馬鬃山滑雪場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸及安裝工藝分析

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.021

摘" 要：基于呼和浩特市馬鬃山滑雪場(chǎng)工程背景，介紹適用于大坡度鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸及安裝工藝。該工程上半段地形復(fù)雜、坡度大、材料無(wú)法用車輛直接運(yùn)輸及各構(gòu)件安裝精度要求高，施工過程中選取合適的運(yùn)輸及吊裝方案是亟待解決的難題。通過現(xiàn)場(chǎng)方案比選發(fā)現(xiàn)，卷?yè)P(yáng)機(jī)配合吊車轉(zhuǎn)運(yùn)與纜索吊轉(zhuǎn)運(yùn)相比，安裝工期時(shí)間短、成本低、工藝成熟；單節(jié)段吊裝工點(diǎn)安裝與多節(jié)段地面拼裝吊運(yùn)安裝相比，單次起重量小、起重設(shè)備小，更能適應(yīng)本工程結(jié)構(gòu)吊裝特點(diǎn)。最終現(xiàn)場(chǎng)施工采用工藝成熟的JM-5T卷?yè)P(yáng)機(jī)配合50 t履帶吊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單結(jié)構(gòu)吊裝的運(yùn)輸方案對(duì)鋼柱、鋼梁、鋼斜撐以及壓型鋼板進(jìn)行分段、分層、定位安裝。提高機(jī)械利用率及傳統(tǒng)施工強(qiáng)項(xiàng)盈利利潤(rùn)率，最大限度地保證施工質(zhì)量，為現(xiàn)代滑雪場(chǎng)工程建設(shè)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：滑雪場(chǎng)；大坡度；轉(zhuǎn)運(yùn)方案；吊裝方案；安裝工藝

中圖分類號(hào)：TU69" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）32-0083-04

Abstract： Based on the project of the Mazongshan Ski Resort in Hohhot， Inner Mongolia， China. The transportation and installation processes applicable to steel structures with large slopes are introduced. The first half of the project has complex terrain， large slopes， and materials that cannot be directly transported by vehicles， the precision of each component installation is high. It is found that the winch with crane transportation is shorter and lower in cost than the cable crane transportation; Compared with multi-segment ground assembly and lifting installation， the installation of a single section lifting site has a smaller lifting weight and lifting equipment. Finally， the JM-5T winch with mature technology and 50 t crawler crane is used to carry out on-site single structure hoisting transportation scheme to install the steel columns， steel beams， steel slant support， and profiled steel plates in sections， layers， and locations. It has improved the profit margin of traditional construction strengths， providing a reference for modern ski resort engineering construction.

Keywords： ski field; heavy grade; transfer plan; lifting plan; installation process

中國(guó)滑雪產(chǎn)業(yè)在各個(gè)地區(qū)合力發(fā)展，引領(lǐng)著各地區(qū)滑雪場(chǎng)大力投入建設(shè)，但各地區(qū)工程水文地質(zhì)條件的差異性、施工的復(fù)雜性，勢(shì)必會(huì)有不同的施工問題。并且目前滑雪場(chǎng)建設(shè)類型眾多，工程也越來(lái)越復(fù)雜，存在大邊坡等復(fù)雜工況導(dǎo)致施工難度日益增加。因此，為確保大邊坡滑雪場(chǎng)工程的安全實(shí)施，開展關(guān)于滑雪場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸及安裝工藝分析等方面的研究日趨緊迫。

一些學(xué)者針對(duì)此類問題進(jìn)行了研究，提出了相應(yīng)的對(duì)策。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸工藝及吊裝工藝，宋敏[1]在分析SPMT運(yùn)輸整體吊裝難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，探析鋼結(jié)構(gòu)連廊SPMT運(yùn)輸和整體吊裝的設(shè)計(jì)與實(shí)施。陳思等[2]從上部鋼梁起吊點(diǎn)及吊裝索具規(guī)格選擇，總結(jié)出一套適用于大跨度框架鋼結(jié)構(gòu)吊裝的技術(shù)方案。吳侃等[3]為實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)吊裝過程安全和定位準(zhǔn)確，針對(duì)單件安裝重量最大76 t采用雙機(jī)抬吊的方法進(jìn)行安裝。楊振龍等[4]采用裝配式棧橋?yàn)榇笮吐膸狡鹬貦C(jī)的吊裝作業(yè)提供通道，減少鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件分段數(shù)量。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的安裝工藝，李瀟瀟等[5]介紹了廣州萬(wàn)達(dá)茂滑雪場(chǎng)滑道高區(qū)與滑道低區(qū)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方案、臨時(shí)支撐的布置。針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，冷冬梅等[6]重點(diǎn)介紹了鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。目前，鋼結(jié)構(gòu)在大跨度橋梁、隧道，例如連拱隧道[7]應(yīng)用廣泛，對(duì)于滑雪場(chǎng)運(yùn)輸及吊裝方案的研究，因工程特點(diǎn)的不同而相差甚遠(yuǎn)，有的方案可能只適用于特定工程，對(duì)于坡度大的工程研究較少且選取方案有限，所以探究在該條件下的滑雪場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸及安裝工藝分析具有非常強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

本文基于呼和浩特市馬鬃山滑雪場(chǎng)工程，在鋼架橋施工方案的基礎(chǔ)上，采取專業(yè)運(yùn)輸設(shè)備及安裝技術(shù)，為鋼架橋結(jié)構(gòu)安裝，焊接、螺栓施工提供良好的條件，保證工程建設(shè)的安全性和穩(wěn)定性，以期為工程施工提供參考。

1" 馬鬃山滑雪場(chǎng)工程概況

1.1" 工程簡(jiǎn)介

馬鬃山滑雪場(chǎng)選址位于呼和浩特市賽罕區(qū)榆林鎮(zhèn)石門溝村馬鬃山周邊山體，馬鬃山滑雪場(chǎng)增加最長(zhǎng)中級(jí)道6起點(diǎn)在A索平臺(tái)，終點(diǎn)在大廳前停止區(qū)。雪道全長(zhǎng)1 610 m，平均寬35 m，上半段寬30 m，下半段40 m，落差275 m，平均坡度15%，山頂初始階段坡度41%，雪道長(zhǎng)80 m。中間階段坡度27%，雪道長(zhǎng)400 m，下段雪道長(zhǎng)1 130 m，坡度11%。雪道面積66 500 m2，容納滑雪人數(shù)714人，雪道挖填方量約為550 000 m3，整體工程造價(jià)約1億，工期6個(gè)月。平面示意圖如圖1所示。

現(xiàn)場(chǎng)需要吊裝的構(gòu)件有預(yù)制砼基礎(chǔ)、鋼立柱、鋼橫梁、鋼斜撐和壓型鋼板等構(gòu)件。經(jīng)計(jì)算單件起重量最大的為預(yù)制砼基礎(chǔ)約1.29 t。

吊裝點(diǎn)位于馬鬃山山體之上，地形復(fù)雜坡度角度，最大坡度約20%，現(xiàn)場(chǎng)地形圖如圖2所示。

1.2" 馬鬃山滑雪場(chǎng)工程施工重點(diǎn)、難點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)由柱、梁、撐等構(gòu)件組成架體結(jié)構(gòu)，各桿件相連，最大高度18 m，且沿山體地勢(shì)安裝。因此，材料運(yùn)輸及柱、梁、撐的安裝精度等是鋼結(jié)構(gòu)施工的重難點(diǎn)。

1.2.1nbsp; 材料倒運(yùn)

鋼結(jié)構(gòu)部位地形最高點(diǎn)1 519.59 m，最低點(diǎn)1 466.91 m，高差52.68 m。所位于的山體最高點(diǎn)1 521.62 m，最低點(diǎn)1 238.60 m，高差283.02 m，平均坡度約30%。地形復(fù)雜，材料無(wú)法用車輛直接運(yùn)輸，需用卷?yè)P(yáng)機(jī)配合吊車倒運(yùn)，是本工程的重點(diǎn)控制對(duì)象。

1.2.2" 架體安裝精度及施工進(jìn)度

鋼結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)178.8 m，寬30.3 m，結(jié)構(gòu)最大高度18 m，所有桿件連接成一個(gè)整體，各構(gòu)件環(huán)環(huán)相扣，因此構(gòu)件安裝的精準(zhǔn)對(duì)位與焊接質(zhì)量的控制是本工程的難點(diǎn)。

鋼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件工廠加工好后，分節(jié)段現(xiàn)場(chǎng)安裝，梁柱節(jié)點(diǎn)采用焊接，斜撐節(jié)點(diǎn)采用高強(qiáng)螺栓連接，共計(jì)連接節(jié)點(diǎn)約2 200個(gè)。為滿足本年度運(yùn)營(yíng)要求，可施工天數(shù)50 d，工期緊任務(wù)重，合理組織安排是本工程的重點(diǎn)控制對(duì)象。

2" 鋼架橋結(jié)構(gòu)總體運(yùn)輸方案

廠內(nèi)生產(chǎn)為可運(yùn)輸構(gòu)件，立柱、梁、斜撐均以節(jié)點(diǎn)單元尺寸進(jìn)行下料加工，頂部壓型鋼板以變形小、宜安裝的原則進(jìn)行下料，下料加工完成運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)山體下部后，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)運(yùn)輸至山頂，然后履帶式汽車吊配合現(xiàn)場(chǎng)吊裝焊接，運(yùn)輸路線如圖3所示。

2.1" 方案比選

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形情況，進(jìn)場(chǎng)材料由山底轉(zhuǎn)運(yùn)至安裝位置，可以采用纜索吊進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)、卷?yè)P(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝安裝，鋼構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)安裝可采用單節(jié)段吊裝工點(diǎn)安裝、多節(jié)段地面拼裝吊運(yùn)安裝，方案比選對(duì)照表見表1。

項(xiàng)目部通過多方案比選，進(jìn)廠材料轉(zhuǎn)運(yùn)采用炮車配合JM-5T卷?yè)P(yáng)機(jī)將材料轉(zhuǎn)運(yùn)至山頂，然后通過50 t履帶吊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單結(jié)構(gòu)吊裝。

2.2" 材料轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備選型

2.2.1" 卷?yè)P(yáng)機(jī)選型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境及吊裝構(gòu)件外形尺寸、重量等因素?cái)M采用建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)JM-5T。本系列卷?yè)P(yáng)機(jī)主要用于各種大型鋼結(jié)構(gòu)及鋼索的長(zhǎng)距離牽引及大行程起吊，其特點(diǎn)鋼絲繩速度恒定，起吊平穩(wěn)。將運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的鋼構(gòu)件轉(zhuǎn)運(yùn)至山頂，該段地形復(fù)雜，坡度約30%。

2.2.2" 卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝

卷?yè)P(yáng)機(jī)安裝于山體頂部，通過牽引繩牽引運(yùn)料炮車，將材料由山下轉(zhuǎn)運(yùn)至山頂。在卷?yè)P(yáng)機(jī)底部澆筑3 m×3 m×1 m混凝土基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)內(nèi)部預(yù)埋4塊300 mm×300 mm×12 mm鋼板，鋼板內(nèi)焊接4根？準(zhǔn)18錨筋，錨筋長(zhǎng)40 cm，卷?yè)P(yáng)機(jī)材料轉(zhuǎn)運(yùn)示意圖如圖4所示。

1）炮車最大載重量T計(jì)算。炮車重1 t，卷?yè)P(yáng)機(jī)額定牽引力5 t，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形坡度30%，安全系數(shù)2。

計(jì)算：sin（30°）×（1+T）×2≤5；T≤5 t。

2）牽引繩直徑計(jì)算。牽引繩應(yīng)符合GB/T 20118—2017《鋼絲繩通用技術(shù)條件》的規(guī)定，安全系數(shù)Kn取3.35，額定牽引力5 t=49 kN，鋼絲繩選擇系數(shù)應(yīng)滿足C=，鋼絲繩直徑應(yīng)滿足d≥C。式中：d為鋼絲直徑，mm；Fe為卷?yè)P(yáng)機(jī)的額定荷載，N；C為鋼絲繩選擇系數(shù)；Kn為鋼絲繩最小安全系數(shù)，取3.35；K′為鋼絲繩最小破斷拉力系數(shù)，取0.33；R0為鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度，MPa，取1 960；d≥15.9。

因此，選用？準(zhǔn)=20 mm的鋼絲繩可滿足要求。

2.3" 吊裝方案

2.3.1" 吊裝設(shè)備選型

所有鋼構(gòu)件、砼基礎(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)至山頂后，根據(jù)安裝位置及地形情況，擬采用50 t履帶吊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)，起重量足以滿足現(xiàn)場(chǎng)吊裝要求，履帶吊主臂長(zhǎng)度13～52 m，最大回轉(zhuǎn)半徑1.5 r/min。

2.3.2" 可行性分析

根據(jù)鋼構(gòu)件的分段重量、砼基礎(chǔ)單個(gè)重量、外形尺寸和吊機(jī)的作業(yè)半徑等因素，綜合考慮吊機(jī)選型的可行性?，F(xiàn)場(chǎng)最重單次起吊為砼基礎(chǔ)重約1.29 t，且工況最不利狀態(tài)分析如圖5所示。

分析此時(shí)吊機(jī)臂長(zhǎng)37 m，作業(yè)半徑32 m，吊重1.29 t。而此時(shí)查表知吊機(jī)起重能力為1.54 t，安全系數(shù)為0.9，則吊機(jī)安全起重能力為1.54×0.9=1.386 t＞1.29 t，因此利用50 t履帶吊對(duì)鋼構(gòu)件及砼基礎(chǔ)進(jìn)行吊裝的方案是可行的。

2.3.3" 鋼絲繩的選用

鋼構(gòu)件的最重約為1.29 t，因此采用雙束？準(zhǔn)12 mm鋼絲繩（6×7纖維芯），鋼絲繩級(jí)1 570，根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》計(jì)算，其破斷拉力為75.1 kN，2根？準(zhǔn)12 mm鋼絲繩受力，單根鋼絲繩受力計(jì)算如下

F=nkG/2？琢sin（60°）=56.08 kNlt;75.1 kN，

式中：F為鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和，kN；G為最大重量1.29 t；？琢為不均勻受力系數(shù)，取0.82；k為鋼絲繩使用安全系數(shù)，本計(jì)算取4.5；n為動(dòng)荷載系數(shù)，取1.4。

由上式計(jì)算結(jié)果可見，其鋼絲繩的選型滿足要求。根據(jù)吊裝構(gòu)件的重量，現(xiàn)擬選用雙束？準(zhǔn)12 mm（6×7）鋼絲繩，采用兩點(diǎn)吊法。

3" 鋼架橋結(jié)構(gòu)安裝

3.1" 基礎(chǔ)安裝

由于本工程工期緊，為滿足施工進(jìn)度，提前將基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)制，待基礎(chǔ)施工時(shí)將預(yù)制塊搬運(yùn)至設(shè)計(jì)位置。按設(shè)計(jì)軸線間距進(jìn)行定位。

3.2" 鋼柱安裝

根據(jù)本工程的平面和立面形狀、結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場(chǎng)施工條件等因素，鋼結(jié)構(gòu)按照縱向分段、豎向分層進(jìn)行施工安裝。

在第一層鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，對(duì)各連接部位及桿件安裝質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)入下一層施工。在已安裝好的層段頂部搭設(shè)操作支撐架，進(jìn)行該層安裝施工。除立柱安裝略有區(qū)別外，其他安裝程序及操作均與第一層相同，該層立柱底部采用對(duì)接焊縫，臨時(shí)固定需通過加設(shè)剛性斜撐進(jìn)行固定。鋼柱的垂直度通過水平尺進(jìn)行檢查，垂直偏差滿足規(guī)范要求。

除第一層立柱長(zhǎng)度不同需要單根安裝外，其余層可根據(jù)吊裝能力采取地面拼裝單元后進(jìn)行吊裝，該安裝方法可以確保在地面鋼結(jié)構(gòu)焊接直接及減少安全隱患。在地面將4根立柱根據(jù)設(shè)計(jì)間距進(jìn)行四邊形固定，然后安裝頂層橫梁和斜撐。

3.3" 壓型鋼板安裝

在鋼立柱頂部通過壓型剛板過渡，作為雪道基礎(chǔ)整體平面，板梁連接如圖6所示。

4" 結(jié)論

1）經(jīng)多方案比選，采用JM-5T卷?yè)P(yáng)機(jī)配合50 t履帶吊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單結(jié)構(gòu)吊裝的運(yùn)輸方案，提高機(jī)械利用率及傳統(tǒng)施工強(qiáng)項(xiàng)盈利利潤(rùn)率。

2）對(duì)鋼柱、鋼梁、鋼斜撐以及壓型鋼板進(jìn)行分段、分層、定位安裝，最大限度地保證了施工質(zhì)量，解決施工難度大、機(jī)械物料運(yùn)輸困難等難題。

3）總結(jié)了適用于地形復(fù)雜、坡度大、構(gòu)件安裝精度要求高的鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸及安裝工藝，為現(xiàn)代滑雪場(chǎng)工程建設(shè)提供參考和借鑒。

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作者簡(jiǎn)介：安慧（1990-），男，工程師。研究方向?yàn)樗淼琅c地下工程。