩種方式調(diào)節(jié)：一是通過(guò)調(diào)整支撐立柱的垂直度來(lái)調(diào)整平臺(tái)的限界；二是通過(guò)調(diào)整橫梁連接法蘭板上的長(zhǎng)圓孔，來(lái)達(dá)到調(diào)整限界的目的。限界調(diào)整完成后，測(cè)量并記錄平臺(tái)限界的實(shí)際數(shù)據(jù)，檢查螺栓緊固情況，需滿足鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)交付要求。

1○底板焊接及混凝土二次澆筑。螺栓底板和預(yù)埋件采用滿焊的焊接形式，焊縫高度需滿足焊接規(guī)范要求。焊接完成驗(yàn)收合格后采用與路面同標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行二次澆筑。

3 模塊化施工工藝的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)施工工藝作業(yè)平臺(tái)的立柱、橫梁和平臺(tái)臺(tái)面采用的是一體化設(shè)計(jì)，在實(shí)際運(yùn)輸和安裝過(guò)程中難度大大增加。本工藝采用模塊化的施工工藝，鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)各個(gè)部件都是采用模塊化設(shè)計(jì)，有利于安裝過(guò)程中運(yùn)輸；各部件之間采用螺栓連接，有利于作業(yè)平臺(tái)安裝和拆卸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用模塊化施工工藝較總體預(yù)算節(jié)省成本10%，主要體現(xiàn)在材料運(yùn)輸、材料吊運(yùn)安裝和節(jié)省勞動(dòng)力；施工周期計(jì)劃15天完成，實(shí)際安裝用時(shí)10天完成，大大縮短了施工周期。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，本文提出的鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)滿足現(xiàn)場(chǎng)需要，提出的鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)施工工藝，有利于施工方對(duì)鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行快速、高效、準(zhǔn)確的安裝，對(duì)于縮短工程進(jìn)度有著重要的指導(dǎo)作用。