一種小型簡易門吊裝置及其應用

楊 維，凌 濤，彭學軍，孫凱敏

（中鐵五局集團第一工程有限責任公司，湖南 長沙 410117）

隨著城市經濟的快速發展，人們對交通出行的需求也越來越高，而地鐵的建設很大程度上緩解了城市交通擁擠的狀況，提高了交通出行的速度。在地鐵建設的過程中需要運輸施工所需的設備材料，目前基坑工作面上應用較廣的是大型龍門吊設備，此種設備安裝復雜，審批手續煩瑣，所需費用較高，一定程度上影響了施工進度。因此，亟須一種結構簡易、安裝方便、耗材量小的門吊裝置來提高施工效率，節約工程成本。

1 現狀調查

近年來國內外學者從不同方向對龍門吊技術進行了研究，如孫賢舉等[1]研究了在船上吊裝并安裝龍門吊的技術；華文濤等[2]介紹了海外龍門吊工程管理經驗；谷晉林[3]增設動力回轉龍門吊具來擴大鑄造起重機的工作范圍；張文韜等[4-5]采用ABAQUS有限元分析軟件分析了50t高低腿龍門吊在集中荷載作用下的結構變形和應力分布情況；姚軍軍[6]對既有的提梁龍門吊進行了設計改造，使其達到48.1m的安裝高度，滿足現場需求；周斌等[7]制訂了船用龍門吊架設施工方案；楊曉華[8]研究了龍門吊移動荷載作用下地鐵基坑圍護結構受力變形情況，為基坑監測提供依據；汪俊[9]對高速公路T梁場龍門吊的安裝及拆除提出了技術要求，確保施工安全。

現有地鐵基坑一般使用大型的龍門吊設備，以長沙地鐵5號線高橋南站為例，車站基坑長493.8m、寬20.7m，現場采用型號為MHE10+10-26A3的雙電動葫蘆門式起重機，前期的安裝、中期的修理以及后期的拆除費用約20萬元，另外安裝用時10d、拆除用時3d。可見，大型龍門吊安裝費用較高，且耗時長，對于車站附屬出入口暗挖通道施工而言，由于施工周期短，材料以初支型鋼及二襯鋼筋為主，材料質量不大，因此傳統龍門吊在附屬出入口不太適用。

2 小型簡易門吊裝置

為了解決以上問題，項目部技術人員研制了一種在基坑暗挖通道入口處運輸設備材料，安裝簡易、占用空間小，且拆卸后可循環利用的小型簡易門吊裝置（如圖1所示）。該裝置包括為電動葫蘆提供移動滑槽的橫梁，及分別焊接在橫梁兩端用來加固支撐柱的連接鋼架，橫梁滑槽上設有連接防護板的連接軸。連接軸由兩根鋼管組成，通過套筒連接；連接軸下部設有防護桿，防護桿一端設有連接勾，另一端與連接軸通過圓環相連。橫梁、支撐柱和連接鋼架均為工字鋼。該裝置組成部分特征如下：（1）電動葫蘆端頭設有連接環；（2）連接鋼架與橫梁間設有桁架梁；（3）支撐柱與連接鋼架焊接形狀呈梯形，增加門架的平衡穩定性；（4）套筒內設有與鋼管匹配的螺紋；（5）連接軸的兩根鋼管，其中1根的一端設有連接鉤，另1根為“T”字形，連接軸可根據電動葫蘆掛鉤上的物體大小調節長度；（6）該裝置結構簡單，所需材料成本低，其所用材料拆卸后均可作為支護暗挖通道的鋼架所用，且在門架運輸材料達到指定地點后，防護板可縮短停止后材料慣性引起擺動所需的穩定時間，提高了安全穩定性和施工效率。

圖1 小型門吊裝置結構示意圖

3 具體使用方式

（1）先通過電動葫蘆將運輸型鋼、鋼筋等材料吊起。

（2）根據材料大小調節連接軸至合適長度，然后將防護桿和材料相連。

（3）最后通過控制器移動電動葫蘆將材料運輸至基坑指定地點。

（4）停止控制電動葫蘆后，由于慣性作用，運輸的材料仍有向前的運動速度，而防護桿可以在電動葫蘆停止時及時防止材料擺動，從而提高了運輸過程的安全性；在所有材料運輸完畢后，門架上拆卸下來的工字鋼可用作暗挖通道的鋼架支護。

4 簡易門吊裝置的受力驗算

使用midas civil有限元軟件對簡易門吊裝置進行受力驗算，裝置模型如圖2所示。工字鋼采用梁單元模擬，模型單元數量共計20個，節點數量共計21個，邊界條件采用固定支座模擬。

圖2 簡易門吊裝置模型

電動葫蘆位于門吊裝置跨中時為最不利工況，以此工況來驗證該門吊裝置的強度及剛度，Q235鋼設計抗彎強度值σ=215MPa，撓度[f]=L/400=22.5mm。

以抗彎強度驗證門吊裝置最大承載力F=30.4kN，此時門吊裝置應力如圖3所示。

圖3 門吊裝置應力圖

以剛度驗證門吊裝置最大承載力F=10.75kN，此時門吊裝置最大撓度為22.5mm，門吊裝置位移如圖4所示。

圖4 門吊裝置位移圖

綜上所述，門吊裝置最大載重不得大于10.75kN，已知初期支護所用I22a型鋼，加工后最長一根為4m，計算可知最長型鋼重量為132kg（電動葫蘆的額定提升規格為1000kg），即門吊裝置在倒運最大型號型鋼時，門吊承載力F=132×9.8÷1000=1.293kN＜10.75kN，每次倒運1根型鋼，門吊滿足受力要求。

5 工程實踐

長沙地鐵5號線高橋南站4號出入口位于車站西側華晨世紀廣場上，通過暗挖通道橫穿萬家麗道路與車站相連，4號出入口暗挖通道長36.986m。出入口為地下單層框架結構，因暗挖初期支護需要用工字鋼、鋼筋網片等材料，綜合考慮施工成本，并結合場地受限的實際情況，在4號出入口北端東側設立1個小型門吊裝置（如圖5所示），用來倒運工字鋼、鋼筋等材料。實踐證明，該裝置結構簡單、安裝方便、便于操作且成本較低，有效滿足了現場的使用需求。

圖5 小型門吊裝置作業現場

6 結束語

現有城市地鐵車站附屬出入口的吊裝作業一般采用租賃的小型門式起重機或者汽車吊等機械設備，成本一般較高，且對作業人員的要求亦高。現場開發的小型門吊裝置因地制宜，充分利用了現場的施工材料，安裝和拆卸都比較簡單，降低了成本，也縮短了工期，能夠快速保證被起吊材料的穩定性，提高施工過程的安全性。