陳 明，侯國樹，鐘萬才，李志強(qiáng)，吳恩澤，王 生

(中鐵建工集團(tuán)第五建設(shè)有限公司，廣東 廣州 511400)

1 工程概況

廣州地鐵11號線全長約44.2km，全部采用地下敷設(shè)方式，共設(shè)車站32座，赤沙車輛段1座，主變電站3座。11號線為廣州市中心環(huán)線，也是廣州地鐵首條環(huán)線，基本環(huán)繞廣州中心城區(qū)。全線僅設(shè)置1座車輛段，兼顧“車輛段+停車場”功能。赤沙車輛段總建筑面積約為36.2萬m2，雙層結(jié)構(gòu)，地下部分高12m，地上高9m?；用娣e為13.67萬m2，寬約240m，長約750m,單層蓋板面積約17.1萬m2。

該工程采用裝配式結(jié)構(gòu)的主要有縱梁、橫梁及小箱梁等預(yù)制構(gòu)件，裝配式預(yù)制構(gòu)件總片數(shù)8 802片，截面類型分為中縱梁、邊縱梁、箱梁，最大梁長18.37m，最大梁重為111.7t。裝配式結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝配式結(jié)構(gòu)

2 工況特點(diǎn)分析

地鐵車輛段在結(jié)構(gòu)形式上因建筑功能需要，雙層雙向均存在跨度和方向上的變化，且無法統(tǒng)一，與傳統(tǒng)的線性橋梁或預(yù)制構(gòu)件工況存在很大差異。同時車輛段預(yù)制梁體架設(shè)明顯有別于交通工程。

1)車輛段雙層縱橫雙向不均勻，不同于交通工程中線狀施工，而是變?yōu)榭v橫向面狀施工。

2)工程預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)實(shí)為疊合結(jié)構(gòu)，疊合層施工作業(yè)前，已架設(shè)好的預(yù)制構(gòu)件不能承受施工荷載，給設(shè)備站位帶來極大的干擾。

3)存在大量現(xiàn)澆作業(yè)，如立柱、疊合層、濕接縫等，裝配式架梁與現(xiàn)澆作業(yè)交叉頻繁，架梁裝備與塔式起重機(jī)等非機(jī)動運(yùn)輸設(shè)備存在平面位置上的沖突。

3 現(xiàn)有常規(guī)設(shè)備分析

本工程工況條件比較復(fù)雜，給現(xiàn)有設(shè)備選型帶來較大困難，國內(nèi)現(xiàn)有架設(shè)工裝設(shè)備較難適配，具體分析如下。

3.1 C形吊

C形吊在國內(nèi)處于研究和試生產(chǎn)階段，設(shè)備具有常規(guī)架橋機(jī)的基礎(chǔ)性能，為房建類裝配預(yù)制構(gòu)件而設(shè)計，具有自重輕、移動方便的特點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 C形吊設(shè)備

但該設(shè)備并不適用于本工程，主要原因?yàn)椋孩俚装甯卟钸_(dá)1.7m，板面高低不平，C形吊無法行走；②C形吊在國內(nèi)目前暫無使用先例，對設(shè)備吊裝的穩(wěn)定性無法做出判斷；③此設(shè)備經(jīng)現(xiàn)場簡易試驗(yàn)及測算，使用頻次過多，經(jīng)濟(jì)性較差。

3.2 雙懸臂一體式架梁機(jī)

雙懸臂一體式架梁機(jī)常規(guī)用于預(yù)制場或梁場的構(gòu)件運(yùn)輸，其在固定軌道上或固定路線內(nèi)移動，少數(shù)工況條件下也用于預(yù)制構(gòu)件的起吊架設(shè)，如圖3所示。

圖3 雙懸臂一體式架梁機(jī)

此類設(shè)備存在懸臂吊梁，起重量受限，無法有效起吊重型梁構(gòu)件，此外設(shè)備支腿數(shù)量有限，單個支腿載荷過大，超出工程結(jié)構(gòu)所允許的限值。

3.3 踩橋墩導(dǎo)梁機(jī)設(shè)備

踩橋墩導(dǎo)梁機(jī)設(shè)備常用于線性工程，如橋梁梁體的架設(shè)，設(shè)備其自身結(jié)構(gòu)呈長線型，移動走形亦呈線形。此類設(shè)備所應(yīng)用的工況條件與本工程較為相近，如圖4所示。

圖4 橋墩導(dǎo)梁機(jī)架設(shè)

此類設(shè)備可縱向架設(shè)預(yù)制構(gòu)件，移動速度較快，但本工程難以適用，原因在于本工程梁柱節(jié)點(diǎn)上有預(yù)埋鋼筋，且縱橫梁之間鋼筋交錯，此類設(shè)備無法有效站位。此外，立柱分布不規(guī)則，間距不均，對此類設(shè)備的支腿調(diào)整存在諸多限制，整體架設(shè)效率降低。

經(jīng)綜合分析和評估，國內(nèi)成熟的架設(shè)機(jī)械皆不適應(yīng)本工程的復(fù)雜工況，因此須重新研發(fā)一種可應(yīng)用于本工程的架設(shè)機(jī)械。

4 架設(shè)設(shè)備研究分析

4.1 平面架梁方式

本工程裝配式預(yù)制構(gòu)件架設(shè)為“面”狀工況，架梁是一個平面，運(yùn)梁方向相對較固定，這會導(dǎo)致運(yùn)梁方向和架梁方向呈垂直狀態(tài)。因此，要求設(shè)備吊具帶回轉(zhuǎn)功能。而常規(guī)架橋機(jī)為“線性”架梁，運(yùn)梁方向與架梁方向在同一條線上，采用雙小車共同抬吊的方式帶梁通過，只有單個小車的起重量(約100t)會通過主梁跨中，且小車吊具不具備回轉(zhuǎn)功能，不能很好適應(yīng)縱橫雙向工況的架設(shè)。

4.2 整機(jī)走形動作

本工程工況中除所需的設(shè)備存在橫向和縱向移動需求，設(shè)備移動走形過程中需過臺階、跨鏤空帶以及上基坑等。因此需要新型設(shè)備所有的支腿都帶有走形輪組，且為了避讓基坑內(nèi)各種立柱以及不規(guī)則區(qū)域等，支腿走形輪組不僅輪組本身需帶有轉(zhuǎn)向功能，車架也需帶有轉(zhuǎn)向功能。過鏤空帶以及從1層結(jié)構(gòu)到2層結(jié)構(gòu)需要設(shè)備具有自頂升功能。

而常規(guī)架橋機(jī)(如200t架橋機(jī))，因?yàn)橹恍柩乜v向過孔，雖然也有4條支腿，但是支腿本身的功能比較少，可能存在單個支撐腿帶有驅(qū)動，但更多支腿只起支撐作用。常規(guī)架橋機(jī)的支腿也只能小范圍伸縮調(diào)整，不具備大伸縮的功能。

4.3 設(shè)備跨度

因本工程預(yù)制箱梁設(shè)計要求疊合層澆筑完成形成整體后，設(shè)備才允許站位，而梁柱節(jié)點(diǎn)的澆筑需要四周的預(yù)制箱梁架設(shè)完成。此外，結(jié)合澆筑與架設(shè)的工期安排，采取一次架設(shè)2列預(yù)制箱梁方式。因此所需設(shè)備本身需跨3列預(yù)制箱梁，而箱梁的列寬長短不一，最大達(dá)69m，常規(guī)狀態(tài)下需達(dá)到66m。

常規(guī)架橋機(jī)整機(jī)最長為53～68m，實(shí)際有效跨度支撐為20～33m。而根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)尺寸，所需設(shè)備的整機(jī)長度約為76m，實(shí)際跨度至少達(dá)到66m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)橋機(jī)的跨度。從理論上，跨度大小對設(shè)備主梁的質(zhì)量影響比起重量影響更大。因此，雖然整機(jī)長度相差不大，但是該設(shè)備的主梁質(zhì)量要遠(yuǎn)大于常規(guī)架橋機(jī)的主梁質(zhì)量。

4.4 設(shè)備高度

設(shè)備高度應(yīng)主要考慮工程的結(jié)構(gòu)高度、預(yù)制梁片高度、運(yùn)梁車高度、吊具高度及安全距離，需超過塔式起重機(jī)的高度?；觾?nèi)存在塔式起重機(jī)，最低有效降低高度為17.3m。綜合以上因素，設(shè)備的最低起升高度為20m。

4.5 設(shè)備起重量

常規(guī)架橋機(jī)額定起重量在200t左右，所需設(shè)備的最大起重量為111.7t，起重系統(tǒng)初步可滿足要求。

4.6 設(shè)備吊具

常規(guī)小車吊具不具備回轉(zhuǎn)功能，吊具長度2～3m。因?yàn)槭请p小車抬吊，吊具本身不需帶調(diào)平功能。而本工程所需設(shè)備的小車吊具需帶有回轉(zhuǎn)功能，且因是單吊點(diǎn)，其吊具長度必須與梁片長度方向保持匹配，達(dá)到15m以上，且吊具本身還需帶有橫向和縱向調(diào)平功能。因此所需設(shè)備的吊具質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)架橋機(jī)的質(zhì)量，對所需設(shè)備主梁的影響進(jìn)一步增大。

4.7 設(shè)備支腿質(zhì)量

常規(guī)架橋機(jī)的多數(shù)支腿高度為4～5m，其最長的前輔助支腿高度也不到9m，且多數(shù)支腿只起到支撐作用，支腿底部不帶輪組。

所需設(shè)備的架梁機(jī)需站位在結(jié)構(gòu)下層來架設(shè)上層梁片，并且所需設(shè)備需要通過基坑內(nèi)塔式起重機(jī)，因此所需設(shè)備架梁及各支腿的整體高度應(yīng)至少維持在20m以上，且支腿下方帶有輪組。

由于梁片承載力的限制，各支腿的輪組數(shù)量應(yīng)相應(yīng)增加，分散輪組受力，因此各支腿的承重要遠(yuǎn)大于常規(guī)架橋機(jī)的支腿質(zhì)量。單個箱梁承重最大為50t，單個支腿最大承重為200t，根據(jù)架梁設(shè)備結(jié)構(gòu)形式，需要架梁設(shè)備具有荷載分擔(dān)的功能，不能使單個支腿的荷載過大。因此支腿設(shè)計有1套液壓裝置來分擔(dān)荷載。

綜上，所需設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸、性能參數(shù)與常規(guī)架橋機(jī)相比，所需設(shè)備功能和整機(jī)的長度、跨度、起升高度以及寬度等方面都有較高要求。綜合評估，吸收門式起重機(jī)和架橋機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，在常規(guī)架橋機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)研發(fā)可行。

5 新型設(shè)備研發(fā)

經(jīng)過綜合研究，最終針對該工程研制出新型橋門式起重架梁設(shè)備——八支腿四向行走自頂升架梁機(jī)，如圖5所示。

圖5 新型架梁機(jī)設(shè)備

新型設(shè)備主要由起重小車、主梁、支腿等部件組成。

1)起重小車 起重小車帶旋轉(zhuǎn)吊具，小車具有橫移功能。

2)主梁 采用桁架結(jié)構(gòu)，承載性能較常規(guī)架橋機(jī)提升1倍。

3)支腿 設(shè)有4個支腿，帶伸縮功能，前支腿和中支腿能夠沿主梁方向移動，4個支腿都帶有走行輪。前支腿和中支腿為驅(qū)動輪，前輔助支腿和后支腿為從動輪，可解決雙層跨越問題。

4)大車 大車采用輪胎式，車架帶旋轉(zhuǎn)功能，解決縱橫向雙向移動問題。

新型架設(shè)設(shè)備工作如圖6所示。其主要工作原理為：①4條支腿可避免設(shè)備站在同一層面，解決設(shè)備支腿所占列的箱梁架設(shè)問題。②支腿收縮功能 4條支腿中的2條支腿自由收縮轉(zhuǎn)換，可解決高低差和過坑問題。③支腿升高功能 2條支腿自由升高，可解決雙層架設(shè)問題。④自動轉(zhuǎn)向輪胎 配備自動轉(zhuǎn)向架式機(jī)輪，可解決橫向縱向移動問題。

圖6 新型架梁機(jī)設(shè)備工作

6 應(yīng)用效果分析

新型架梁機(jī)設(shè)備已成功生產(chǎn)，并且投入到廣州地鐵11號線赤沙車輛段工程中使用。新型架梁機(jī)整機(jī)重459t，最大起重量120t，最大起身高度20m，小車縱移速率空載時0～20m/min(重載時0～10m/min)，小車橫移速率空載時0～6m/min(重載時0～3m/min)，整機(jī)行走速率空載時0～5m/min。從使用情況看，新式架梁機(jī)較好地實(shí)現(xiàn)了橫向和縱向移動行走和整機(jī)上下升降的需求，對面狀裝配式結(jié)構(gòu)施工有較好的適用性。新型架梁機(jī)設(shè)備屬于新式設(shè)備，在設(shè)計和生產(chǎn)制造上選擇更為輕便的桁架結(jié)構(gòu)，用鋼量更節(jié)省，與常規(guī)架梁機(jī)相比在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性上有一定優(yōu)勢，如表1所示。

表1 新式架梁機(jī)與常規(guī)架梁機(jī)技術(shù)分析

7 結(jié)語

地鐵裝配式車輛段結(jié)構(gòu)為一種新型結(jié)構(gòu)形式，傳統(tǒng)建設(shè)方式和常規(guī)架梁設(shè)備不適用于此種新型結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)應(yīng)用工程的實(shí)際工況特征，對適用于此類裝配式結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了研究，從設(shè)備需求、關(guān)鍵部件、關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，研制出一種新型架梁機(jī)設(shè)備，并取得了較好的應(yīng)用效果。