钢结构作业平台设计及施工工艺研究

2023-02-11汪鸿江WANGHongjiang

价值工程 2023年3期

汪鸿江 WANG Hong-jiang

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

0 引言

随着我国的城市化建设和发展，城市化轨道交通是促进中大型城市发展和优化城市交通环境的必然趋势，截止2022年6月，国内累计有51个城市投运城轨交通线路9573.65公里，其中地铁7529.02公里，占比78.64%。轨道交通建设发展，对于城市轨道交通配套维修设施的需求急剧增长，地铁钢结构作业平台是建立在车辆检修基地检修库中，为车辆提供检修作业平台。快速高效的安装施工工艺，有利于施工方对钢结构作业平台进行快速、高效、准确的安装，对于缩短工程进度有着重要的辅助作用。

1 钢结构作业平台的设计

1.1 设备的主要功能

地铁钢结构作业平台是在周月检库中使用，主要用于地铁车辆车体底面和侧面及车辆顶部设备的检查、维修、更换的作业平台。钢结构作业平台能够实现对地铁车辆的受电弓、空调设备、车门、车身等关键主要部件的检修和保养工作，及时地对故障进行全面修理。

平台采用预埋底板的形式的悬臂结构形成三层作业面，以库内轨顶为检修平台的标高基准+0.00，一层作业面的标高为-1.1m，用于地铁下部设施检查、材料运输及走行；二层作业面的标高为+1.05m，基本与地铁车辆的地板平面一致，为检修人员进出车厢提供便捷；顶层作业面接近或与车顶标高等高，为三层作业平台，主要用于受电弓及空调等车顶设备的检查作业，无车顶作业平台一侧设置有防止车顶作业人员跌落的防护设施。

1.2 设备主要技术参数

地铁钢结构作业平台主要由一层作业平台、二层作业平台、三层作业平台、照明供电系统等构成。其主体结构示意图如图1。

图1 钢结构作业平台主体结构示意图

1.2.1 一层作业平台

一层作业平台位于混凝土地平面上，用于对地铁车体底部设备检修和输送各种检修材料、设备，二层平台底部安装有降温和照明装置，模块化台面之间间隔2～4m安装照明灯，每根立柱上安装一扇摇头风扇。在钢结构作业平台的两端各预埋一个20kW的电源接入点，各配置一个配电柜内含空开、三相四孔插座和两相三孔插座等，靠近支撑立柱安装，方便检修作业过程中各种检修设备取电。

1.2.2 二层作业平台

二层作业平台由二层横梁与支撑立柱承载作业平台的重量，螺栓底板与预埋地基采用连续角焊的方式焊接，螺栓底板和支撑立柱之间采用螺栓连接，安装完成后进行二次浇筑（采用高强度无收缩混凝土）。支撑立柱间距8m，二层平台面距轨顶1.05m，平台的宽度1.5m。台面铺设壁厚为4mm的花纹钢板，平台两侧均设置防护栏和踢脚板，靠近车体一侧采用对开推拉门式护栏设计，防护栏采用外径不小于30mm，不大于50mm的不锈钢管，栏杆设计高度1.2m。（表1）

表1 二层作业平台主要技术参数

1.2.3 三层作业平台

三层作业平台主要用于车顶受电弓、空调设备检修，由三层横梁与支撑立柱承载作业平台的重量，台面框架采用模块化设计，采用螺栓联接形式，方便安装与后期更换维修，三层平台面距轨顶3.60m，平台的宽度1.5m，台面铺设壁厚为4mm的花纹钢板，平台两侧均设置防护栏和踢脚板，靠近车体一侧采用对开推拉门式护栏设计，防护栏采用外径不小于30mm，不大于50mm的不锈钢管，栏杆设计高度1.2m。车体非作业面一侧，设置安全防护网，采用地面支撑的方式，防护网高1.1m，安装面距轨面高3.6m，防护网距车体中心线1.5m。三层作业平台两端爬梯入口处设置门禁装置。（表2）

表2 三层作业平台主要技术参数

1.3 设备有限元分析

利用ANSYS软件建立有限元模型，针对单侧中高作业平台选取一个8m单元模块进行有限元分析，在两个支撑立柱上施加固定约束，分别在二层平台和三层平台踏板上施加2000N/m2荷载，有限元分析如图2-图4所示。

图2 平台单元模块施加的力和固定约束

由图3可知，平台在端部存在应力集中，最大应力为212.01MPa，作业平台选用材料为Q355B，安全系数=结构设计强度满足实际使用要求。

图3 平台单元模块应力图

由图4可知，平台最大的位移变形量为0.001mm，查规范可知满足设计要求。

图4 平台单元模块应变图

2 钢结构作业平台的施工工艺

在进行钢结构作业平台安装的施工过程中，首先需要对施工场地进行考察，设计过程中要考虑设备材料的倒运、安装，确保安装过程高效、平稳、有序的进行。各个安装场地有所不同，结合现场情况，制定合理的安装方案，在现场安装过程中，很多道工序需要同时进行，人力和物力的投入也会比较多，因此现场管理者将会具有重要的作用，团结有序的施工队伍也会加快施工的进度，保证施工质量。

2.1 施工前的准备工作

2.1.1 充分的熟悉施工材料

在进入项目施工前，项目的主要负责人员应将施工资料全部进行统一整理，仔细熟悉施工图纸、技术文件及所签署的合同文件。将设计图纸结合施工实际环境及施工条件进行深入有效的分析，才能准确的将施工过程中的整体预算和施工计划初步的制定出来。

2.1.2 施工方案的制定

施工方案需结合现场的实际施工条件进行制定，综合考虑各种施工过程的不利因素，结合实际情况以及以往施工成功的案例充分结合，提出满足现场条件的倒运、吊运设备以及合理的人员配备，保证钢结构作业平台安装过程安全、有序、高效的完成。

2.2 施工工艺及操作要点

2.2.1 施工工艺流程

测量和放样→预埋地基→螺栓底板点焊→安装支撑立柱→安装二层平台横梁→安装二层平台台面框架→安装三层平台横梁→安装三层平台台面框架→安装防护栏及爬梯→调整平台限界→底板焊接及混凝土二次浇筑。

2.2.2 施工操作要点

①测量和放样。在施工之前，按照设计图纸对施工施工路面基层进行平面和高层测量，确保预埋件上表面的高度准确。平面测量放样工作主要是确定预埋底板的中心，测量和放样的准确性为后续平台限界调整奠定基础。

②预埋地基。在测量放样的基础上，将螺栓底板安装在相应的位置，并进行混凝土浇筑，养护时间满足规范要求。预埋完成后，需采用模板将预埋件框柱，避免对路面浇筑过程中将预埋件误浇筑。

③螺栓底板点焊。预埋地基养护后，需进行二次测量和放样，确定螺栓底板的焊接位置，螺栓底板的安装精度，对支撑立柱的安装精度起到重要的作用，安装螺栓底板采用点焊的焊接方式，方便调整限界做出调整。

④安装支撑立柱。采用吊运设备起吊支撑立柱安装，柱脚板与螺栓底板之间采用螺母紧固，安装过程保证立柱的直线度和垂直度。

⑤安装二层平台横梁。立柱的直线度和垂直度调整完成后，安装二层平台横梁，横梁的联接法兰板与支撑立柱的对应的孔位采用螺栓联接，螺栓联接时注意弹垫和平垫按设计要求安装，避免安装完成验收时出现返工的问题，横梁的上表面调整标高后，进行螺栓紧固，防止后续平台台面框架安装出现安全事故。

⑥安装二层平台台面框架。台面框架上安装护栏的孔位不一致，在倒运过程中，需提前对台面框架进行排序，按照1～10序号排列堆放，二层平台横梁螺栓紧固完成，采用吊运设备起吊台面框架按序号依次安装，台面两端部的法兰板与横梁的法兰板采用螺栓联接，调整二层平台台面距轨顶的标高1.05m。

⑦安装三层平台横梁。安装三层平台横梁，横梁的联接法兰板与支撑立柱的对应的法兰板采用螺栓联接，螺栓联接时注意弹垫和平垫按设计要求安装，避免安装完成验收时出现返工的问题，调整三层平台横梁的标高。

⑧安装三层平台台面框架。三层台面框架上安装护栏的孔位不一致，在倒运过程中，需提前对台面框架进行排序，按照1～10序号排列堆放，三层平台横梁螺栓紧固完成，按照从下往上的安装顺序，采用吊运设备起吊台面框架按序号依次安装，台面两端部的法兰板与横梁的法兰板采用螺栓联接，调整三层平台台面距轨顶的标高3.60m。

⑨安装防护栏及爬梯。防护栏和爬梯都是采用螺栓连接，安装过程中可以先安装底部爬梯，再安装中部爬梯，方便施工安装人员上下平台。防护栏分为靠近车体一侧和远离车体一侧，靠近车体一侧防护栏安装距平台边缘100mm，远离车体一侧防护栏与平台边缘重合。

⑩调整平台限界。平台主体结构安装完成后，需根据车辆限界轮廓调整平台的限界，结合设计图纸要求，调整限界主要通过以下两种方式调节：一是通过调整支撑立柱的垂直度来调整平台的限界；二是通过调整横梁连接法兰板上的长圆孔，来达到调整限界的目的。限界调整完成后，测量并记录平台限界的实际数据，检查螺栓紧固情况，需满足钢结构作业平台交付要求。

1○底板焊接及混凝土二次浇筑。螺栓底板和预埋件采用满焊的焊接形式，焊缝高度需满足焊接规范要求。焊接完成验收合格后采用与路面同标号混凝土进行二次浇筑。

3 模块化施工工艺的优势

传统施工工艺作业平台的立柱、横梁和平台台面采用的是一体化设计，在实际运输和安装过程中难度大大增加。本工艺采用模块化的施工工艺，钢结构作业平台各个部件都是采用模块化设计，有利于安装过程中运输；各部件之间采用螺栓连接，有利于作业平台安装和拆卸。据统计，采用模块化施工工艺较总体预算节省成本10%，主要体现在材料运输、材料吊运安装和节省劳动力；施工周期计划15天完成，实际安装用时10天完成，大大缩短了施工周期。