综合交通枢纽轨行区玻璃罩棚钢结构施工安全风险防控研究

李科明

（中铁二局集团装饰装修工程有限公司，四川 成都 610031）

随着中国基础建设的蓬勃发展，多地城市轨道交通也在高质量、突飞猛进地发展。深圳作为中国大陆地区第5 个拥有地铁系统的城市，目前已开通运营线路12 条，其轨道交通发展迅速，走在众多城市前列。深圳市岗厦北综合交通枢纽工程地下二层地铁11、14号线站台层轨行区玻璃罩主要采用C 类1.5 h 防火玻璃弧形罩棚和A 类3 h 防火玻璃竖向隔断，为国内首例此类工程。玻璃罩棚钢结构安装无法采用常规起重吊装方式安装，是本工程安全管理的重难点。

本文重点研究了地下空间非常规起重吊运、安装钢结构的安全风险防控，并在工程中取得了良好效果。

1 工程概况

1.1 工程简介

深圳市岗厦北综合交通枢纽工程城轨区核心换乘付费区域设计中庭共享空间，中庭空间部分从11、14号线站台层至结构顶板底整体镂空设计（南北向长度为70.30 m，东西向长度为36.8 m，高度为16.303 m），正上方为城轨区核心换乘区采光天窗。轨行区镂空部分设计玻璃罩棚同屏蔽门一并将轨行区围合。轨行区玻璃罩棚基础结构，由混凝土梁柱框架和钢结构组成，其中混凝土梁柱框架为轨行区玻璃罩棚的钢结构支撑基础，玻璃罩棚下方为屏蔽门。轨行区玻璃罩棚横剖面示意图如图1 所示。

图1 轨行区玻璃罩棚横剖面示意图

1.2 设计简介

轨行区玻璃罩棚钢结构位于地下二层的11、14 号线站台的正中央部分。中央玻璃罩棚钢结构位于14 号线左右线正上方（东西向长36.58 m，南北向投影长9.7 m），南端玻璃罩棚钢结构位于11 号线右线（东西向长36.58 m，南北向投影长4.5 m），北端玻璃罩棚钢结构位于11 号线左线（东西向长36.58 m，南北向投影长3.75 m）。

钢结构采用框架结构形式，钢梁为H 形式，构件之间为栓焊连接（高强螺栓+角缝焊接）。主梁采用变截面圆弧H 型钢梁，次梁采用H 型钢梁。钢结构底端与屏蔽门接触位置，为33 根纵向梁（钢方通），屏蔽门通过纵向梁预留的屏蔽门安装孔与钢结构连接成整体，如图2 所示。

图2 轨行区钢结构三维轴测示意图

2 主要安全风险分析

轨行区玻璃罩棚钢结构位于地下二层，现场安装区域空间条件无法满足钢结构正常吊运、安装作业需求。无法将汽车起重机从吊装口吊装至安装区域进行钢结构安装，另因场地受限及多专业同时穿插施工等因素影响，无法采用钢结构整体安装，导致钢结构材料吊运、安装困难，吊运、安装安全风险增大。另外，钢结构位于11、14 号线轨行区上方，工程线施工安全风险也是施工安全管理的重点。

3 工法选择

经综合分析研究，钢结构节段在加工厂里按型加工完成，现场采用散装法施工。利用卷扬机吊装就位后，结合挂篮、高空作业车等操作平台进行组拼、焊接。钢构件精确定位后完成现场焊接、高强度螺栓施拧、涂料涂装等工作[1]。

3.1 工艺流程

工艺流程为：施工准备→预埋件、后置埋板安装→吊装设备安装→钢结构安装→防腐涂料涂装→防火涂料涂装。

3.2 吊装设备选型

材料到场后，利用地下一层南区结构顶板的采光天窗，采用55 t 汽车吊将钢结构材料吊运至地下一层，再通过叉车进行同层转运至施工区域附近。最大钢梁构件最大延长米长度为13.27 m，投影最大长度为9.7 m，单根最大质量2.34 t，因现场结构空间受限，采用2.5 t 卷扬机将材料再次转运至地下二层，再进行吊装安装。地面吊装示意图如图3 所示，地下二层材料转运吊装示意图如图4 所示。

图3 地面吊装示意图

图4 地下二层材料转运吊装示意图（单位：m）

3.3 卷扬机安装

将卷扬机固定在地下一层结构板上，底座用钢丝绳贯穿，固定在现场结构柱或钢柱上。使用导向支座或钢丝绳扣在适当位置安装导向滑轮，钢丝绳和既有钢柱连接固定，首先用胶皮在钢柱表面包裹，在其表面采用木方进行覆盖。根据顶板结构分析，将定位滑轮通过钢丝绳扣连接至顶板结构已经预埋扶梯吊钩或者钢结构底板下方孔洞，安装过程利用曲臂车配合完成。卷扬机锚固及卷扬机使用的钢丝绳直径为17.5 mm。卷扬机安装示意图如图5 所示。

图5 卷扬机安装示意图（单位：m）

3.4 吊点设置及吊索具选择

3.4.1 吊点设置

根据钢梁的形状划分，主要有2 种类型：变截面圆弧型钢梁、一字型钢梁。根据吊点设置原则，每节段梁横向、纵向设置吊点位置应保持前后平衡，一字型钢梁吊点位置与两端0.25 L 位置处。变截面圆弧型钢梁则应根据梁段具体重心位置进行计算确定，具体吊点设置如图6 所示。

图6 变截面圆弧型钢梁吊点设置（单位：mm）

3.4.2 吊索具选择

根据钢结构最大质量2.34 t，采用直径15 mm 钢丝绳，对钢丝绳受力情况进行验算，如图7 所示。卸扣受力同钢丝绳，最大受力为2.34 t，选用3 t 以上卸扣。

图7 钢丝绳受力验算图（单位：mm）

本工程钢结构最大质量节段2.34 t，钢丝绳强度计算如下。

根据钢丝绳允许拉力计算公式S=P/K，钢丝绳作吊索使用取安全系数K=7（规范要求安全系数为6），钢丝绳允许拉力S=2.34/2/cos（67°）=2.994t=29.94 kN。计算钢丝绳破断拉力P＝S×K=29.94×7=209.58 kN。查钢丝绳技术表选用以下标准的钢丝绳：6×37（股1+6+12+18），抗拉强度为1 550 MPa，直径15 mm 的钢丝绳换算系数为（6×37）=0.82，钢丝总断面积为176.625 mm2。

查表得钢丝绳破断拉力P=ΣN×a=1 550×176.625×0.82=224.49 kN＞209.58 kN。

结论：安全。

3.4.3 吊耳设计

钢结构梁的吊耳采用Q235B 钢板制作，吊耳底面（100 mm 焊接面）焊接于钢梁上翼缘，焊接时不开坡口。具体吊耳大样如图8 所示。

图8 吊耳大样图（单位：mm）

3.4.4 钢丝绳锚固方式

根据现场使用的钢丝绳及吊装方式，现场钢丝绳的锚固方法采取编结固定和绳卡固定2 种形式。

3.5 钢结构安装

分为3 个阶段：安装11 号线轨行区右线玻璃罩钢结构、安装11 号线轨行区左线玻璃罩钢结构、安装14号线轨行区玻璃罩钢结构。

先安装主梁，再安装次梁及纵向梁。安装时采用电动葫芦和卷扬机吊装设备进行吊装，采用剪叉式高空作业车、曲臂车、挂篮作为操作平台。安装过程中，预防起重伤害和人员高坠是安全管控重点。下面以14号线轨行区玻璃罩钢结构安装为例进行研究。

3.5.1 主梁安装

吊装设备及操作平台就位后，从西侧往东侧依次安装。利用卷场机将地下一层钢梁吊装至安装位置。操作人员利用挂篮进行作业，如图9 所示。

图9 现场安装示意图（单位：m）

3.5.2 次梁安装

主梁安装完成后，进行次梁安装，次梁吊装方式同主梁。对于水平段次梁，操作人员利用已安装主梁进行安装。操作人员在主梁上作业时，必须将安全带固定至已安装完成的生命绳上。圆弧段次梁在地下二层利用高空作业车或移动脚手架进行安装。

3.5.3 纵向梁（方通）安装

主、次梁安装完成后，最后进行纵向梁安装，吊装方式同主梁，操作人员在地下二层利用高空作业车或移动脚手架进行安装。

3.6 其他工序

在完成主梁、次梁及纵向梁安装过程中，需对钢结构的标高、纵横轴线和垂直度进行精密校正。同时，钢结构焊接质量、栓接质量也是确保工程安全的重要因素。在以上工序完成后，采用挂篮、曲臂车进行防腐、防火涂料的施做。

4 施工过程具体防控措施

岗厦北轨行区玻璃罩棚钢结构安装涉及工序较多，主要的安全风险控制点为非常规起重吊装安装，轨行区作业安全管理，曲臂车、剪叉式高空作业车、挂篮、焊接等施工安全管理。通过理论的计算保证非常规起重吊装的本质安全[2]，现场安全措施的落实进一步完善整个钢结构施工安全风险防控体系。

4.1 卷扬机吊装安全防控措施

4.1.1 卷扬机钢丝绳拉力等计算

卷扬机技术参数：电动机功率1.5 kW，钢丝绳直径17.5 mm，卷筒直径180 mm，卷筒容绳量60 m，额定速度1 380 r/min，整机质量150 kg。动力采用ZD 型电动机。

4.1.1.1 钢丝绳拉力验算

卷扬机工作级别取M3，安全系数Kn取3.55。钢丝绳直径应满足如下公式：

式（1）中：d为钢筋直径；Kn为钢丝绳安全系数，取3.55；K′为钢丝绳最小破断拉力系数，取0.332；Ro为钢丝绳公称抗拉强度，取1 400 N/mm2；Fo为卷扬机额定拉力，取25 000 N。

将数据代入式（1），得出d应大于等于13.8 mm，卷扬机适配钢丝绳直径为17.5 mm，大于13.8 mm，满足要求。

4.1.1.2 卷扬机锚固计算

锚栓材料为碳钢及合金钢，锚栓的性能级别为5.8，锚栓直径d=16 mm，6 度区及以下。M=30 kN·m，N=60 kN，V=60 kN。

螺栓布置方式（如图10 所示）：规格化布置，2行，行间距800 mm；2 列，列间距800 mm。

图10 螺栓布置示意图

锚栓承载力计算如下：fud，t=310 MPa，fud，v=180 MPa。Nat=π×de2/4×fud，t=3.14×162/4×310/1 000=62.30 kN。锚栓钢材受拉承载力设计Nat=62.30 kN。Va=ψE，v×π×de2/4×fud，v=1×3.14×162/4×180/1 000=36.17 kN。锚栓钢材受剪承载力设计值Va=36.17 kN。

锚栓数量验算如下。

规格化计算锚栓数：NV1y=V/n=60/4=15.0 kN。NN1x=N/n=60/4=15.0 kN。∑xi2+∑yi2=（400）2+（400）2+（400）2+（400）2+（400）2+（400）2+（400）2+（400）2=1 280 000 mm2。NM1x=M×y1/（∑xi2+∑yi2）=30×1 000×400/1 280 000=9.4 kN。NM1y=M×x1/（∑xi2+∑yi2）=30×1 000×400/1 280 000=9.4 kN。V1=[（NM1x+NN1x）2+（NM1y+NV1y）2]0.5=[（9.4+15.0）2+（9.4+15.0）2]0.5=35 kN。V1≤Nbv，抗剪满足要求（0.97）。

4.1.2 卷扬机设备安全控制

提升系统安装完成后，进行空车试转，运转中主要检验电气系统是否灵敏可靠，制动系统是否灵活，运转正常后进行载荷运转，载荷运转以最大量构件作为试验，上下运转急停，主要检测制动是否灵敏可靠，卷扬机是否固定牢固。整体试验合格后，经验收投入使用。

4.1.3 卷场机吊点无法满足吊装时的特殊处理

在进行第三阶段14号线轨行区玻璃罩钢结构安装时，根据结构空间特点，正上方为直径12 m 的采光天窗，卷场机吊点无法满足钢结构节段依次安装。经研究，将卷扬机固定于地下一层结构板上，在顶板既有钢结构底板洞口通过连接件或已预埋扶梯吊钩安装固定滑轮（东西两端），钢丝主缆绳贯通固定滑轮，两端固定于东西两侧结构钢柱。因跨度较大，利用中间顶板采光天窗四周预埋的扶梯吊钩，增加一处吊葫芦辅助钢丝绳提升，防止钢丝绳下挠。

通过安装完成的主缆绳，在其上方安装移动葫芦，通过卷扬机进行牵引吊装至指定位置。主缆钢丝绳吊装时，先把吊装构件慢慢起钩，同时采用安全可靠的工具辅助牵引。卷扬机拉动滑轮，慢慢移动，在移动的过程中，主缆钢丝绳在构件重力作用下，出现钢丝绳下挠，这时就停止卷扬机拉滑轮，把左侧与钢丝绳链接的手拉葫芦收紧，保证钢丝绳在构件重力作用下基本保持水平，钢丝绳向下挠度控制在50 cm 左右。这样重复地操作，保证吊装的安全。

4.1.4 使用过程安全管理措施

钢丝绳不允许完全放出，最少应保留3 圈。钢丝绳不许打结、扭绕，在一个节距内断丝超过10%时，必须更换。吊装作业中，任何人不得跨越钢丝绳，操作人员不得离开卷扬机。吊装区域下方严禁站人，在吊装区域外设立警戒区（水马等围挡）与警戒人员看护，严禁无关人员进入。操作人员、指挥人员必须持证上岗，吊装时要同起吊物保持良好的可见度，且配备对讲机，密切配合，做到统一指挥。

4.2 轨行区作业安全防控措施

严格执行请销点制度，并在规定区域、规定时间内作业，严禁超时、越区域施工。作业人员应佩戴具有夜光效果的防护服、安全帽等安全防护用品。作业区域两端各100 m 处设置防护点，防护点设1 名防护员，配置红闪灯、对讲机、口笛、信号旗等工具。

4.3 曲臂车、剪叉式高空作业车安全防控措施

操作前必须对作业环境进行排查，确认安全后先进行试走，并检查设备是否异常。操作平台内正确存放工具、材料，防止物件掉落伤人。设置安全警戒区域，并配备现场专职安全员进行盯控，防止无关人员进入警戒区域。不得超载作业，平台内不得超2 人作业。如遇设备故障，应立即停止工作，由专业人员进行维修。

4.4 焊接作业安全防控措施

焊工必须持特种作业人员证件。对作业人员进行岗前交底培训，确保人员掌握工艺要求和安全防控措施。严格执行“1211”原则，即1 把焊枪、2 名施工人员（施焊人员和监火人员）、1 具灭火器、1 个接渣桶（接焊渣用）。施焊人员完工后，应彻底清理现场，消除火灾隐患，并经现场监火人员检查确认无火灾隐患后，方能离开现场。

4.5 临时用电安全防控措施

施工现场临时用电采用TN-S 接零保护系统，严格执行“一机一闸一漏一箱”规定。项目部配备专业持证电工6 名，每日对施工现场临时用电情况进行巡检，包括用电安装、维修、拆除等。开关箱在设备停用0.5 h 以上时，进行断电上锁。

4.6 高空作业安全防控措施

防止高空坠落[3]是本工程的安全管理重点，项目部根据现场实际情况，在11、14 号线轨行区钢筋砼梁上每5 m 安装1 根钢管立柱，钢管顶部开孔穿生命绳，如图11 所示。钢结构安装过程中作业人员必须将安全带栓挂在生命绳上。在钢结构安装完成后进行玻璃安装时，加设水平安全网。项目部采用剪叉式高空作业车、曲臂车平台内作业，严禁作业人员无安全防护进行高空作业，有效防止了人员高坠。

图11 现场生命绳安装

5 应急管理

为保护员工生命安全，减少财产损失，确保事故发生时快速反应、妥善处置，项目部进行了安全风险辨识、评价、应急资源调查[4-5]，编制了《岗厦北项目装饰装修工程安全质量、生态环境及灾害事故现场处置方案》和《现场应急处置卡》[6]，明确了装修工程出现不可接受风险事件时，项目应急组织机构与职责、应急响应、应急处置原则、应急保障等，适用于装饰装修工程起重伤害、高处坠落及突发环境事件等处置工作。高处坠落事故应急处置措施表、应急小组组长应急处置卡分别如表1 和表2 所示。

表1 高处坠落事故应急处置措施表

表1（续）

表2 应急小组组长应急处置卡

6 施工效果

岗厦北综合交通枢纽11、14 号线轨行区玻璃罩棚钢结构施工过程中未发生各类安全事故、事件，实现了无人员伤亡、无工程线行车安全事故的目标。玻璃罩棚钢结构成品图如图12 所示。项目部的安全管理成果、装修效果也得到了建设单位和地方政府的高度认可，其安全风险管控经验被其他施工单位借鉴。《事故现场处置方案》和《现场应急处置卡》已被企业作为内部规范性文件执行。

图12 玻璃罩棚钢结构成品图

7 结语

本文从深圳市岗厦北综合交通枢纽工程11、14 号线轨行区玻璃罩棚钢结构施工各工序、工种的安全管控要点着手，从物的不安全状态、人的不安全行为、管理的缺陷等事故因素分析，以科学的安全风险防控手段，保障了整个钢结构施工过程的安全，验证了受场地限制的地下空间进行非常规起重吊运、安装钢结构的可行性。此安全风险管控研究成果具有很强的创新性和实用性，引导了装饰装修工程安全风险管控前沿。