裝配式地鐵車站預(yù)制板智能吊裝施工技術(shù)研究

任濤

中鐵廣州工程局集團(tuán)深圳工程有限公司，廣東廣州，510000

0 引言

裝配式建筑是指將構(gòu)件在工廠內(nèi)或施工現(xiàn)場預(yù)制，將預(yù)制構(gòu)件在現(xiàn)場進(jìn)行拼裝構(gòu)成整體的建筑。在地下工程中，裝配式施工主要應(yīng)用于盾構(gòu)隧道，而在地鐵車站的施工中應(yīng)用較少，國內(nèi)在這方面的研究仍較少，為了提高建設(shè)效率、貫徹綠色地鐵理念，裝配式地鐵車站將成為我國地鐵施工的主流方式。在地鐵車站施工中，預(yù)制構(gòu)件數(shù)量龐大，這對其吊裝施工技術(shù)提出了更高的要求，需要提高施工效率且保證預(yù)制構(gòu)件的安裝精度。因此，已有不少學(xué)者對裝配式建筑中預(yù)制構(gòu)件吊裝施工方法進(jìn)行研究總結(jié)。

楊秀仁[1-2]結(jié)合工程時(shí)間，總結(jié)了裝配式地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則及相關(guān)防水技術(shù)；曹仲良[3]依托深圳市某地鐵車站工程項(xiàng)目，總結(jié)了裝配式車站的施工難點(diǎn)，并提出解決措施；祁成財(cái)?shù)萚4]通過BIM軟件進(jìn)行裝配式車站預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)化，并進(jìn)行工程應(yīng)用，提高了施工效率；董嘉蓮[5]總結(jié)長春某地鐵車站預(yù)制構(gòu)件施工難點(diǎn)，提出了安全高效的施工方案；林悅[6]等總結(jié)分析了裝配式地鐵車站結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的施工技術(shù)；張中勇與王永吉[7]通過對地鐵車站預(yù)制構(gòu)件施工技術(shù)的研究，得出預(yù)制技術(shù)在地鐵工程中具有安全高效的施工效果。

本文針對裝配式地鐵車站內(nèi)支撐的施工問題，提出了一種裝配式地鐵車站預(yù)制支撐兼作主體結(jié)構(gòu)橫梁施工技術(shù)，并將該技術(shù)應(yīng)用于廣州市地鐵上涌公園站施工中，減少了施工工序，實(shí)現(xiàn)了裝配式地鐵車站預(yù)制構(gòu)件的智能施工，為今后類似的工程項(xiàng)目提供施工借鑒。

1 裝配式地鐵車站預(yù)制板智能吊裝施工技術(shù)的工程應(yīng)用

1.1 工程概況

廣州市軌道交通十一號線（環(huán)線）呈環(huán)形線路。線路全長44.2km，全部采用地下敷設(shè)方式，全線共設(shè)32座車站，另外，代建1座車站（城軌琶洲站），其中換乘站20座，平均站間距1.38km。設(shè)置赤沙車輛段一座，主變電站3座，分別為赤沙滘主變、天河公園主變、彩虹橋主變。十一號線采用8輛編組A型車，DC1500V架空接觸網(wǎng)供電，列車最高運(yùn)行速度80km/h。

上涌公園站為地下三層島式站臺車站，全長221.7m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為22.3m，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深24.48，盾構(gòu)井基坑深25.27m。本站采用單一墻裝配式結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻兼作永久結(jié)構(gòu)側(cè)墻，混凝土支撐兼作永久結(jié)構(gòu)橫梁。車站主體結(jié)構(gòu)中柱采用鋼管混凝土立柱的形式，鋼管混凝土立柱共計(jì)24根，采用外徑800mm、t=24/30mm、Q345鋼。鋼管混凝土立柱基礎(chǔ)為φ1500鉆孔灌注樁。

1.2 智能吊裝機(jī)設(shè)計(jì)

DZJ08智能吊裝機(jī)主要由回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、橫移吊架、下吊架、縱移梁、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)組成。主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 智能吊裝機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

（1）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要包括：吊鉤連接架、回轉(zhuǎn)軸、回轉(zhuǎn)油缸、鋼絲繩連接架等。吊鉤連接架與龍門吊起升滑輪組通過銷軸連接，可以實(shí)現(xiàn)智能更換。鋼絲繩連接架通過鋼絲繩與下吊架連接。在回轉(zhuǎn)過程中需要人工纜繩防搖，通過回轉(zhuǎn)油缸實(shí)現(xiàn)吊具整體旋轉(zhuǎn)90°，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖1所示。

圖1 DZJ08智能吊裝機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)大樣圖

（2）下吊機(jī)。下吊架主要包括：升降油缸、主梁、連接梁、導(dǎo)向裝置等。吊裝機(jī)通過升降油缸支撐在現(xiàn)澆橫梁上，通過升降油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)吊具的整體升降。主梁上有橫移導(dǎo)軌，橫移吊架可以在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。主梁上有吊耳，通過四點(diǎn)起吊對下吊架起吊。主梁上有防傾覆結(jié)構(gòu)，防止橫移吊架從下吊架上滑脫和傾覆。下吊架左、左右主梁通過連接梁連接。下吊架上還有導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)橫移吊架在橫移過程中的導(dǎo)向。下吊機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 智能吊裝機(jī)下吊架大樣圖

（3）橫移吊架。橫移吊架主要包括：主梁、橫移油缸和連接梁。主梁下方固定有滑軌，通過橫移油缸推動(dòng)橫移吊架在下吊架上左右滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)橫移調(diào)節(jié)。主梁兩端有滑動(dòng)套，縱移梁在滑動(dòng)套內(nèi)滑動(dòng)。橫移吊架如圖3所示。

圖3 智能吊裝機(jī)橫移吊架大樣圖

（4）縱移梁。左、右兩根縱移梁可以在橫移吊架的滑動(dòng)套內(nèi)滑動(dòng)，兩根縱移梁同步同向滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)縱移調(diào)節(jié)，單獨(dú)滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)?？v移梁兩端有吊耳用來四點(diǎn)吊掛預(yù)制樓板。吊耳通過卸扣、吊鏈、吊鉤來吊掛預(yù)制樓板的吊點(diǎn)?？v移梁如圖4所示。

圖4 智能吊裝機(jī)縱移梁大樣圖

（5）液壓系統(tǒng)。液壓動(dòng)力系統(tǒng)由電機(jī)和齒輪泵組成?？刂圃扇凰耐姶艙Q向閥、兩位四通電磁換向閥、平衡閥、單向閥、溢流閥及單向調(diào)速閥等組成。液壓執(zhí)行元件有1根回轉(zhuǎn)油缸、2根縱移油缸、1根橫移油缸、4根支腿油缸等組成。液壓系統(tǒng)設(shè)有液位、油溫顯示。所有油缸帶有平衡閥或液壓鎖，可以實(shí)現(xiàn)自鎖功能。

（6）電氣系統(tǒng)。選用三菱FX3GPLC控制電磁換向閥動(dòng)作，采用無線遙控操作，通過無線遙控手柄控制回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)，吊裝機(jī)的橫移、縱移和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。

1.3 預(yù)制板吊裝施工部署

上涌公園站預(yù)制構(gòu)件施工共分12個(gè)區(qū)域，分別由兩臺龍門吊吊裝施工，由于車站場地限制，預(yù)制構(gòu)件到場后存放在場地北側(cè)，需要使用時(shí)用叉車將對應(yīng)編號的預(yù)制板叉到龍門吊吊裝區(qū)域，由龍門吊及智能吊裝機(jī)進(jìn)行預(yù)制板的吊裝施工，其預(yù)制構(gòu)件安裝劃分區(qū)域如圖5、圖6所示。

圖5 施工區(qū)域劃分圖

圖6 預(yù)制板安裝順序圖

1.4 預(yù)制板吊裝施工

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和交接點(diǎn)坐標(biāo)采用全站儀測定出基礎(chǔ)樁軸線，按照設(shè)計(jì)圖紙的樁坐標(biāo)，準(zhǔn)確定出樁位，并及時(shí)做好樁位標(biāo)記及編號。

車站預(yù)制板安裝等需要采用龍門吊配合進(jìn)行安裝，本工程預(yù)制板最重約18t（由于預(yù)制支撐梁已施工完成故不計(jì)入），因此采用45t龍門吊，型號為MG4501-19門-010～011雙主梁門式起重機(jī)，額定起重量45t，跨度21.2m，滿足構(gòu)件吊裝需求，如圖7所示。

圖7 龍門吊大樣圖

圖 8 預(yù)制板吊環(huán)安裝

圖 9 龍門吊吊起智能吊裝機(jī)與預(yù)制板

圖 10 預(yù)制板下放

（1）DZJ08智能吊裝機(jī)遙控器操作方法。吊裝機(jī)由龍門吊通過垂直電纜提供AC380V電源，電纜為3x6+1x2.5（三相四線制，帶零線），龍門吊上預(yù)留電源接口。吊裝機(jī)使用前保證電纜接通良好，合上電器柜內(nèi)供電空開，電器柜供電正常。按動(dòng)升降油缸旁邊的工作啟動(dòng)按鈕，保證電氣系統(tǒng)正常啟動(dòng)。急停按鈕設(shè)置在對角升降油缸一側(cè)。

（2）預(yù)制板吊取。取板時(shí)保證橫移吊架和兩根縱移梁必須處于中位，升降油缸處于全伸出狀態(tài)，液壓泵站處于停止?fàn)顟B(tài)。通過龍門吊將智能吊裝機(jī)起吊到存板處要安裝預(yù)制板上方，移動(dòng)龍門吊將吊裝機(jī)四個(gè)吊鉤與預(yù)制板吊點(diǎn)位置對齊，將吊裝機(jī)通過導(dǎo)向架的四個(gè)支撐架支撐在要安裝的預(yù)制板上，吊鉤與預(yù)制板上吊點(diǎn)上的吊環(huán)連接，龍門吊平穩(wěn)緩慢起升通過吊裝機(jī)起吊預(yù)制板。

（3）預(yù)制板通過樓層到達(dá)安裝位置。操控龍門吊通過吊裝機(jī)，將預(yù)制板起吊到預(yù)制板安裝位上方，如果此時(shí)預(yù)制板方向與安裝位方向成90°夾角，可以直接通過龍門吊升降將預(yù)制板起吊到安裝位樓層。如果預(yù)制板方向與安裝位方向相同，此時(shí)預(yù)制板不能通過樓層，啟動(dòng)液壓泵站，用遙控器控制回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吊裝機(jī)和預(yù)制板的整體回轉(zhuǎn)90°，預(yù)制板方向與安裝位方向成90°夾角，保證吊裝機(jī)和預(yù)制板能夠順利到達(dá)要安裝的樓層。

吊裝機(jī)和預(yù)制板在通過樓層時(shí)要注意觀察，采用纜風(fēng)繩防止周圍建筑物發(fā)生碰撞。預(yù)制板到達(dá)安裝位所在樓層后，啟動(dòng)液壓泵站，用遙控器控制回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將預(yù)制板回轉(zhuǎn)90°，實(shí)現(xiàn)預(yù)制板方向與安裝位方向一致。

通過操控龍門吊將吊裝機(jī)的升降油缸支撐在安裝位兩側(cè)的現(xiàn)澆連梁上，保證預(yù)制板相對于安裝位的橫向、縱向最大偏移量在±100mm內(nèi)，完成預(yù)制板的初步對位。通過龍門吊下降讓回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)下降到一定位置，不要碰撞到液壓泵站，同時(shí)保證升降油缸在收縮時(shí)鋼絲繩始終放松狀態(tài)。

圖11 預(yù)制板到達(dá)安裝位置

（4）預(yù)制板對位調(diào)節(jié)。觀察預(yù)制板相對于安裝位的相對位置，啟動(dòng)液壓泵站，通過遙控器操縱實(shí)現(xiàn)吊裝機(jī)的橫移，實(shí)現(xiàn)預(yù)制板的橫向調(diào)節(jié)對位。通過吊裝梁機(jī)的兩根縱移同向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制板的縱向調(diào)節(jié)對位。通過吊裝機(jī)兩根縱移梁的單獨(dú)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制板的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)對位。在調(diào)節(jié)的過程中操作人員要觀察預(yù)制板與安裝位的相對位置，調(diào)節(jié)到位后，通過遙控器控制升降油缸實(shí)現(xiàn)預(yù)制板下落到安裝位，在下落過程中要保證鋼絲繩始終處于放松狀態(tài)。預(yù)制板安裝到位后，將預(yù)制板吊環(huán)從吊裝機(jī)吊鉤上卸下。

（5）智能吊裝機(jī)各機(jī)構(gòu)回到初始位置。吊裝機(jī)在預(yù)制板調(diào)節(jié)過程中，縱移油缸和橫移油缸相對中位會(huì)有一定的伸縮量，預(yù)制板安裝完畢后，通過一鍵回位可以使縱移油缸和橫移油缸回到初始中位，便于下一次調(diào)整。預(yù)制板安裝到位后，預(yù)制板與吊裝機(jī)脫開。通過操控遙控器實(shí)現(xiàn)升降油缸完全伸出狀態(tài)，通過一鍵回位功能實(shí)現(xiàn)橫移吊架、兩根縱移梁回到中位。龍門吊平穩(wěn)起升將吊裝機(jī)從現(xiàn)澆連梁上吊離，此時(shí)吊裝機(jī)方向與安裝位方向一致，不能通過樓層回到地面存板處取板，通過遙控器控制回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吊裝機(jī)整體回轉(zhuǎn)90°，吊裝機(jī)方向與安裝位方向成90°夾角，確保吊裝機(jī)能夠順利通過樓層回到地面存板處取板。

2 經(jīng)濟(jì)效益分析

廣州地鐵11號線上涌公園站第一道支撐部分采用預(yù)制支撐形式，采用預(yù)制支撐的形式，構(gòu)件可標(biāo)準(zhǔn)化大量生產(chǎn)，不受天氣情況影響，在質(zhì)量方面更加可靠；減少施工過程中的物料浪費(fèi)，也大大減少了施工現(xiàn)場的建筑垃圾；預(yù)制支撐兼作主體結(jié)構(gòu)橫梁，減少了施工工序，保證了裝配式地鐵車站的高效施工。本文中的預(yù)制支撐相較于傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方法，可減少支撐施工人工費(fèi)、模板費(fèi)、混凝土外觀處理以及結(jié)構(gòu)梁施工等費(fèi)用，總計(jì)可創(chuàng)造106萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

本文針對裝配式地鐵車站預(yù)制板吊裝的施工難題，凝練出一種裝配式地鐵車站預(yù)制板智能吊裝施工技術(shù)，通過對技術(shù)的應(yīng)用及研究，得出以下結(jié)論：

（1）采用智能吊裝裝置進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件吊裝施工，通過液壓動(dòng)力系統(tǒng)提供運(yùn)動(dòng)、平衡及穩(wěn)定功能，通過電氣系統(tǒng)控制橫移、縱移及旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)裝配式地鐵車站預(yù)制構(gòu)件的x、y、z三軸精準(zhǔn)微調(diào)、智能高效安裝。

（2）采用龍門吊+智能吊裝裝置遠(yuǎn)程控制預(yù)制板的吊裝對位，實(shí)現(xiàn)了裝配式地鐵車站大區(qū)域預(yù)制板的高效、精準(zhǔn)安裝，減少現(xiàn)場吊裝所需的施工人員，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。