标准化可移动式吊篮在明挖隧道中的设计与应用

时远东，张培聪，陈建飞，王华永，朱小青，贾 慧

（1. 中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450003；2. 郑州大学综合设计研究院有限公司，河南 郑州 450002）

1 工程概况

某隧道工程有明挖段约10km，隧道采用双孔矩形钢筋砼整体箱涵结构，隧道净高为7.2m，隧道主体外防水采用外贴防水卷材形式。隧道侧墙顶距离底部高度约为9.6～10.5m。

传统的侧墙防水工程施工方法多采用拼搭脚手架或设置高处作业吊篮，这2种方法均需不断重复拆卸和拼装工作，较为繁琐。本工程侧墙较高，如采用传统作业方法，不仅不利于现场施工，也会延长工期。为了提高工效，降低时间成本，特研发可移动式吊篮进行侧墙防水施工。

2 可移动式吊篮设计

2.1 吊篮工艺设计

可移动式吊篮由上部悬挂结构和下部吊篮两大部分组成。施工时预制2个可移动式吊篮，分别放置于防水施工段隧道顶板的东西侧。下部吊篮悬挂于上部悬挂结构上，上部悬挂结构下方设有滑轮，控制下部吊篮移动。

上部悬挂结构横梁采用16#工字钢，悬挂横梁前后力臂长分别为1.5m和4.5m；每根悬挂横梁上设置拉绳来加强悬挂横梁的强度和刚度，拉绳采用2根Φ14的钢丝绳，在后支点附近设置法兰用于调节钢丝绳松紧程度；支撑悬挂横梁和拉绳的立杆采用Φ48.3mm×3.6mm钢管，立杆与悬挂横梁采用圆周焊进行连接，下部立杆的连接采用相同方法；悬挂横梁加强筋采用20的钢筋，加强筋与横梁及立杆焊接；配重采用1.0m×0.2m×0.3m的C20预制混凝土块，共6块，配重重量为853.2kg，均衡放置于悬挂横梁尾部的配重放置栏中；支撑悬挂横梁的立杆下方共设置滑轮6个。

下部吊篮主骨架、剪刀撑及护栏均采用Φ48.3mm×3.6mm钢管，外侧主骨架立杆采用双立杆，内侧主骨架立杆为单立杆，外侧架体每隔1.3m加设1根立杆，各构件之间采用扣件连接；吊篮整体尺寸为高8.3m×宽0.7m×长5.2m，外挂密目式阻燃安全网（规格为2000目/100cm2），自下而上步距为2m；共设4个作业平台，平台内铺设钢板网跳板（钢板网跳板市场采购，规格为5200mm×600mm）；每个作业平台内均设置防护栏杆，栏杆采用Φ48.3mm×3.6mm钢管，距离平台底面1.2m；每个作业平台内设1个爬梯，爬梯设在架体正中间。另外，设置安全绳，连接固定在施工时隧道顶板预留的吊环上。吊篮结构如图1所示。

图1 可移动式吊篮整体示意图/mm

钢丝绳与悬挂横梁通过2根相互垂直焊接的钢管连接，在竖向钢管上开凿1个凹槽，将钢丝绳通过凹槽搭在水平钢管上，以此方式与下部悬挂横梁连接。钢丝绳的端部采用编结固结，编结部分的长度不得小于钢丝绳直径的20倍，并不应小于300mm。钢丝绳夹数量不得少于4个，且绳夹间距不得小于钢丝绳的6倍。

钢丝绳与立杆的连接：在钢管立杆上沿工字钢方向焊接1个钢制过线轮，将钢丝绳卡置滑轮凹槽内，以此方式与立杆连接。

前支点滑轮下部立杆（长10cm）顶部与悬挂横梁焊接，下部与长度为30cm的工字钢（侧向放置）的腹板焊接，钢板下焊接2个直径为10cm的滑轮，其行驶方向与悬挂横梁垂直。焊接均采用圆周焊。前支点滑轮连接示意图如图2所示。

后支点立杆（长10cm）顶部与悬挂横梁工字钢焊接，下部同配重放置栏焊接，后再焊接安装4个滑轮，且按菱形布置。后支点滑轮连接示意图如图3所示。

图2 前支点滑轮连接示意图

图3 后支点滑轮连接示意图

每层作业平台中间设置1部爬梯，步距300mm。下方留有人员出入空间，作业人员从隧道顶板由上至下进入下方吊篮。

下部吊篮与上部悬挂横梁由20钢筋采用焊接方式连接，将20钢筋根据工字钢以及圆钢管外形进行加工弯曲，然后采用双面焊接方式分别与上部横梁及下部立杆连接，每根立杆与悬挂横梁的连接均采用此方式。立杆与横梁连接示意图如图4所示。

2.2 计算验算

可移动式吊篮主要根据GBT19155-2017《高处作业吊篮》和JGJ130-2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》进行设计。验算内容主要包括：悬挂横梁抗弯强度验算，悬挂横梁抗剪强度验算，悬挂横梁刚度验算，悬挂横梁整体稳定性验算，上部悬挂结构抗倾覆验算。下部吊篮的设计符合JGJ130-2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》中脚手架的相关规定，其强度和刚度满足要求。由于悬挂在横梁上，立杆承受拉力，不存在受压失稳问题，其受力形式更为优化。

图4 立杆与横梁连接示意图

（1）荷载计算。

可移动式吊篮的作业高度为10.2m，相关荷载参数如表1所示。根据JGJ130-2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》［1］第5.1.2条：“计算构件的强度、稳定性与连接强度时，应采用荷载效应基本组合的设计值。永久荷载分项系数应取1.2，可变荷载分项系数应取1.4”。

表1 荷载参数表

对于每榀悬挂横梁，吊篮竖向荷载设计值为

（2）悬挂横梁强度验算。

悬挂横梁验算时不考虑拉绳及加强筋的作用，将其作为悬挂横梁的安全储备。悬挂横梁计算简图如图5所示。悬挂横梁采用16#工字钢，相关参数如表2所示，工字钢截面如图6所示，其中L1=1500mm，L2=4500mm，L3=900mm。

图5 悬挂横梁计算简图

表2 16#工字钢参数表

图6 16#工字钢截面

计算简化认为，下部吊篮荷载由主骨架6根立杆均匀承受，故每榀悬挂横梁中，外侧双立杆轴向拉力设计值为

内侧单立杆轴向拉力设计值为

悬挂横梁抗弯强度满足要求。

（3）悬挂横梁抗剪强度验算。

JGJ130-2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》对型钢悬挑梁的抗剪强度未作出规定，但此处依然对悬挂横梁进行抗剪强度验算。

由上式计算可得N1=4.88kN，N2=2.44kN。

悬挂横梁抗剪强度满足要求。

（4）悬挂横梁整体稳定性验算。

梁整体稳定性系数

按上式计算时若φb＞0.6，则应用φb'代替φb，则φb'的计算公式为

梁整体稳定的等效临界弯矩系数

长细比λy= L2/iy= 4 500/18.9 = 238.10，截面为对称截面，故截面不对称影响系数ηb=0。

将上述参数代入计算得

整体稳定性验算

悬挂横梁整体稳定性满足要求。

（5）悬挂横梁刚度验算。

根据JGJ130-2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》［1］第5.1.3条“脚手架中的受弯构件，尚应根据正常使用极限状态的要求验算变形。验算构件变形时，应采用荷载效应的标准组合的设计值，各类荷载分项系数均应取1.0”。故此时每榀悬挂横梁悬挑端N1、N2分别为

悬挂横梁最大挠度

悬挂横梁容许挠度

υ＜［υ］，故悬挂横梁刚度满足要求。

悬挂横梁钢丝绳设有法兰可进行松紧调节，钢丝绳不可收得太紧，以保证悬挂横梁处于水平状态［2］。

（6）上部悬挂结构抗倾覆验算。

GBT19155-2017《高处作业吊篮》第6.5.5.3条指出“在配重悬挂支架外伸距离最大，起升机构极限工作载荷工况时，稳定力矩应大于或等于3倍的倾覆力矩”［3］。

配重采用1.0m×0.2m×0.3m的C20预制混凝土块，共6块，配重Gm=853.20kg。

由式（2）及式（3）可得N1=4.88kN，N2=2.44kN。

3 结束语

通过对可移动式吊篮的工艺设计和计算验算，并结合实际工程，证明了所研发可移动式吊篮的可行性，解决了传统施工工艺需要不断拆卸和安装的问题，极大地降低了时间成本和劳动成本，这种新型设备将来可以作为侧墙施工的标准配置加以推广。在施工中，可以结合工程实际，适当增加连地件、防侧移装置等构件，使其达到更好地使用效果。