面向地鐵明挖基坑集約化施工的移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)*

魏文義

(中鐵二十一局集團(tuán)軌道交通工程有限公司,山東 濟(jì)南 250117)

0 引言

一般地鐵車(chē)站設(shè)計(jì)為條形基坑,且多采用明挖順作法施工工藝。但受地鐵車(chē)站位置、地面環(huán)境、地形地貌、周邊建(構(gòu))筑物等的影響,明挖基坑施工作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),包括的施工內(nèi)容多,所使用的設(shè)備種類(lèi)多、數(shù)量大,這些配套設(shè)備使用總是存在互相干擾的情況,施工效率較低。

作為建筑配套設(shè)備,其功能適應(yīng)性強(qiáng)、自動(dòng)化、智能化是發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前明挖基坑施作作業(yè)工序主要有基坑開(kāi)挖、圍護(hù)結(jié)構(gòu)掛網(wǎng)、噴射混凝土;鋼腰梁置安、鋼支撐架設(shè),鋼筋綁扎、混凝土澆筑,支架搭設(shè)、模板安裝等。為實(shí)現(xiàn)以上作業(yè)內(nèi)容,目前通常采用以下機(jī)械配合作業(yè):土方作業(yè)機(jī)械主要有長(zhǎng)臂挖掘機(jī)和抓斗等,運(yùn)輸施工機(jī)械主要有汽車(chē)式起重機(jī)、履帶式起重機(jī)和門(mén)式起重機(jī)等,混凝土設(shè)備主要有各種混凝土泵和濕噴機(jī)等,除此之外,還包括電焊機(jī)和切割機(jī)等小型機(jī)械。

這些設(shè)備存在功能重復(fù)、利用效率低下和浪費(fèi)等現(xiàn)象,且設(shè)備間互相影響,存在等待現(xiàn)象。為此,研發(fā)一款可承擔(dān)明挖基坑施工主要作業(yè)內(nèi)容的綜合作業(yè)平臺(tái),可減少浪費(fèi)、有效提高設(shè)備利用率和施工效率、降低設(shè)備使用成本,同時(shí)有利于保證設(shè)備與人員安全。

1 移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)整體方案

1.1 基本原則

根據(jù)明挖基坑的施工特點(diǎn)和設(shè)備情況,考慮其集約化施工需求,移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)應(yīng)遵循其跨度可調(diào)、模塊化、集成化、開(kāi)放式、功能強(qiáng)大、安全、可靠的基本原則,并且在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)兼顧后期實(shí)現(xiàn)智能化和動(dòng)力集成化的需求。

1.2 整體方案

基于上述基本設(shè)計(jì)原則,該移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的整體方案如圖1所示。其各部分功能簡(jiǎn)述如下。

圖1 移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)整體方案

1)地面移動(dòng)軌道 該移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)是為明挖基坑施工專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。明挖基坑一般為條形深坑,現(xiàn)場(chǎng)為粗放式土建施工區(qū)域。考慮到平臺(tái)移動(dòng)的可靠性、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝的寬容性和使用的耐久性,本平臺(tái)采用鋼軌固定在基坑兩側(cè)安全區(qū)域內(nèi),其長(zhǎng)度可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求確定,以確保平臺(tái)沿軌道在施工范圍及材料堆場(chǎng)間的可達(dá)性。

2)走行部 走行部采用踏面輪,基坑每側(cè)安裝2個(gè)踏面輪,此設(shè)備帶4個(gè)踏面輪。其安裝位置根據(jù)工作臺(tái)及其上安裝的設(shè)備位置、質(zhì)量進(jìn)行核算確定。每個(gè)踏面輪配1副制動(dòng)器及止動(dòng)器,在輕起吊和運(yùn)輸時(shí)可按需求停靠。考慮到重載起吊的安全需求,工作臺(tái)底部與踏面輪相適應(yīng)的位置每側(cè)安裝2個(gè)液壓止推支撐模塊,在重載起吊時(shí),液壓止推支撐器工作,保證作業(yè)平臺(tái)駐停可靠、起吊安全。走行部如圖2所示。

圖2 走行部示意

3)工作臺(tái)及快接平臺(tái) 工作臺(tái)根據(jù)作業(yè)平臺(tái)的尺寸及其承重要求選擇梁式結(jié)構(gòu)，需通過(guò)校核計(jì)算確定其結(jié)構(gòu)和尺寸。工作臺(tái)上裝配帶有T型槽的快接平臺(tái)，快接平臺(tái)為作業(yè)平臺(tái)與施工設(shè)備間的快速接口。

4)跨度可調(diào)橫梁 根據(jù)基坑寬度確定橫梁尺寸。由于不同基坑尺寸不同,橫梁的尺寸應(yīng)根據(jù)基坑尺寸計(jì)算確定。橫梁采用梁式結(jié)構(gòu),通過(guò)接口安裝,并連接基坑兩側(cè)的工作臺(tái),使之成為一個(gè)整體,即得到移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的基本機(jī)械本體。

5)物料平臺(tái) 考慮到明挖基坑施工中的水平運(yùn)輸及物料準(zhǔn)備等需求,充分利用移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的空間,以橫梁為依托,設(shè)計(jì)物料平臺(tái)。該物料平臺(tái)由物料平臺(tái)底板與物料平臺(tái)側(cè)欄組成,通過(guò)物料平臺(tái)接口與移動(dòng)工作平臺(tái)固連。物料平臺(tái)底板與物料平臺(tái)側(cè)欄可根據(jù)明挖基坑的寬度進(jìn)行搭建,使物料平臺(tái)實(shí)現(xiàn)跨度可調(diào),適用于多種寬度的明挖基坑施工作業(yè)。物料平臺(tái)隨移動(dòng)工作平臺(tái)移動(dòng),可將物料快速運(yùn)送至施工位置,實(shí)現(xiàn)高效施工。設(shè)計(jì)得到的綜合作業(yè)移動(dòng)平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)

6)選裝設(shè)備 該移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)上可安裝明挖基坑施工所需的各類(lèi)施工設(shè)備,如挖掘機(jī)、濕噴機(jī)、電動(dòng)起吊裝置、輕載升降臺(tái)、重載升降臺(tái)、起重機(jī)與混凝土澆筑車(chē)等。這些設(shè)備通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)研發(fā)的快裝接口與快接平臺(tái)連接,可同時(shí)承擔(dān)土方作業(yè)、運(yùn)輸作業(yè)、混凝土澆筑作業(yè)及其他工序作業(yè)。升降臺(tái)既可在明挖基坑的底部與地面間運(yùn)送人與物料,還可作為快速逃離通道;電動(dòng)起吊裝置通過(guò)螺栓固定于物料平臺(tái)外側(cè)的滑道上,可實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)及在物料平臺(tái)與明挖基坑間運(yùn)送物料。

2 功能介紹

2.1 基本功能

1)縱向移動(dòng)功能 即沿明挖基坑長(zhǎng)度方向的移動(dòng)。該綜合作業(yè)平臺(tái)要實(shí)現(xiàn)物料沿明挖基坑長(zhǎng)度方向的運(yùn)輸任務(wù),其首要的基本功能是沿明挖基坑長(zhǎng)度方向的水平移動(dòng)。

2)橫向運(yùn)輸功能 即沿明挖基坑寬度方向的運(yùn)輸功能。所運(yùn)輸物料應(yīng)保證在基坑縱向和橫向的位置可達(dá),則該綜合作業(yè)平臺(tái)在將物料沿縱向運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí),需實(shí)現(xiàn)物料的橫向運(yùn)輸功能。

3)起吊設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)多工位協(xié)調(diào)起吊功能 該綜合作業(yè)平臺(tái)的選用,將以汽車(chē)式起重機(jī)等起吊設(shè)備為主,不再使用門(mén)式起重機(jī)和塔式起重機(jī)。因此,對(duì)于復(fù)雜起吊任務(wù),應(yīng)采用2臺(tái)或多臺(tái)汽車(chē)式起重機(jī),綜合作用、協(xié)調(diào)起吊,可確保起吊任務(wù)及起吊物的角度調(diào)整需求。

4)兼具運(yùn)輸、通行、存儲(chǔ)、加工功能 連接工作平臺(tái)的物料平臺(tái),既可根據(jù)明挖基坑的寬度調(diào)整其長(zhǎng)度,也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求調(diào)整其寬度。對(duì)于小型設(shè)備,如電焊機(jī)、切割機(jī)等,可存放于物料平臺(tái)上,也可在物料平臺(tái)上用于加工;常用物料儲(chǔ)存于物料平臺(tái)上,且可根據(jù)需要隨時(shí)加工。物料平臺(tái)兩側(cè)的護(hù)欄可根據(jù)需要調(diào)整高度,一方面保證物料存放的安全性,另一方面兼顧人員通行的安全性。

5)照明功能 綜合移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的使用不受氣候、季節(jié)及晝夜的影響。為保證其適用性,可在平臺(tái)上安裝照明設(shè)備。

6)其他開(kāi)放功能 綜合作業(yè)平臺(tái)的工作可達(dá)區(qū)域一方面取決于其縱向移動(dòng)范圍,另一方面取決于起吊設(shè)備的工作半徑,還可根據(jù)施工要求集成更多設(shè)備,增加其他更多現(xiàn)場(chǎng)需要的功能。

2.2 可擴(kuò)展功能

1)設(shè)計(jì)中預(yù)留了集中動(dòng)力供給接口,以便后期實(shí)現(xiàn)全部設(shè)備的電力化改造,從而消除碳排放量,實(shí)現(xiàn)碳減排。

2)該移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)可結(jié)合設(shè)備規(guī)劃管理系統(tǒng)使用,從而實(shí)現(xiàn)可選裝設(shè)備的合理規(guī)劃和管理,進(jìn)一步減少設(shè)備重復(fù)和浪費(fèi)。

3)選裝設(shè)備在選擇和安裝時(shí),應(yīng)進(jìn)行回轉(zhuǎn)空間的設(shè)計(jì)計(jì)算,避免在選裝施工設(shè)備中出現(xiàn)碰撞、干涉,防止出現(xiàn)安全事故。

3 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)及其優(yōu)勢(shì)

1)該綜合作業(yè)平臺(tái)適用于明挖基坑施工,應(yīng)綜合考慮建筑施工特點(diǎn),在保證功能前提下,首先要確保安全,故在強(qiáng)度選擇時(shí)應(yīng)選擇較大安全系數(shù)。

2)選裝設(shè)備裝拆應(yīng)考慮操作簡(jiǎn)單易行,裝拆零配件同選裝設(shè)備保存,以免遺失。

3)要確保停駐安全可靠,在停駐作業(yè)期間,必須排除移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的縱向微動(dòng),以免在停駐起吊時(shí)因額外擾動(dòng)產(chǎn)生附加荷載而影響起吊安全性。

4)該綜合作業(yè)平臺(tái)取代和減少了不必要的功能重復(fù)設(shè)備,可極大地降低設(shè)備成本,同時(shí)也可大幅度節(jié)約施工場(chǎng)地,具有極大的經(jīng)濟(jì)效益。

5)其開(kāi)放式、模塊化為設(shè)備功能擴(kuò)展提供極大自由度和空間,提高施工效率、簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理。

4 結(jié)語(yǔ)

1)本文介紹了一種跨度可調(diào)式明挖基坑綜合作業(yè)平臺(tái),主要應(yīng)用于各類(lèi)明挖基坑施工,可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)跨度可調(diào)、快速更換基坑施工設(shè)備、設(shè)備整合及快速定位等功能。

2)該移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)注重其通用性,解決了明挖基坑施工過(guò)程中寬度可變的問(wèn)題,使作業(yè)平臺(tái)適用于不同尺寸的明挖基坑。

3)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使該平臺(tái)可根據(jù)工程需求快速更換基坑施工設(shè)備,提高施工裝配效率,同時(shí)減少明挖基坑施工過(guò)程中的設(shè)備干擾。基坑施工設(shè)備整合功能可同時(shí)安裝多種設(shè)備,達(dá)到多種設(shè)備配合工作的目的。基坑施工設(shè)備由接口固定于快接平臺(tái),根據(jù)工程需求將快接平臺(tái)固定于移動(dòng)工作平臺(tái)的合適位置,提高了設(shè)備布局的合理性。走行裝置實(shí)現(xiàn)了基坑施工設(shè)備快速定位,其獨(dú)立設(shè)計(jì)形式實(shí)現(xiàn)了快速更換維修。

4)該跨度可調(diào)式明挖基坑綜合作業(yè)平臺(tái)可整合挖掘機(jī)、濕噴機(jī)、電動(dòng)起吊裝置、輕載升降臺(tái)、重載升降臺(tái)、起重機(jī)與混凝土澆筑車(chē)等施工設(shè)備,同時(shí)進(jìn)行土方作業(yè)、運(yùn)輸作業(yè)、混凝土澆筑作業(yè)及其他工序作業(yè),減小明挖基坑施工過(guò)程中受施工位置、地面環(huán)境、地形地貌及周邊建筑物的影響,進(jìn)而減少基坑施工設(shè)備在更換及使用過(guò)程中互相干擾。