地鐵全裝配式車站異形預制構件精準吊裝翻轉工藝研究

摘要：為了保障地鐵全裝配式車站異形預制構件成型后脫模、翻轉吊裝質量及安全，以深圳市城市軌道交通3號線四期坪西站裝配式構件預制生產為背景工程，介紹了地鐵全裝配式車站預制構件特點，以異形預制構件B為例，提出了該類構件脫模吊裝施工工藝，計算了構件的質心和鋼絲繩所承受的拉力及最小直徑，研發設計了一種大型預制構件自動化翻轉設備，對預制構件翻轉過程中受力情況進行了分析，在此基礎進一步優化了車站預制構件翻轉工藝，保證了構件翻轉過程中受力均勻，可為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：全裝配式;車站;異形構件;吊裝;翻轉

0" "引言

隨著經濟建設的發展，人口增多和城市化進程的加快，地面道路的發展受到地面空間的限制，城市道路交通越來越擁堵。在此背景下，城市地鐵的開發和建設逐漸成為解決人們出行與緩解道路交通壓力的有效措施。由于地鐵線路均在城市人口密度及交通流量較大的道路沿線修建，其建設周期長，施工期間對原有地面交通造成較大影響。如何解決工程建設中的速度、質量與效益問題，成為人們關注的焦點。

而預制裝配式結構具有可以轉變建設模式、提高效率、保證質量、有利于管理及保護環境等特點，同時，我國面臨著環境保護，建筑質量效率提升以及農民工產業化轉型等諸多問題。裝配式建造技術是建筑工程建造方式的重大變革，在國家的大力倡導下，經過國內骨干企業持續多年的潛心研究和應用，預制裝配式在橋梁工程、隧道工程、地面建筑工程等諸多工程領域已經取得了較豐碩的研究成果與工程經驗，相關技術和管理體系日趨完善，工程應用逐年增加。目前國內地鐵工程領域，裝配式技術多應用于區間隧道，對于地鐵車站裝配式技術的應用尚處于起步階段。

裝配式地鐵車站結構是我國裝配式結構技術走向未來的重要環節和必經之路。本文以深圳市城市軌道交通3號線四期坪西站裝配式構件預制生產為背景工程，介紹了地鐵全裝配式車站預制構件組成、生產方式及吊裝難點。針對不同構件在不同工況下的受力情況，提出了構件脫模吊裝施工工藝，計算了鋼絲繩所承受的拉力及最小直徑，研發設計了一種大型預制構件自動化翻轉設備，對預制構件翻轉過程中受力情況進行了分析，在此基礎進一步優化了車站預制構件翻轉工藝，可為類似工程提供借鑒。

1" "工程概況及重難點分析

1.1" "工程概況

3號線四期工程線路全長約9.28km，全線共設7個車站和1個停車場，其中坪西站為裝配式結構，結構斷面采用9塊拼接，如圖1所示，縱向環寬度為2m，結構斷面總高度16.4m，總寬度20.3m，最小構件單重31.36t，最重為49.48t，共計預制81環，各分塊尺寸及質量如表1所示。

1.2" "重難點分析

每環構件由9塊組成，各分塊之間通過凹凸榫和CHC槽連接。底板（A、B）底部設有精平條帶，對各分塊連接部位和底板底部尺寸精度要求高，必需通過模板面成型，因此，限定了每塊的生產狀態。

B、C、E塊模具高度5.25～5.75m，構件自身高度4～4.75m，對龍門吊的起升高度要求較高。B、C、E塊生產工況和存放工況不同，B塊脫模后需要翻轉90°存放，C、E塊需要翻轉180°存放。此外，B、C、E塊構件為異形結構，翻轉難度較大。C、E塊翻轉后，由于其結構特性，無法采用單勾吊裝，需設計研發一種專用吊具進行吊裝。

2" "裝配式混凝土構件質心計算

2.1" "B塊構件質心計算

為了保證吊裝時的安全性，前期質心計算的準確性直接決定著后期吊裝的準確性、經濟性和效率。采用空間有限元分析程序ABAQUS建立實體模型，對構件B塊、C塊、E塊進行質心計算。B結構透視圖如圖2所示。質心位置為RP-1，質心坐標：300.23，2038.14，1020.90，在CAD圖紙上的具體位置見圖3。

2.2" "C塊構件質心計算

C結構透視圖見圖4。C塊構件質心位置：RP，質心坐標：50.32，2235.95，1003.00，在CAD圖紙上的具體位置見圖5。

2.3" "E塊構件質心計算

E結構透視圖見圖6。E塊構件質心位置：RP，質心坐標：-423.07，-353.84，985.98，在CAD圖紙上的具體位置見圖7。

3" "裝配式混凝土構件脫模吊裝

3.1" "門式起重機性能參數確定及控制方式

為保證吊運的平穩和工效，應對起重機性能參數應進行相應的限定，起重機起升能力80t，最大起升高度14m，起升速度2m/min，運行速度10m/min，配備ABB提升放搖擺系統，實現吊裝啟停狀態的平穩控制。

3.2" "B塊構件吊裝

B塊構件模具高度5.75m，B塊構件高度4.75m。為保證吊裝安全，將吊釘與吊繩夾角控制在30°以內，起升高度控制13.5m以內，從而確定B塊構件脫模、存放吊裝，如圖8所示。脫模吊裝選用兩根不等長鋼絲繩，長度分別為4.34m和4.516m。存放吊裝鋼絲繩選用兩根不等長鋼絲繩，長度分別為6.8m和12.328m（含吊具長度0.431m）。

3.3" "C塊構件吊裝

C塊構件模具高度5.15m，B塊構件高度4m。為保證吊裝安全，使吊釘與吊繩夾角β₁≤45°，β₂≤30°，兩根鋼絲繩夾角不大于60°，將起升高度控制13.5m以內，從而確定C塊構件脫模、存放吊裝，如圖9所示。脫模吊裝選用兩根不等長鋼絲繩，長度分別為9.796m和8.328m（含吊具長度0.431m）。因吊點布設的特殊性，需采用單勾起吊，設計專用吊具配合進行吊裝。C塊構件脫模、存放吊裝如圖9所示。

3.4" "鋼絲繩參數計算

4" "異形構件翻轉設備研發及工藝

4.1" "翻轉設備研發

裝配式車站構件外觀質量要求高，且多為異型構件，生產狀態和存放運輸狀態不同，需要進行多次翻轉。針對不同結構型式的預制構件生產狀態、使用狀態不同，進而導致翻轉方式、翻轉角度不同的問題，研發了異形構件翻轉設備。以B塊為例，B塊預制后需翻轉90°存放，翻轉設備及構件受力支撐點如圖10、圖11所示。該結構主要包括翻轉架、翻轉底架、翻車油缸、自行式水平移動車、移動車導軌、平移小車升降機。

4.2" "翻轉工序

翻轉工序如下所示：準備作業位：翻轉架處于垂直狀態，油缸升出，平移小車退出;構架吊裝到翻轉架上，見圖12a;翻轉架開始翻轉;翻轉架翻轉到90°，見圖12b;平移小車向翻轉架方向移動，到位后自動停止;平移小車升降器提升，構件脫離翻轉架;平移車把構件移出翻轉架，見圖12c;平移車到位停止（自動感應停止，見圖12d;構件吊離平移車，完成作業。

5" "結論

深圳地鐵裝配式車站采用兩種體系的預制構件，裝配構件種類繁多，且多為異型構件，生產狀態和存放運輸狀態不同，混凝土構件成型后需要進行脫模吊裝、多次翻轉工藝。

本文以3號線四期裝配式車站為例，提出了裝配式構件脫模吊裝施工工藝，計算了構件的質心、鋼絲繩所承受的拉力及最小直徑。

針對不同結構型式的預制構件生產狀態、使用狀態不同，進而導致翻轉方式、翻轉角度不同的問題，研發設計了大型預制構件自動化翻轉設備。

對預制構件翻轉過程中受力情況進行了分析，在此基礎進一步優化了車站預制構件翻轉工藝，保證了構件翻轉過程中受力均勻，可為類似工程提供借鑒。

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