◎ 隋秀龍 中國鐵建大橋工程局集團第六工程有限公司

?

大型預制裝配式構件吊運技術研究

◎ 隋秀龍 中國鐵建大橋工程局集團第六工程有限公司

國內(nèi)外在地下工程預制技術方面有一定的研究和應用，但是多數(shù)應用于地鐵區(qū)間隧道裝配式結(jié)構，對地鐵車站裝配式結(jié)構的研究還處于起步階段。過去由于大型構件的預制精度、起吊能力、地下工程防水節(jié)點處理、拼裝自動化程度及監(jiān)測糾偏手段等一系列技術難題導致地下工程預制技術發(fā)展緩慢。近年來隨著科學技術水平的提高及國內(nèi)施工裝備的自主研發(fā)、加工能力的高度發(fā)展，我國現(xiàn)在已具備獨自研發(fā)預制裝配式施工技術及施工裝備的能力。本文對“大型預制裝配式構件吊運技術”進行了深入、系統(tǒng)的研究，形成的相關技術不僅在袁家店站得以成功應用，而且具有較大的推廣價值。

地鐵車站 預制構件 裝配結(jié)構 吊運技術

1.工程概況

長春地鐵2號線袁家店車站是國內(nèi)第一座預制裝配式地鐵車站的試驗站。車站位于站前路與雙豐西街T字路口處，建筑面積16240m2，車站總長310m；地下兩層結(jié)構，地下一層為站廳層，地下二層為島式站臺層，有效站臺長118m，車站標準段寬度為19.7m，站臺寬度為11m。

主體結(jié)構分兩部分，122m現(xiàn)澆結(jié)構+188m裝配結(jié)構；其中裝配結(jié)構段采用圍護樁+豎向五道錨索的支護形式，明挖法施工；裝配結(jié)構每環(huán)7塊單塊最重55t，每環(huán)2m寬約112m3混凝土鋼筋約17t；其中底板3塊（2B+1A）、邊墻2塊（2C）、頂板2塊（1D+1E），塊與塊、環(huán)與環(huán)之間均采用榫接的方式并用精軋螺紋鋼拉緊，“公”、“母”榫間隙采用高強粘性材料填充，地下防水由結(jié)構自防水及接縫防水兩部分組成，樓板采用現(xiàn)澆結(jié)構，預制構件預留直螺紋接駁器與樓板鋼筋采用機械連接；口部采用預制洞口環(huán)梁的結(jié)構形式。

2.吊機能力合理運行速度和控制方式

預制構件最重為55噸，起重設備可采用工程建設中常用的龍門吊最大起重75噸。由于預制裝配式地鐵地下結(jié)構，采用起重設備進行吊運及安裝，在國內(nèi)還沒有類似的實例可以參照。一般起重設備用于架設橋梁或廠區(qū)吊裝，運距短，吊裝高度小，大噸位吊裝時運行速度非常慢；以袁家店預制裝配式地鐵車站為例，基坑平均深度20m，而基坑端頭位置為預制構件存放場地，運輸車輛需進入場地進行吊卸作業(yè)，再考慮到吊具的長度及龍門吊自身限位，龍門吊最小高度為20m。

針對以上特點，龍門吊的性能應進行相應限定，既要保證吊運速度有得保證安裝時的精度要求。為此，龍門吊設定有5個檔位，最快吊裝速度為5m/min，該檔位可用于預制構件吊運工作；最慢吊裝速度為0.9m/min，此時安裝精度為2.5mm，該檔位可用于預制試件拼裝。

龍門吊架設及調(diào)試完成后，現(xiàn)場對底板預制構件進行吊運及安裝試驗，測算出吊運時間為8min—10min，安裝過程流暢精度把控到位。龍門吊的性能參數(shù)設定到達了預定的效果。

3.吊點的型式及吊點設置

3.1吊點的型式

關于吊點的型式在市場上有很多種，選擇一種適合于裝配式預制構件的吊點型式是本工作研究的重點。吊點的設計型式主要為吊環(huán)螺釘與吊裝錨栓兩類。

吊環(huán)螺釘：廣泛應用于港口、電力、鋼鐵、造船、石油化工、礦山、鐵路、建筑、冶金化工、汽車制造、塑料機械、工業(yè)控制、公路、大件運輸、管道輔設、邊坡隧道、井道治理防護、海上救助、海洋工程、機場建設、橋梁、航空、航天、場館等重要行業(yè)以及基礎建設工程的機械設備。主要以機械設備吊裝為主。

吊裝錨栓：主要用于混凝土預制構件的預埋，市場上性能表現(xiàn)突出的是DEHA吊裝錨栓系統(tǒng)。

本工程擬采用DEHA圓錐頭吊裝錨栓。圓錐頭吊裝錨栓具有多種載荷等級和長度，為管片和井筒等不同形狀的鋼結(jié)構預制構件提供安全可靠，經(jīng)濟實用的解決方案。吊裝錨索處于凹槽內(nèi)，不會凸出于預制構件。DEHA吊裝錨栓系統(tǒng)將和拆模器之后，即可通過鉤入萬向吊頭形成吊裝連接。

DEHA圓錐頭吊裝錨栓優(yōu)點：①安全是預制構件吊裝的最高準則。預制在混凝土中的圓錐頭吊裝錨栓具有很高的安全系數(shù)，不會造成鋼筋和混凝土的破壞。②由于所有錨栓的端部都有清晰的荷載等級標識，所以不會造成荷載分組之間的混淆。③本系統(tǒng)的特殊結(jié)構可確保預制構件和起吊裝置之間的迅速連接，只需幾秒鐘便可完成。④借助于旋轉(zhuǎn)和吊裝吊頭，可以簡便、快捷的完成大型管片的旋轉(zhuǎn)。DEHA圓錐頭吊裝錨栓在袁家店預制裝配式車站預制構件的吊裝試驗中到達了非常好的效果。

3.2吊點的設置

預制構件內(nèi)吊點預埋數(shù)量、規(guī)格、位置均按廠家提供的參數(shù)設置。

3.3吊具的設計型式

依據(jù)預制構件的結(jié)構特點及吊點設置的位置，有針對性的設計吊具型式，本工程擬采用常用的鋼絲繩索具。

3.3.1鋼絲繩索具的設計型式

由于預制構件的長度、高度、重量、形心均不一樣，首先確定鋼絲繩索具的組合形式，然后依據(jù)預制構件的形心及DEHA圓錐頭吊裝錨栓的角度要求，計算鋼絲繩的長度、直徑等參數(shù)。每個類型的預制構件采用一套鋼絲繩索具。

3.3.2預制構件形心及索具理論長度確定

（1）預制構件的形心的確定可采用AutoCAD軟件建模后查找，在根據(jù)索具與DEHA圓錐頭吊裝錨栓的夾角要求計算出索具長度。根據(jù)哈芬公司設計師要求鋼絲繩與吊釘夾角：A塊、B塊不大于30度，C塊不大于10度，D塊、E塊不大于22.5度。索具夾角要求如圖1所示：

（2）鋼絲繩索具參數(shù)確定。如表1。

圖1　索具夾角要求示意圖

表1　鋼絲繩參數(shù)表

4.起吊及安放工況分析

預制構件吊裝過程中，由于構件尚未形成結(jié)構受力體系，僅為由吊點支撐的受力構件。因此，必須驗算其在起吊過程中的應力狀態(tài)，保證其受力安全，并在起吊過程中防止裂縫出現(xiàn)。

4.1預制構件E起吊工況驗算

預制構件吊裝過程中，由于構件尚未形成結(jié)構受力體系，僅為由吊點支撐的受力構件。因此，必須驗算其在起吊過程中的應力狀態(tài)，保證其受力安全，并在起吊過程中防止裂縫出現(xiàn)。

除了吊點處出現(xiàn)較大的水平拉力外，預制構件E其他區(qū)域內(nèi)的水平拉力均不超過1.3MPa，均未達到混凝土的抗拉強度，因此該范圍內(nèi)混凝土不會出現(xiàn)裂縫。而對于吊點區(qū)域，由于應力集中導致其水平拉力較大，但僅有3.2MPa，考慮到實際預制構件的吊點處附近有螺旋箍筋，對吊點處具有一定的增強作用，同時預制構件內(nèi)有分布鋼筋，可提高其抗拉承載力，減小混凝土中的拉應力，因此采用該模型的計算結(jié)果較為保守。

4.2預制構件D及E安裝工況驗算

頂板由兩塊預制構件組成，在吊裝、安裝、成拱及土方回填過程中施工工況不斷在改變，該結(jié)構設計為既梁既拱結(jié)構且在安裝過程中拱底會有30噸的推力，為保證在施工過程中對預制構件不造成破壞，采用有限元軟件針對不同的工況對其進行安全計算。從計算結(jié)果分析，兩個預制拱頂塊在覆土前主拉應力最大為0.9Mpa，沒有超出混凝土容許范圍。

5.結(jié)論

本文對“大型預制裝配式構件吊運技術”進行了深入、系統(tǒng)的研究，形成的相關技術不僅在袁家店站得以成功應用，而且具有較大的推廣價值。該技術的成功實施，多家單位到其項目調(diào)研學習，在國內(nèi)地鐵行業(yè)產(chǎn)生了較大影響；本技術為同類工程的施工提供了成功的借鑒，積累了寶貴的經(jīng)驗，對推動我國地預制裝配式地鐵車站的建設將產(chǎn)生重要作用和較大影響，具有極大地推廣價值。

［1］姚怡文，蔣理華，范益群.地下空間結(jié)構預制拼裝技術綜述［J］.城市道橋與防洪，2012（9）：286-292.

［2］張質(zhì)文.起重機設計手冊［M］.北京：中國鐵道出版社，1997.