廣州地鐵陳頭崗車輛基地鋼結構施工安全風險防控應用研究

王曉雨

（中鐵二局集團建筑有限公司，四川 成都610031）

中國的基礎經濟和科學技術在多年來持續保持有效發展，特別對地方基礎建設的關注和投資不斷加大，各大城市的地鐵建設很好地把握了發展機遇。作為一線城市的廣州市，分別從政府層面正確管控導向、提倡“四新”驅動、集中產業優勢和促進合作共贏等方面定位了廣州地鐵建設和發展的總體規劃。余林峰等[1]對異型鋼結構施工安全提出了安全驗算、過程控制的具體措施，袁陶等[2]對建筑鋼結構施工安全技術進行了分析。本文通過陳頭崗車輛基地在施工時，應用鋼結構施工時預控和現場安全管控方法，重點在鋼結構制作、運輸、吊裝、防腐、防銹等過程中，通過安全驗算、監控量測、多層協控、計算機輔助等多方位管控技術集成，達到了對車輛基地樓板等主體結構各方位、全范圍、及時有效的過程風險管控，實現了具有國內先進水平的大規模鋼結構施工對主體機構保護的創新，有效推動了中國地鐵施工向科學化、數據化、智慧化的發展。

1 工程概況

廣州地鐵22號線的陳頭崗車輛基地綜合體項目工程總建筑面積約210724m2（含地上車庫），總樓棟數為10棟，總體布置如圖1所示。項目涉及鋼結構施工的為6#、7#、10#~12#樓，地上建筑面積約98897m2，其結構標高17.8～23.6m處有鋼柱及勁性梁安裝，勁性梁梁端支撐于柱中工字形小鋼骨，鋼梁最大跨度為19m，鋼梁截面尺寸為H1500-22-16×100。本工程對接焊縫為一級，防腐涂料采用環氧富鋅底漆、環氧云鐵中間漆、聚氨酯面漆，鋼柱耐火極限為3h，采用厚型防火涂料。根據工程實際情況，在鋼結構施工過程中，采取措施保證主體結構穩定和各工序作業安全是實現項目安全管理的目標的關鍵。

圖1 項目整體概況圖

2 自然條件及周邊情況

2.1 地形地貌

擬建場地為地鐵蓋板，周邊屬于珠江三角洲沖積平原地貌，場地較為平坦，其地表標高多在5.20～7.60m，現狀以停車場施工場地為主。周邊場地現狀為蓋板下地鐵施工場地，周邊有農田和苗圃。

2.2 水文地質

本場地處番禺區石北圍深涌排澇片區，位于大石水道東南側1km處。與本工程有關的河涌有東涌和深涌，東涌位于庫房區與咽喉區交界處，寬約9m，水深1.5～2m，深涌及其分支分別位于出入段線設計終點處及出洞口處，寬7～13m，水深1.5～2m。

2.3 其他情況

場地周邊多為停車場施工場地，西北側為廣珠動車所和大石水道，工程周邊環境與工程相互影響較大，破壞后果較嚴重，周邊環境風險等級為三級。且現場的墻柱已經施工完成，鋼結構采用隨車吊運輸和汽車吊就位，將受到限制并可能對其他工序施工生產帶來很大影響。

3 風險描述

3.1 風險描述

陳頭崗車輛基地的6#、7#、10#~12#進行鋼結構施工的樓層混凝土厚度為0.2m，最重的單根鋼結構組合為15.23t，鋼結構典型構造形式如圖2所示，在采用隨車吊對鋼結構進行轉運情況下，隨車吊質量為25t，專項受力計算明確樓板的等效均布活荷載為30kN/m2，根據PKPM軟件進行模擬計算，鋼結構模擬計算圖如圖3所示。施工時對樓板增加的等效均布活荷載為32.3kN/m2，大于樓板允許荷載30kN/m2，如不進行深化設計，將無法滿足需要，危及主體結構安全。

圖2 鋼結構典型構造形式

圖3 鋼結構模擬計算圖

3.2 風險分析

陳頭崗車輛基地由于既有道路及主體結構樓板荷載限制，鋼構件不能按照現場安全尺寸整體運輸和安裝。在采用隨車吊轉運過程中會產生震動，在安裝過程中會對樓板產生影響，包括對既有主體結構增加荷載導致產生變形。在鋼結構進場、轉運和就位過程中，行車道路荷載、最小轉彎半徑、坡度、寬度和高度、作業面積等也對鋼結構施工安全造成影響。同時高處作業、焊接的火災預控、機械施工等也可能造成人員傷害。

上述各種不利因素單一或組合都有可能造成樓板損壞和人員傷亡，影響主體結構質量或發生安全生產事故，這將造成不可挽回的損失和嚴重不良的社會影響，所以應提前策劃，采取針對措施以降低相關風險。

4 相關準備工作

4.1 確定主體結構原狀

經建設單位委托的第三方監測單位對6#、7#、10#～12#樓進行鋼結構施工的主體機構進行測量，固化原始狀態基本數據，以便在鋼結構施工過程中進行監控，以及在施工后進行比對。通過數據化的監控量測，以落實相關技術和安全專項措施，編制應急預案，從各維度降低鋼結構施工過程對主體結構的影響。

4.2 計算與結果分析

4.2.1 相關參數

25t汽車吊的左右輪距為2410mm，汽車吊行駛狀態自重約26.4t，車長寬為12.38m、2.5m。第1～3軸中相鄰軸距分別為4025mm、1350mm；第一軸自重為6.53t，第二、三軸自重為19.87t。在空車狀態下，均由6個輪子（每側3個）承重；作業狀態下構件從15.23t經過優化設計調整為最大配重9.2t，由4個支腿承重。

4.2.2 作業情況

25t汽車吊擬采用空車行駛就位，在樓面上行駛時，在臨時通道范圍內滿鋪設20mm厚鋼板。在工作狀態下，擬在每個支腿下雙層鋪設3根尺寸為0.2m×0.2m×2m的枕木。

4.2.3 等效活荷載工況計算

主要的工況為空車于樓板面上行駛和在裝好配重進行吊裝時，對樓板面的影響最大，現按照2種工況進行樓面等效均布活荷載計算。計算按GB50009—2012《建筑結構荷載規范》中附錄C進行復核。

4.2.3.1 空車行駛

空車自重為26.4t，則一軸每個輪壓為3.27t，二、三軸每個輪壓為4.97t，板跨按行駛范圍內的最大跨度6.9m計算。

按最不利荷載的情況下，跨中彎矩為：49.7×6.9/4=85.73kN·m。

局部分布荷載作用下板的有效分布寬度b：按實際情況，樓板厚度為0.2m，單側車輪寬取btx=50mm，作用面積長取bty=400mm。

等效均布活荷載：qe=8mmax/bl2=8/b=8×85.73/（5.66×6.9×6.9）=2.55kN/m2<12kN/m2，符合要求。

4.2.3.2 工作狀態

在工作狀態下，主要質量包括車重26.4t，經過PKPM軟件安全驗算，確定最大吊重為9.2t，則總重35.6t，每個支腿下雙層鋪設3根尺寸為0.2m×0.2m×2m的枕木。

在工作荷載下，各支腿最大荷載：支腿1、2荷載約為13.56t，支腿3、4荷載約為22.04t。

跨中彎矩為：110.2×2.85/4=78.52kN·m。

局部分布荷載作用下板的有效分布寬度b：按實際情況，樓板厚度為0.2m，枕木高度為0.4m，枕木截面面積為0.6m×2m。

等效均布活荷載為：8/b=8×78.52/（4.08×2.85×2.85）=18.95kN/m2<30kN/m2，符合要求。

經過以上計算，在行車范圍內和工作狀態下，對樓面增加的活荷載均滿足要求。

4.3 深化設計及施工準備

4.3.1 深化設計

針對樓板受力，對構件在制作、運輸和安裝過程中所需的構造措施進行驗算，在保證鋼結構節點滿足設計要求和樓板結構安全的前提下，保證鋼構件在制作、運輸和安裝過程中的安全性。同時通過深化設計，對桿件和節點進行構造的施工優化，使桿件和節點在實際的加工制作和安裝過程中能夠變得更加合理，提高加工效率和加工、安裝精度。

依據吊裝設備選型和安裝方法進行合理的分節（分段），確定構件吊裝時所需的吊耳、臨時連接板、臨時變形加固結構等，符合現場安裝條件的合理的節點形式、焊縫形式等，吊裝臨時安全措施所需增加的連接板、螺栓孔等。

4.3.2 施工準備

施工中的結構預調值始終是一個動態的調整過程，部分結構預調整（即制作預調整值）將在施工詳圖設計和構件加工階段進行，使結構階段性完成狀態符合結構分析時要求的初始位形。

同時根據鋼構件長度調整，對土建專業所需的鋼筋接駁器、需穿過鋼筋的孔眼施工電梯與鋼結構的連接板件等進行統籌考慮，調整配置。

5 施工階段具體防控措施

5.1 鋼構件存放及轉運

在外圍施工道路旁設置一個鋼構件堆場，堆場尺寸為18m×17m，堆場四周采用定型化防護圍擋，在靠施工區域方向留出施工道路方便車輛進出。構件堆場堅實平整，在場地基層采用混凝土硬化，并從中間向兩邊設排水坡度，避免基層出現積水。為防止鋼梁傾覆、銹蝕和污染，堆放時鋼梁下面使用16#工字鋼設置堆場架，堆場架離地高度為160mm，間距1500mm。本工程計劃使用540m16#工字鋼作為鋼梁堆放支架，鋼構件堆放場地及支架如圖4所示。

圖4 鋼構件堆放場地及支架圖

5.2 道路運輸及沉降縫保護

考慮混凝土成品保護及車輛行駛安全，需要在車輛行駛線路上滿鋪20mm厚的鋼板。經過測量，由鋼構件堆場至鋼結構安裝區域距離為800m，需要規格為2200mm×9500mm×16mm的鋼板85張，鋼板硬化區域示意圖如圖5所示。

圖5 鋼板硬化區域示意圖

根據現場施工情況，在車輛行駛路線上有6個500mm高的沉降縫反坎，車輛無法順利運行，需要制作反坎保護棧橋。棧橋制作安裝先在硬化混凝土結構上利用M12×166化學錨栓及200mm×200mm×20mm的預埋板進行定位，然后采用16#工字鋼施作立柱并進行底層結構安裝，再進行斜撐及坡道面層結構安裝，最后鋪設20mm厚的鋼板，節點采用焊接，對接焊縫等級為一級，其他焊縫為三級，反坎保護棧橋示意圖如圖6所示。

圖6 反坎保護棧橋示意圖

5.3 鋼構件安裝

由于鋼梁跨度大，截面大，中間無支撐，為保證鋼梁順利安裝及防止鋼梁發生側翻，在模板支撐架搭設之前，需設置鋼梁支撐胎架，本工程使用現場的塔吊進行胎架輔助制作與安裝，胎架下部采用16#工字鋼焊接形成主體結構，上部使用L80×6角鋼與鋼梁焊接。胎架長1.836m，寬1.836m，高5.65m，支撐胎架示意圖如圖7所示。

圖7 支撐胎架示意圖

鋼構件在工廠加工預先設置設置吊耳作為吊點，吊點設置在梁端L/3處。吊裝前，提前對鋼梁的編號、定位軸線、方向、標高、長度、截面尺寸特別是連接節點、螺孔直徑及位置以及節點板表面質量等進行全面復驗。鋼梁就位時，及時夾好連接板，對孔洞有少許偏差的接頭應用沖釘配合調整跨間距，然后用安裝螺栓擰緊。安裝螺栓數量按規范要求不得少于該節點螺栓總數的30%，且不得少于2個，鋼構件吊裝示意圖如圖8所示。

圖8 鋼構件吊裝示意圖

5.4 鋼構件安裝過程監測

在鋼構件安裝過程中，結合賀明濤[3]提出鋼結構施工的安全管理要點，分別對周邊混泥土結構特別是樓板的沉降和變形、墻體的傾斜以及變形等進行監控量測，與原始數值在時間和空間上進行對比。通過過程監測顯示，各主體結構變形穩定。在作業結束時，采用裂紋觀測鏡對混凝土表面進行了仔細觀察，未出現新裂紋，也未使原收縮裂紋擴大現象，表明與采用計算成果與實際相符。

6 相關工序安全保證保護措施

6.1 焊接作業安全管理措施

焊接作業前進行專項方案的編制和交底，所有焊工必須持特種作業人員有效證件，經項目“三級教育”培訓合格后上崗。確保焊接作業周邊規整清潔，無易燃易爆物品，按照“1211”原則，即采用1把焊槍，配置2名人員（施焊人員和看火人員），1個滅火器，1個水桶，焊接作業后必須對周邊環境進行檢查，在確認無火災隱患后，方可離開現場，保證不發生火災及爆炸事故。

6.2 用電安全管理措施

施工現場按照規范要求嚴格做到“三級用電”和“兩級防護”，采用三相五線制和一機一閘管理。每日由持證電工對現場用電線路和設備進行巡視，對漏電保護器按規定進行試驗檢測?，F場使用的開關箱采用工業插頭。開關箱10min不使用時進行鎖閉，避免出現非專業人員操作的現象。在進行維修時，必須由電工斷電，將各級配電箱鑰匙隨身攜帶，并掛“正在維修，嚴禁合閘”警示標志，確?，F場臨時用電安全。

6.3 高處作業安全管理措施

嚴格督促現場作業人員佩戴“三寶”，在結構柱體上每2m設置掛點，栓掛“生命繩”，掛點嚴禁用作他用。在高處作業面下方設置水平安全網，其質量滿足規定，如發生人員失足掉落，可以確保人員安全，同時可以兼作截落高處掉落的雜物兜網，防止物體打擊。在無法進行安全帶保護的作業面，采用作業臺架的方式進行，作業臺架周邊設置臨邊防護，嚴禁人員無防護進行高處作業。

6.4 支撐胎架拆除安全管理措施

現場管理人員和施工作業人員應經過技術交底，在進行拆除作業時按安全操作規程嚴格執行。在鋼結構安裝完成，且混凝土達到設計強度后，經監控量測變形穩定，由項目總工核查，下發拆除令?，F場安全員、施工員、技術員全程盯控。支撐胎架拆除采用整體卸載法，通過控制千斤頂的行程，實現支撐點的位置逐步下降。每次卸載下降后結構靜置5min，以觀察結構變形狀態，確保安全后進行下步操作，相關工作循環到拆除完成。

7 監測方案

鋼結構安裝和支撐胎架拆除具有較大的危險性，在現場作業時，應對起重吊裝支點、鋼構件擾度和安裝穩定性、焊接后應力變化、主體結構變形等進行全面監測，特別是應對稱重樓板進行周密監控，當發現出現異常情況時，必須停止當前工作，查找原因，消除隱患后方可恢復作業，保證施工作業安全。

8 安全文明施工

8.1 施工噪聲控制

在施工時，應遵守國家和廣州市關于噪聲控制的相關規定，對各工序產生噪聲進行識別，做好提前部署，把施工時產生噪聲較大的工序盡量分配到白天進行，降低對周邊群眾正常生活的影響。

8.2 施工粉塵控制

在施工出入口設置洗車池，施工現場道路安排專人定期進行清掃，保證路面感覺整潔，同時設置噴淋系統，定時進行灑水，控制揚塵。

8.3 安全防范措施

在進行鋼結構施工作業區域設置安全警示標志，提示無關人員不得靠近和穿行。設置人員專用通道，保證“人機分開”。持續開展日常警示，對安全意識進行不斷提升，以更好地做到安全生產。專業工程師對現場關鍵工序和隱蔽工程進行指導，嚴禁“三違”行為的發生。

9 應急管理

9.1 應急處置原則

為保證現場施工作業發生突發情況時能采取針對性的應急措施，根據陳頭崗車輛基地鋼結構施工特點，現場按照明確指揮、分清職責、響應迅速、有效運轉的原則，制定了陳頭崗車輛基地鋼結構施工專項應急預案。

9.2 主要應急措施

根據鋼結構安裝風險辨識和評價，在施工時可能導致荷載集中造成主體結構破壞、起重設備傾覆、鋼構件安裝時失穩、人員高處墜落或物體打擊、支撐胎架拆除垮塌等事故。本文主要對可能導致荷載集中造成主體結構破壞時的應急處置措施。

發生緊急情況時馬上停止現場起重作業和鋼構件安裝，撤離所有作業人員，設置警戒區域，防止無關人員進入。立即通知建設、設計、監理等相關單位，及時監控相關情況的發展，搶險和加固必須按照既定預案進行。

當鋼構件安裝時出現明顯變形時，可采用“燈籠架”對鋼結構進行支撐?！盁艋\架”底部設置可以分散壓力的水平底座，其與鋼構件之間的縫隙采用木楔進行塞實頂緊。如鋼結構出現失穩可能造成連鎖傷害時，必須擴大區域停止整棟樓面各項施工，將人員撤離至安全區域，并將現場情況按規定報相關單位和部門。

10 施工效果

陳頭崗車輛基地鋼結構施工用時137d，提前13d完成節點工期。主體機構和附屬道路未發生損壞，沒有發生各類安全事故和事件。受到了地方主管部門和建設單位的高度認可。

本工程成功采用了鋼結構制安風險分析、安全計算分析、鋼結構深化設計和制作等管控組合措施，該組合措施對場地受限的區域進行鋼結構施工具有較大的借鑒意義?，F階段除在地鐵項目進行推廣外，還在房建、市政、鐵路車站等其他項目進行了使用，在其他涉及類似情況的工程項目也具有很好的發展，具有良好的推廣應用潛力，項目推進過程及完工概況如圖9所示。

圖9 項目推進過程及完工概況圖

11 結語

本項目采用鋼結構深化設計和制作，確保了鋼構件質量滿足運輸和安裝要求，嚴格卡控起重吊裝作業，保證了樓板的穩定和主體結構的安全，盡可能減小了鋼結構施工對既有結構和其他工序的影響。同時使用信息化平臺，將各項管控辦法、隱患排查制度和技術方案在現場得到真正的開展與落實[4-5]。

該項目由具有豐富經驗的承包商施工，集中優勢力量，將其他項目的風險管理成果應用到該項目中，形成了施工過程關鍵控制因素清單，已經在廣東省范圍內進行推廣，取得了較好的社會和經濟效益。