頂管機吊裝安全保證措施施工工藝及相關數據計算

李漢龍

摘要：銀川市第七污水處理廠配套進出廠管道工程通達南街（長城路～南環高速）排水管道工程，施工總長度為3175m。分開槽施工和頂管施工兩部分，其中頂管部位為K1+734（W6）～K0+089（W29），長度為1645m。按《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》（建質[2009]87號）要求，采用非常規起重設備、方法，且單件起吊重量在100KN及以上的起重吊裝工程需要編制專項方案并經專家論證審查。該項目中GDDT1600頂管機自重150KN，因此編制了專項方案并經專家論證審查。在科學的指導下，該項目順利實施。本文節選專項施工方案中重點章節——安全保證措施及相關數據計算，以供業內人士借鑒參考。

關鍵詞：施工安全；保證措施；數據計算

中圖分類號：TU71 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（a）-0000-00

近年來，頂管技術在大量工程中得到了廣泛應用，且在技術上以及頂管設備、施工工藝上都取得了一定進步。在頂管機施工過程中，吊裝施工存在一定的危險性，在施工過程中需要做好安全保證，最大限度的降低事故發生幾率[1]。

一、施工安全保證措施

（一）組織保障

根據工程特點及工程量，公司安排一個專業吊裝班組，同時配備相應的管理人員及施工作業人員。

（二）安全技術措施

（1）吊裝前吊裝人員須經過教育、培訓。技術負責人須依據經審批論證的吊裝方案向參加頂管機吊裝的全體施工人員進行施工安全技術交底，做到各崗位人員熟悉方案內容，明確單項作業職責和任務。

（2）在吊裝過程中施工人員要做到分工具體，責任明確；在整個吊裝過程中，統一指揮，要切實遵守現場秩序、服從命令、聽從指揮，不得擅自離開工作崗位[2]。

（3）吊裝施工現場設立警示區，并作出明顯標識，設定監護人監護，無關人員不得入內，嚴禁吊裝設備下站人。

（4）吊裝過程中，應信號統一，施工人員均須熟悉信號，以便各崗位協調動作。

（5）吊裝過程中吊起的設備不得長時間空中停留，如需停留，應采取可靠的措施，未經施工現場人員許可不得在吊裝物底部和周圍及受力索具附近停留或通過；如必須停止作業時，吊起的設備放回原地。

（6）吊裝區域內禁止非作業人員入內，進入現場工作人員必須佩戴安全帽；施工人員必須嚴格遵守吊裝方案及程序，服從指揮。

（7）在高處指揮時，指揮人員應該嚴格按照高空作業的要求統一指揮。

（8）指揮人員在發出吊鉤或負載下降的信號時，應保護負載降落地面的人身及設施安全。

（9）高空作業，所有材料應堆放整齊穩妥，所有工具應隨手裝入工具袋內，防止墜落傷人。

二、施工工藝技術

（一）技術參數

采用一臺QY70K-70t汽車起重機四支吊索起吊法。

（二）工藝流程

（三）施工方法

1、場地準備

（1）確定運輸和吊裝路線并能保證運輸車輛進出。

（2）吊裝前對現場汽車起重機起吊站位及運板車行走路線的場地進行事先檢查、平整、壓實。

（3）吊裝時起重機起重臂工作半徑和工種高度范圍內，不得有輸電線路或其它障礙[3]。

2、頂管機運輸

（1）頂管機經長城路運輸至七污進廠路，后經場內臨時道路運至沉井吊裝范圍處。

（2）頂管機運輸采用專用運輸車輛，運輸車上要有錨固措施，保證運輸中的穩定，防止在運輸過程中傾覆。

（3）頂管機在車輛上的擺設方向應考慮方便現場吊裝要求。

（4）在運輸機吊裝中還應采用方木或膠皮等對設備進行保護。

3、施工測量放樣

基準水準點測量和臨時水準點的測放，工作井、接收井中心坐標、頂管管道軸線等放樣等，是頂管施工中易出差錯的環節之一，必須按照設計圖和測量技術操作規程的規定操作，在平面位置和高程控制上達到萬無一失。

4、頂管機吊裝技術要求

（1）吊裝前各混凝土構件均須達到設計要求，吊裝前檢查混凝土強度報告上報業主和監理部。

（2）吊裝前要組織測量人員復核頂管機的平面位置和高程，由測量人員彈出中線。

（3）現場吊裝作業擬采用一臺70T汽車吊作業，吊裝前對工作井縱橫軸線進行測量放樣，安設導軌。

（4）吊裝鋼絲繩應盡量使四根鋼絲繩同時受力；吊裝過程中用攬風繩拉住，控制設備平緩移位。

（5）頂管機就位后，由測量和質檢人員檢查就位情況，保證設備放置位置準確。

（6）工作井底板混凝土強度達到100%，滿足吊裝的其他條件。

5、檢查驗收

現場技術員負責對頂管機軸線位置、穩固性進行檢查驗收。

三、計算書及相關圖紙

（一）吊索（鋼絲繩）內力計算

頂管機重量為 Q=150KN；采用一臺汽車起重機四支吊索起吊法，進行吊索內力計算，以滿足要求。

根據《路橋施工計算手冊》，吊索的內力一般按下式計算：S=Q/（n.sinα）≤Sb/K

式中：S—單根吊索所承受的內力；

Q--所吊構件的重力；

n--吊索的支（根）數，采用四支吊索起吊，n取4；

α--吊索與水平面的夾角，一般為450～60 0，最小不小于30 0；為控制吊索對空心板的水平壓力，本方案取60 0；

Sb--鋼絲繩的破斷拉力總和，kN，可由鋼絲繩規格及荷重性能表查得，也可近似地按Sb=0.5d2計算；

d--為鋼絲繩直徑；

K--安全系數，一般取6～10，本方案取7；

則：S= Q/（n.sinα）=150KN/（4×sin60 0）=43.30KN

由近似公式Sb=0.5d2計算吊索直徑，令S= Sb/K，則：Sb=K.S=7×43.30KN=303.10KN，

d2= Sb/0.5=606.2KN，d=25mm，即吊索鋼絲繩直徑不小于25mm可滿足要求。

（二）卡環計算

根據《路橋施工計算手冊》，卡環的安全荷重可根據卡環的橫銷直徑按下式近似計算： Qb=40d2

式中：Qb—卡環的安全荷重，N；

d---卡環橫銷直徑，mm

令Qb=S=43.30KN，則d =33mm，即卡環橫銷直徑不小于33mm可滿足要求。

（三）汽車起重機計算

擬采用一臺70t汽車起重機單機作業。

1、起重高度

根據《路橋施工計算手冊》，起重機的起重高度可由下式確定：H≥h1+h2+h3+h4

式中：h1—停機面至安裝表面高度，m，本方案取值為0m；

h2—安裝間隙，一般取0.2～0.5m，本方案取0.3m；

h3—吊索綁扎點至構件吊起后底面的距離，m；h3值為2m；

h4—吊索高度（自綁扎點至吊鉤面的距離），m；本方案h4=（L頂管機/2）×tg60 0=（2/2）×tg60 0=1.73m；

則：H≥h1+h2+h3+h4=0+0.3+2.0+1.73=4.03m，H取4.1m。

2、起重臂長度

L= 式中：r—起重機回轉半徑，m，本方案取9m；

H—起重高度，m；

h0—起重臂頂至吊鉤底面的距離，m；查70t汽車起重機性能參數，采用主臂起重時取2.0m；

h—起重臂底鉸至停機面距離，m，本工程取1.5m；

則：L= =10.1m

3、起重臂仰角

由QY70K-70t起重機起重性能參數表查得，臂長15.05m，半徑9m時額定起重量17.5t，17.5t>15.0t，可以滿足吊裝的安全要求。

α= arccos（r/L）= arccos（9/15.05）=53.270

為保證汽車起重機吊裝過程的安全，正式吊裝前必須進行試吊（頂管機底距地面20cm左右），以控制起重臂仰角在最佳起重范圍內，并測試起重機的安全運轉性能良好。

起重吊裝計算示意圖

4、地基承載力驗算

70t起重機自重410KN，配重450KN，吊裝荷載按最大荷載150KN計算，吊裝過程中無活動荷載。

N=410+450+150=1010KN

假設荷載均勻分布在汽車起重機4個支撐面上，每個支撐腿下安裝3m×3m的鋼性支撐板，則每個支撐下平均荷載為：P=N÷A÷n

式中：N—吊裝總荷載，KN

P--每個支撐腿軸心壓力，Kpa

A--每個支撐板面積m2

n--起重機的支撐腿個數，取4

P=1010÷（3×3）÷4=28.06Kpa

考慮到起重機起吊的偏心受壓，按最大荷載集中于汽車起重機2個支撐腿上時軸心受壓為單個的2倍，即：

P不利=2*P=2×28.06Kpa=56.12Kpa

查地質勘察報告，素填土承載力特征值綜合評價為fak=120Kpa，滿足吊裝要求。

吊裝前對起重機站位處原素填土進行整平、碾壓，后進行承載力檢測，承載力值應不小于120Kpa。

結束語：

頂管機吊裝施工過程中，存在一定的安全隱患，為最大限度保證施工的安全性，需要在施工前，對施工場地地質情況進行勘察，同時頂管機運輸、施工測量放樣以及吊裝施工進行嚴格審查，吊裝前需要做好精確計算，保證鋼絲繩、起重臂長度以及起重臂仰角、地基承載力都能符合施工要求，最后做好檢查驗收，確保施工的安全性。

參考資料：

[1]劉衛軍.杜絕機械頂管施工的重大安全隱患[J].科技與企業，2015，14（3）：163-163.

[2]趙明.頂管機的維護保養與故障檢修[J].工程機械與維修，2010，11（11）：186-189.

[3]許有俊，馮超，王雅建等.矩形頂管機刀盤轉動方向引起土艙壓力變化規律的實測分析[J].鐵道建筑，2016，21（7）：55-59.