面向地鐵明挖基坑集約化施工的移動作業(yè)平臺設計*

魏文義

(中鐵二十一局集團軌道交通工程有限公司,山東 濟南 250117)

0 引言

一般地鐵車站設計為條形基坑,且多采用明挖順作法施工工藝。但受地鐵車站位置、地面環(huán)境、地形地貌、周邊建(構)筑物等的影響,明挖基坑施工作業(yè)時間長,包括的施工內容多,所使用的設備種類多、數(shù)量大,這些配套設備使用總是存在互相干擾的情況,施工效率較低。

作為建筑配套設備,其功能適應性強、自動化、智能化是發(fā)展的必然趨勢。目前明挖基坑施作作業(yè)工序主要有基坑開挖、圍護結構掛網、噴射混凝土;鋼腰梁置安、鋼支撐架設,鋼筋綁扎、混凝土澆筑,支架搭設、模板安裝等。為實現(xiàn)以上作業(yè)內容,目前通常采用以下機械配合作業(yè):土方作業(yè)機械主要有長臂挖掘機和抓斗等,運輸施工機械主要有汽車式起重機、履帶式起重機和門式起重機等,混凝土設備主要有各種混凝土泵和濕噴機等,除此之外,還包括電焊機和切割機等小型機械。

這些設備存在功能重復、利用效率低下和浪費等現(xiàn)象,且設備間互相影響,存在等待現(xiàn)象。為此,研發(fā)一款可承擔明挖基坑施工主要作業(yè)內容的綜合作業(yè)平臺,可減少浪費、有效提高設備利用率和施工效率、降低設備使用成本,同時有利于保證設備與人員安全。

1 移動作業(yè)平臺整體方案

1.1 基本原則

根據明挖基坑的施工特點和設備情況,考慮其集約化施工需求,移動作業(yè)平臺的開發(fā)應遵循其跨度可調、模塊化、集成化、開放式、功能強大、安全、可靠的基本原則,并且在設計之初就應兼顧后期實現(xiàn)智能化和動力集成化的需求。

1.2 整體方案

基于上述基本設計原則,該移動作業(yè)平臺的整體方案如圖1所示。其各部分功能簡述如下。

圖1 移動作業(yè)平臺整體方案

1)地面移動軌道 該移動作業(yè)平臺是為明挖基坑施工專門設計。明挖基坑一般為條形深坑,現(xiàn)場為粗放式土建施工區(qū)域?？紤]到平臺移動的可靠性、對現(xiàn)場安裝的寬容性和使用的耐久性,本平臺采用鋼軌固定在基坑兩側安全區(qū)域內,其長度可根據現(xiàn)場需求確定,以確保平臺沿軌道在施工范圍及材料堆場間的可達性。

2)走行部 走行部采用踏面輪,基坑每側安裝2個踏面輪,此設備帶4個踏面輪。其安裝位置根據工作臺及其上安裝的設備位置、質量進行核算確定。每個踏面輪配1副制動器及止動器,在輕起吊和運輸時可按需求?？??？紤]到重載起吊的安全需求,工作臺底部與踏面輪相適應的位置每側安裝2個液壓止推支撐模塊,在重載起吊時,液壓止推支撐器工作,保證作業(yè)平臺駐停可靠、起吊安全。走行部如圖2所示。

圖2 走行部示意

3)工作臺及快接平臺 工作臺根據作業(yè)平臺的尺寸及其承重要求選擇梁式結構，需通過校核計算確定其結構和尺寸。工作臺上裝配帶有T型槽的快接平臺，快接平臺為作業(yè)平臺與施工設備間的快速接口。

4)跨度可調橫梁 根據基坑寬度確定橫梁尺寸。由于不同基坑尺寸不同,橫梁的尺寸應根據基坑尺寸計算確定。橫梁采用梁式結構,通過接口安裝,并連接基坑兩側的工作臺,使之成為一個整體,即得到移動作業(yè)平臺的基本機械本體。

5)物料平臺 考慮到明挖基坑施工中的水平運輸及物料準備等需求,充分利用移動作業(yè)平臺的空間,以橫梁為依托,設計物料平臺。該物料平臺由物料平臺底板與物料平臺側欄組成,通過物料平臺接口與移動工作平臺固連。物料平臺底板與物料平臺側欄可根據明挖基坑的寬度進行搭建,使物料平臺實現(xiàn)跨度可調,適用于多種寬度的明挖基坑施工作業(yè)。物料平臺隨移動工作平臺移動,可將物料快速運送至施工位置,實現(xiàn)高效施工。設計得到的綜合作業(yè)移動平臺基本結構如圖3所示。

圖3 移動作業(yè)平臺基本結構

6)選裝設備 該移動作業(yè)平臺上可安裝明挖基坑施工所需的各類施工設備,如挖掘機、濕噴機、電動起吊裝置、輕載升降臺、重載升降臺、起重機與混凝土澆筑車等。這些設備通過專門設計研發(fā)的快裝接口與快接平臺連接,可同時承擔土方作業(yè)、運輸作業(yè)、混凝土澆筑作業(yè)及其他工序作業(yè)。升降臺既可在明挖基坑的底部與地面間運送人與物料,還可作為快速逃離通道;電動起吊裝置通過螺栓固定于物料平臺外側的滑道上,可實現(xiàn)橫向移動及在物料平臺與明挖基坑間運送物料。

2 功能介紹

2.1 基本功能

1)縱向移動功能 即沿明挖基坑長度方向的移動。該綜合作業(yè)平臺要實現(xiàn)物料沿明挖基坑長度方向的運輸任務,其首要的基本功能是沿明挖基坑長度方向的水平移動。

2)橫向運輸功能 即沿明挖基坑寬度方向的運輸功能。所運輸物料應保證在基坑縱向和橫向的位置可達,則該綜合作業(yè)平臺在將物料沿縱向運輸?shù)耐瑫r,需實現(xiàn)物料的橫向運輸功能。

3)起吊設備配合實現(xiàn)多工位協(xié)調起吊功能 該綜合作業(yè)平臺的選用,將以汽車式起重機等起吊設備為主,不再使用門式起重機和塔式起重機。因此,對于復雜起吊任務,應采用2臺或多臺汽車式起重機,綜合作用、協(xié)調起吊,可確保起吊任務及起吊物的角度調整需求。

4)兼具運輸、通行、存儲、加工功能 連接工作平臺的物料平臺,既可根據明挖基坑的寬度調整其長度,也可根據現(xiàn)場需求調整其寬度。對于小型設備,如電焊機、切割機等,可存放于物料平臺上,也可在物料平臺上用于加工;常用物料儲存于物料平臺上,且可根據需要隨時加工。物料平臺兩側的護欄可根據需要調整高度,一方面保證物料存放的安全性,另一方面兼顧人員通行的安全性。

5)照明功能 綜合移動作業(yè)平臺的使用不受氣候、季節(jié)及晝夜的影響。為保證其適用性,可在平臺上安裝照明設備。

6)其他開放功能 綜合作業(yè)平臺的工作可達區(qū)域一方面取決于其縱向移動范圍,另一方面取決于起吊設備的工作半徑,還可根據施工要求集成更多設備,增加其他更多現(xiàn)場需要的功能。

2.2 可擴展功能

1)設計中預留了集中動力供給接口,以便后期實現(xiàn)全部設備的電力化改造,從而消除碳排放量,實現(xiàn)碳減排。

2)該移動作業(yè)平臺可結合設備規(guī)劃管理系統(tǒng)使用,從而實現(xiàn)可選裝設備的合理規(guī)劃和管理,進一步減少設備重復和浪費。

3)選裝設備在選擇和安裝時,應進行回轉空間的設計計算,避免在選裝施工設備中出現(xiàn)碰撞、干涉,防止出現(xiàn)安全事故。

3 設計注意事項及其優(yōu)勢

1)該綜合作業(yè)平臺適用于明挖基坑施工,應綜合考慮建筑施工特點,在保證功能前提下,首先要確保安全,故在強度選擇時應選擇較大安全系數(shù)。

2)選裝設備裝拆應考慮操作簡單易行,裝拆零配件同選裝設備保存,以免遺失。

3)要確保停駐安全可靠,在停駐作業(yè)期間,必須排除移動作業(yè)平臺的縱向微動,以免在停駐起吊時因額外擾動產生附加荷載而影響起吊安全性。

4)該綜合作業(yè)平臺取代和減少了不必要的功能重復設備,可極大地降低設備成本,同時也可大幅度節(jié)約施工場地,具有極大的經濟效益。

5)其開放式、模塊化為設備功能擴展提供極大自由度和空間,提高施工效率、簡化現(xiàn)場設備管理。

4 結語

1)本文介紹了一種跨度可調式明挖基坑綜合作業(yè)平臺,主要應用于各類明挖基坑施工,可實現(xiàn)結構跨度可調、快速更換基坑施工設備、設備整合及快速定位等功能。

2)該移動作業(yè)平臺注重其通用性,解決了明挖基坑施工過程中寬度可變的問題,使作業(yè)平臺適用于不同尺寸的明挖基坑。

3)模塊化結構設計使該平臺可根據工程需求快速更換基坑施工設備,提高施工裝配效率,同時減少明挖基坑施工過程中的設備干擾?；邮┕ぴO備整合功能可同時安裝多種設備,達到多種設備配合工作的目的?；邮┕ぴO備由接口固定于快接平臺,根據工程需求將快接平臺固定于移動工作平臺的合適位置,提高了設備布局的合理性。走行裝置實現(xiàn)了基坑施工設備快速定位,其獨立設計形式實現(xiàn)了快速更換維修。

4)該跨度可調式明挖基坑綜合作業(yè)平臺可整合挖掘機、濕噴機、電動起吊裝置、輕載升降臺、重載升降臺、起重機與混凝土澆筑車等施工設備,同時進行土方作業(yè)、運輸作業(yè)、混凝土澆筑作業(yè)及其他工序作業(yè),減小明挖基坑施工過程中受施工位置、地面環(huán)境、地形地貌及周邊建筑物的影響,進而減少基坑施工設備在更換及使用過程中互相干擾。