新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備的研制與應(yīng)用

徐文瑋

上海市機械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

在大型預(yù)制拱形結(jié)構(gòu)中，為了方便制作和運輸，一般采用三鉸拱的結(jié)構(gòu)形式[1-2]，整個拱形結(jié)構(gòu)由1個拱頂節(jié)點和2個拱腳節(jié)點組成（圖1）。

圖1 預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)示意

在現(xiàn)場安裝上述預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)時，先在現(xiàn)場地面將2個半拱通過拱頂節(jié)點組裝成完整的拱結(jié)構(gòu)，然后使用吊車將上述三鉸拱結(jié)構(gòu)放置在拱座上[3-5]（圖2）。

圖2 使用履帶吊安裝三鉸拱結(jié)構(gòu)

上述安裝方式費時費力，不僅需要進(jìn)行預(yù)制拱板的地面拼接，還需要進(jìn)行翻身作業(yè)，最后通過吊車放入拱座上方。隨著安裝工作的進(jìn)行，履帶吊還需要經(jīng)常移動站車位置，拼裝場地也需經(jīng)常變動，拼裝精度難以保證，履帶吊由于缺少調(diào)整三鉸拱結(jié)構(gòu)姿態(tài)的功能，在吊裝過程中難以對三鉸拱結(jié)構(gòu)的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。對于一些場地狹窄的施工場地而言，無法提供足夠的場地進(jìn)行地面拼裝成拱，上述安裝方法的局限性愈發(fā)明顯，設(shè)計新型的安裝設(shè)備以實現(xiàn)三鉸拱結(jié)構(gòu)快速安裝意義重大。

1 設(shè)備研發(fā)思路

預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場安裝分為拼裝成拱階段、水平運輸階段和落架階段3部分作業(yè)。常規(guī)的履帶吊安裝方法在上述安裝過程中均存在局限性。

預(yù)制三鉸拱由2塊預(yù)制拱板組成，在將2塊預(yù)制拱板拼裝成1個完整的三鉸拱時，一般需要在現(xiàn)場搭設(shè)1個安裝胎架。該胎架提供了安裝的基準(zhǔn)，保證2塊預(yù)制拱板拼裝后的成拱精度能夠符合設(shè)計要求。

當(dāng)預(yù)制拱板拼裝成形后，需要進(jìn)行場地內(nèi)的水平運輸工作，在運輸過程中須保持預(yù)制三鉸拱的拼裝精度，即安裝胎架上形成的拼裝精度不能受到水平運輸過程的影響。由于預(yù)制三鉸拱此時僅有拱頂處的鉸連接，同時預(yù)制拱結(jié)構(gòu)厚度較小，不宜繼續(xù)對預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)加裝其他形式的固定裝置，因此，使用原有的安裝胎架保持拼裝精度，做成移動式安裝胎架較為合適。

在安裝預(yù)制三鉸拱的時候，由于預(yù)制三鉸拱的姿態(tài)需要在空間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，要求安裝胎架的馱運裝置不僅具有水平運輸功能，還應(yīng)具備水平方向和高度方向的調(diào)整功能。液壓模塊車是一種模塊化生產(chǎn)及組裝的自行式平板拖車，其平板下部安裝有12組液壓缸，可以實現(xiàn)±350 mm范圍內(nèi)的豎直高度調(diào)節(jié)，并且利用液壓缸單個調(diào)節(jié)可以調(diào)整平板的傾斜程度。每組液壓缸底部連接2個可以在水平方向原地±180°旋轉(zhuǎn)的輪胎，可以實現(xiàn)該模塊車在平面內(nèi)的姿態(tài)調(diào)整。

2 新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備

根據(jù)綜合考慮和研究，本文提供一種集拼裝、運輸和落架功能于一體的新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備（圖3）。

圖3 新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備

新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備由液壓模塊車、安裝胎架和微調(diào)裝置組成。液壓模塊車位于最底部，左側(cè)和右側(cè)各放置1部，作為安裝設(shè)備的行走裝置。該設(shè)備是一種模塊化生產(chǎn)及組裝的自行式平板拖車，不僅具備平面位置調(diào)整，還可以進(jìn)行高度方向的位置調(diào)整。利用這兩個功能，可以實現(xiàn)整跨拱板粗定位。

安裝胎架固定在主梁上方，以主梁作為安裝基礎(chǔ)面。主梁的兩端分別固定在左右兩側(cè)的液壓模塊車上。安裝胎架由桁架、側(cè)向固定裝置、徑向定位裝置和臨時定位裝置等部件組成，如圖4、圖5所示。

圖4 安裝胎架

圖5 定位與微調(diào)裝置

安裝胎架承擔(dān)預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)的荷載，左側(cè)的臨時定位裝置用來對半拱進(jìn)行臨時定位。為防止預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)在運輸中發(fā)生滑移，使用側(cè)向固定裝置進(jìn)行臨時固定。

徑向支承裝置焊接在支撐桁架上方，由4組徑向定位裝置、4組側(cè)向定位裝置組成。每個徑向定位裝置由千斤頂、導(dǎo)向套、滾輪支架、滾輪、滾輪軸線調(diào)整裝置、滾輪剎車等部件組成，不僅能進(jìn)行徑向支承，還可進(jìn)行高度方向的微調(diào)。每組側(cè)向固定裝置由2個單獨的側(cè)向定位裝置組成，側(cè)向定位主要通過調(diào)節(jié)螺桿來對預(yù)制構(gòu)件側(cè)面進(jìn)行支撐，防止構(gòu)件在運輸過程中產(chǎn)生相對位移而發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)的情況，還可對拱板的側(cè)向位置進(jìn)行微調(diào)。

3 新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備的工作模式

新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備有3種工作模式，分別是拼裝模式、水平運輸模式和落架模式（圖6）。

圖6 新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備的工作模式

當(dāng)預(yù)制拱板運輸至工地后，先進(jìn)行拼裝成拱作業(yè)，此時預(yù)制拱板拼運設(shè)備位于拱座附近的拼裝區(qū)，支撐桁架起拼裝胎架作用，保證成拱精度。拼裝時，先放出臨時定位裝置，然后以臨時定位裝置為定位基準(zhǔn)，用吊車將預(yù)制拱板放在安裝胎架左側(cè)，接著用吊車將另外的預(yù)制拱板放置在安裝胎架的右側(cè)，當(dāng)預(yù)制拱板的位置符合設(shè)計要求，則連接拱頂節(jié)點，并收回左側(cè)的臨時定位裝置，此時預(yù)制拱板的拼裝作業(yè)完成。

當(dāng)拼裝完成后，預(yù)制拱板拼運設(shè)備進(jìn)入水平運輸模式，此時預(yù)制拱板拼運設(shè)備將預(yù)制三鉸拱臨時固定后，從拼裝區(qū)將預(yù)制三鉸拱水平運輸至待安裝位置附近。

水平運輸?shù)轿缓?，預(yù)制拱板拼運設(shè)備進(jìn)入落架模式，通過液壓模塊車和微調(diào)裝置對預(yù)制三鉸拱的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，最后整個安裝胎架整體下移，預(yù)制三鉸拱便安裝在拱座上方，實現(xiàn)落架作業(yè)。

4 新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備應(yīng)用

上海軌道交通15號線吳中路站的拱形頂板為疊合結(jié)構(gòu)，拱形結(jié)構(gòu)跨度的最大值為21 m，疊合結(jié)構(gòu)的預(yù)制部分采用預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)，預(yù)制構(gòu)件總質(zhì)量為34 t。在現(xiàn)場安裝預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)時，使用了本文提出的新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備進(jìn)行安裝，安裝完成的預(yù)制三鉸拱如圖7所示。

圖7 安裝完成的預(yù)制三鉸拱

工地應(yīng)用證明，使用新型預(yù)制拱板拼運設(shè)備安裝大型預(yù)制三鉸拱，不僅安全可靠，而且施工快速便捷，在10 d內(nèi)完成了長90 m的預(yù)制部分安裝，為大型拱結(jié)構(gòu)安裝提供了先進(jìn)經(jīng)驗。

5 效益與應(yīng)用前景

本文提出的預(yù)制拱板拼運設(shè)備適用于在工地現(xiàn)場安裝跨度超過20 m的大型預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)，不僅能夠進(jìn)行預(yù)制拱板的拼裝成拱和水平運輸，還能在預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)安裝時對結(jié)構(gòu)的姿態(tài)進(jìn)行平面方向和高度方向的姿態(tài)調(diào)整，是集多種功能于一體的大型施工設(shè)備。該拼運設(shè)備利用了現(xiàn)有的液壓模塊車技術(shù)，安全可靠，經(jīng)濟(jì)性好。在工作過程中拼裝成拱精度高、速度快、運輸平穩(wěn)、落架高效，特別適合在場地狹小的施工現(xiàn)場進(jìn)行大型預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)的安裝工作，具有過程安全、品質(zhì)保證、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)性高的特點，并符合綠色建造的可持續(xù)發(fā)展理念，社會、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益顯著，在地面拱形結(jié)構(gòu)和地下拱形車站施工中均適用，具有非常廣闊的市場應(yīng)用前景。

6 結(jié)語

本文通過分析大型預(yù)制三鉸拱結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場安裝中存在的問題，綜合考慮了安裝胎架和液壓模塊車的優(yōu)點，研制了適合大型預(yù)制拱形結(jié)構(gòu)安裝的新型拼運設(shè)備。新型拼運設(shè)備由安裝胎架、微調(diào)裝置和液壓模塊車組成，安裝胎架能夠保持拼裝成拱精度，液壓模塊車能夠進(jìn)行空間姿態(tài)的粗調(diào)，而微調(diào)裝置能夠進(jìn)行空間姿態(tài)的微調(diào)，是集拼裝、運輸和姿態(tài)調(diào)整等多種功能于一體的大型施工設(shè)備，不僅安全可靠，同時施工快速便捷、效率高、經(jīng)濟(jì)性好，在地面拱形結(jié)構(gòu)和地下拱形車站施工中均適用，應(yīng)用前景好，為大型預(yù)制三鉸拱的安裝施工進(jìn)行了有益的探索。