預制管廊構件翻轉吊具研究與應用

（中交隧道局華中工程有限公司，湖北武漢 430013）

綜合管廊采用立式模板澆筑完成后，在滿足蒸養條件下混凝土強度達到75%，即可拆模進行吊裝轉移至管廊翻轉區，利用翻轉臺對其翻轉后轉運至存放區進行養護。翻轉臺利用翻轉機通過集裝翻轉鉸鏈和底座進行連接，將管廊進行90°翻轉，由立式轉變為臥式，具有結構簡單、工作效率高、安全可靠等特點。考慮到預制廠場地具有局限性，管廊翻轉后超高，在運輸過程中存在風險，將綜合管廊運輸至施工現場進行翻轉和拼裝作業，在現場翻轉過程中使用了自制了吊具，操作簡單，節約了預制廠成本。本文以雪松路（一期）管廊預制節翻轉為實例，對其自制翻轉吊具的設計及應用進行介紹。

1 項目概況

本項目位于湖南省長沙市湘江新區梅溪湖國際新城，工程范圍包括雪松路、梧桐路、紅楓路、金菊路、櫻花路、鈴蘭路、百合路，新建7條道路的地下綜合管廊及1座綜合管廊控制中心，綜合管廊長約15.2 km。

為完成施工生產任務，綜合管廊預制廠共采購12套鋼模板，污水艙管廊采用臥式模板進行澆筑，共3套；紅楓路管廊、雪松路管廊及櫻花路管廊均采用立式模板進行澆筑，共9套。預制管廊工程數量如表1所示。

表1 預制管廊工程數量表

2 自制翻轉吊具的設計及應用

2.1 翻轉吊具設計依據

雪松路（一期）預制管廊結構尺寸為2 m（長）×7.4 m（寬）×3.55 m（高），為便于綜合管廊吊裝及翻轉，澆筑前在其短向兩側壁對稱位置預埋吊運吊釘及翻轉吊釘，吊運吊釘6個，橫向間距2.45 m，縱向間距1.2 m；翻轉吊釘2個，采用偏心設計預埋位置在管廊重心上端20 cm，其轉動軸軸線與綜合管廊預制構件的對應側面垂直。

吊釘平面布置如圖1所示，吊釘平面示意圖如圖2所示。

圖1 吊釘平面布置圖（單位：m）

圖2 吊釘平面示意圖

根據構件自重選擇其預埋吊釘，吊裝安全系數為1.5。管廊預埋吊釘型號如表2所示。

表2 管廊預埋吊釘型號

2.2 翻轉吊具制作與應用

在拼裝現場將綜合管廊翻轉并進行拼裝時，現場技術人利用杠桿原理，結合在綜合管廊已預埋好的翻轉吊釘，翻轉前構件重心不在同一鉛垂面上，翻轉后與構件的重心在同一鉛垂面上，通過起吊吊具，利用其自重作用力下繞翻轉吊釘緩慢進行翻轉。其結構簡單易于操作，翻轉后無須再次落鉤，可直接進行綜合管廊的拼裝作業，提高了工作效率，并且適用于不同結構尺寸構件的翻轉。

鋼扁擔采用350 mm×175 mmH型鋼與2 cm厚鋼板焊接而成，總長8.2 m，寬0.4 m，高0.7 m。扁擔主梁增加斜撐，在其兩端分別焊接端頭板，確保在翻轉過程中受力均勻，不發生彎折變形。

主梁下端通過兩個對稱的吊裝孔與鋼絞線連接預制構件，上端通過起吊口與鋼絲繩連接履帶吊。

鋼扁擔尺寸左視圖如圖3所示，鋼扁擔尺寸前視圖如圖4所示。

圖3 鋼扁擔尺寸左視圖

圖4 鋼扁擔尺寸前視圖

根據綜合管廊預制構件的尺寸大小，在其相對應的位置預留對稱吊孔，為保證在翻轉過程中防止鋼絲繩與混凝土面接觸摩擦發生破損，制作過程中鋼扁擔下端翻轉孔尺寸兩側各大于管廊尺寸15 cm。

鋼扁擔制作如圖5所示。

圖5 鋼扁擔的制作

為保證翻轉過程中綜合管廊預制構件承插口無污染、無受力破損現象，在翻轉前將構件放置緊貼沙堆旁，翻轉過程在沙堆中進行操作。翻轉后的綜合管廊可落在已鋪好細砂的基坑旁，可直接吊入基坑進行管廊拼裝作業。

鋼扁擔的應用如圖6所示。

圖6 鋼扁擔的應用

2.3 鋼扁擔力學計算

（1）內力計算。

根據自制鐵扁擔工作的性質和情況，分析預制管廊在吊裝過程中受力形式如圖7所示。

圖7 鋼扁擔受力示意圖

管廊自重：

式中：L——翻轉吊具總長（m）；q——所受外力。

代入數據，所受外力為54.39 kN/m。

在這種情況下，P點所受彎矩、剪力最大，可以定位剛性節點，在自重和外力作用下的彎矩如圖8所示。

圖8 自重與外力作用下彎矩示意圖

式中：M2——最不利承受荷載質量（kg）；L1——翻轉吊具長度（m）；F1、F2——最不利荷載下所承受的最大重量。

代入數據，得457.15 kN。

（2）截面積算。

最小截面示意圖如圖9所示。

圖9 最小截面示意圖

查表可知Ix為4 265 cm2；截面模量為487.428。在H型鋼焊接均勻加勁鋼板，可將力均勻傳遞與分布，可視為1根整體截面構件。

（3）強度計算。

式中：f——垂直于截面的拉（壓）力；X——翻轉吊具長度；M——彎矩。

代入數據，彎矩為104.797 kN/m，去掉自重產生的彎矩為352.35 kN/m。

（4）剛度計算。

式中：V——剛度；E——截面積。

承受彎矩力為鋼扁擔承受彎矩力的0.36；最不利狀態下所承受的重量為30.93 t；

綜上所述，鋼扁擔滿足施工要求，安全系數為1.93。

3 自制翻轉吊具使用后效果分析

在自制翻轉吊具未使用前，管廊翻轉主要依靠履帶吊鋼絲繩直接掛鉤于翻轉吊釘上，起吊過程中掛鉤與鋼絲繩夾角較小，鋼絲繩受力直接作用于預制構件承插口，翻轉過程中摩擦阻力較大，難以將其順利翻轉，且對承插口砼接觸面造成破損。

自制吊具未使用前翻轉情況如圖10所示。

圖10 自制吊具未使用前翻轉情況

在使用自制吊具進行翻轉后，由于其工具簡單、操作方便，提高了工作效率，提升了預制管廊混凝土外觀質量，降低了施工成本，提高了成品一次合格率、一次優良率。

自制吊具使用后翻轉作業如圖11所示。

圖11 自制吊具使用后翻轉作業

4 結語

自制吊具在綜合管廊預制構件翻轉過程中的成功應用，為以后類似的工程提供了施工經驗，其利用了預埋翻轉吊釘的設計，使其通過構件自身的重力進行翻轉，提高了工作效率，節約了成本，有效保護了混凝土構件的外觀質量。自制吊具設計靈活、適用性強，一套吊具可滿足不同尺寸預制構件的使用，在使用過程中操作簡單，其整體受力均勻，不易產生彎曲變形，掛鉤采用反扣，使翻轉和起吊過程不脫鉤、平穩、安全。