面向地铁明挖基坑集约化施工的移动作业平台设计*

魏文义

(中铁二十一局集团轨道交通工程有限公司,山东 济南 250117)

0 引言

一般地铁车站设计为条形基坑,且多采用明挖顺作法施工工艺。但受地铁车站位置、地面环境、地形地貌、周边建(构)筑物等的影响,明挖基坑施工作业时间长,包括的施工内容多,所使用的设备种类多、数量大,这些配套设备使用总是存在互相干扰的情况,施工效率较低。

作为建筑配套设备,其功能适应性强、自动化、智能化是发展的必然趋势。目前明挖基坑施作作业工序主要有基坑开挖、围护结构挂网、喷射混凝土;钢腰梁置安、钢支撑架设,钢筋绑扎、混凝土浇筑,支架搭设、模板安装等。为实现以上作业内容,目前通常采用以下机械配合作业:土方作业机械主要有长臂挖掘机和抓斗等,运输施工机械主要有汽车式起重机、履带式起重机和门式起重机等,混凝土设备主要有各种混凝土泵和湿喷机等,除此之外,还包括电焊机和切割机等小型机械。

这些设备存在功能重复、利用效率低下和浪费等现象,且设备间互相影响,存在等待现象。为此,研发一款可承担明挖基坑施工主要作业内容的综合作业平台,可减少浪费、有效提高设备利用率和施工效率、降低设备使用成本,同时有利于保证设备与人员安全。

1 移动作业平台整体方案

1.1 基本原则

根据明挖基坑的施工特点和设备情况,考虑其集约化施工需求,移动作业平台的开发应遵循其跨度可调、模块化、集成化、开放式、功能强大、安全、可靠的基本原则,并且在设计之初就应兼顾后期实现智能化和动力集成化的需求。

1.2 整体方案

基于上述基本设计原则,该移动作业平台的整体方案如图1所示。其各部分功能简述如下。

图1 移动作业平台整体方案

1)地面移动轨道 该移动作业平台是为明挖基坑施工专门设计。明挖基坑一般为条形深坑,现场为粗放式土建施工区域。考虑到平台移动的可靠性、对现场安装的宽容性和使用的耐久性,本平台采用钢轨固定在基坑两侧安全区域内,其长度可根据现场需求确定,以确保平台沿轨道在施工范围及材料堆场间的可达性。

2)走行部 走行部采用踏面轮,基坑每侧安装2个踏面轮,此设备带4个踏面轮。其安装位置根据工作台及其上安装的设备位置、质量进行核算确定。每个踏面轮配1副制动器及止动器,在轻起吊和运输时可按需求停靠。考虑到重载起吊的安全需求,工作台底部与踏面轮相适应的位置每侧安装2个液压止推支撑模块,在重载起吊时,液压止推支撑器工作,保证作业平台驻停可靠、起吊安全。走行部如图2所示。

图2 走行部示意

3)工作台及快接平台 工作台根据作业平台的尺寸及其承重要求选择梁式结构，需通过校核计算确定其结构和尺寸。工作台上装配带有T型槽的快接平台，快接平台为作业平台与施工设备间的快速接口。

4)跨度可调横梁 根据基坑宽度确定横梁尺寸。由于不同基坑尺寸不同,横梁的尺寸应根据基坑尺寸计算确定。横梁采用梁式结构,通过接口安装,并连接基坑两侧的工作台,使之成为一个整体,即得到移动作业平台的基本机械本体。

5)物料平台 考虑到明挖基坑施工中的水平运输及物料准备等需求,充分利用移动作业平台的空间,以横梁为依托,设计物料平台。该物料平台由物料平台底板与物料平台侧栏组成,通过物料平台接口与移动工作平台固连。物料平台底板与物料平台侧栏可根据明挖基坑的宽度进行搭建,使物料平台实现跨度可调,适用于多种宽度的明挖基坑施工作业。物料平台随移动工作平台移动,可将物料快速运送至施工位置,实现高效施工。设计得到的综合作业移动平台基本结构如图3所示。

图3 移动作业平台基本结构

6)选装设备 该移动作业平台上可安装明挖基坑施工所需的各类施工设备,如挖掘机、湿喷机、电动起吊装置、轻载升降台、重载升降台、起重机与混凝土浇筑车等。这些设备通过专门设计研发的快装接口与快接平台连接,可同时承担土方作业、运输作业、混凝土浇筑作业及其他工序作业。升降台既可在明挖基坑的底部与地面间运送人与物料,还可作为快速逃离通道;电动起吊装置通过螺栓固定于物料平台外侧的滑道上,可实现横向移动及在物料平台与明挖基坑间运送物料。

2 功能介绍

2.1 基本功能

1)纵向移动功能 即沿明挖基坑长度方向的移动。该综合作业平台要实现物料沿明挖基坑长度方向的运输任务,其首要的基本功能是沿明挖基坑长度方向的水平移动。

2)横向运输功能 即沿明挖基坑宽度方向的运输功能。所运输物料应保证在基坑纵向和横向的位置可达,则该综合作业平台在将物料沿纵向运输的同时,需实现物料的横向运输功能。

3)起吊设备配合实现多工位协调起吊功能 该综合作业平台的选用,将以汽车式起重机等起吊设备为主,不再使用门式起重机和塔式起重机。因此,对于复杂起吊任务,应采用2台或多台汽车式起重机,综合作用、协调起吊,可确保起吊任务及起吊物的角度调整需求。

4)兼具运输、通行、存储、加工功能 连接工作平台的物料平台,既可根据明挖基坑的宽度调整其长度,也可根据现场需求调整其宽度。对于小型设备,如电焊机、切割机等,可存放于物料平台上,也可在物料平台上用于加工;常用物料储存于物料平台上,且可根据需要随时加工。物料平台两侧的护栏可根据需要调整高度,一方面保证物料存放的安全性,另一方面兼顾人员通行的安全性。

5)照明功能 综合移动作业平台的使用不受气候、季节及昼夜的影响。为保证其适用性,可在平台上安装照明设备。

6)其他开放功能 综合作业平台的工作可达区域一方面取决于其纵向移动范围,另一方面取决于起吊设备的工作半径,还可根据施工要求集成更多设备,增加其他更多现场需要的功能。

2.2 可扩展功能

1)设计中预留了集中动力供给接口,以便后期实现全部设备的电力化改造,从而消除碳排放量,实现碳减排。

2)该移动作业平台可结合设备规划管理系统使用,从而实现可选装设备的合理规划和管理,进一步减少设备重复和浪费。

3)选装设备在选择和安装时,应进行回转空间的设计计算,避免在选装施工设备中出现碰撞、干涉,防止出现安全事故。

3 设计注意事项及其优势

1)该综合作业平台适用于明挖基坑施工,应综合考虑建筑施工特点,在保证功能前提下,首先要确保安全,故在强度选择时应选择较大安全系数。

2)选装设备装拆应考虑操作简单易行,装拆零配件同选装设备保存,以免遗失。

3)要确保停驻安全可靠,在停驻作业期间,必须排除移动作业平台的纵向微动,以免在停驻起吊时因额外扰动产生附加荷载而影响起吊安全性。

4)该综合作业平台取代和减少了不必要的功能重复设备,可极大地降低设备成本,同时也可大幅度节约施工场地,具有极大的经济效益。

5)其开放式、模块化为设备功能扩展提供极大自由度和空间,提高施工效率、简化现场设备管理。

4 结语

1)本文介绍了一种跨度可调式明挖基坑综合作业平台,主要应用于各类明挖基坑施工,可实现结构跨度可调、快速更换基坑施工设备、设备整合及快速定位等功能。

2)该移动作业平台注重其通用性,解决了明挖基坑施工过程中宽度可变的问题,使作业平台适用于不同尺寸的明挖基坑。

3)模块化结构设计使该平台可根据工程需求快速更换基坑施工设备,提高施工装配效率,同时减少明挖基坑施工过程中的设备干扰。基坑施工设备整合功能可同时安装多种设备,达到多种设备配合工作的目的。基坑施工设备由接口固定于快接平台,根据工程需求将快接平台固定于移动工作平台的合适位置,提高了设备布局的合理性。走行装置实现了基坑施工设备快速定位,其独立设计形式实现了快速更换维修。

4)该跨度可调式明挖基坑综合作业平台可整合挖掘机、湿喷机、电动起吊装置、轻载升降台、重载升降台、起重机与混凝土浇筑车等施工设备,同时进行土方作业、运输作业、混凝土浇筑作业及其他工序作业,减小明挖基坑施工过程中受施工位置、地面环境、地形地貌及周边建筑物的影响,进而减少基坑施工设备在更换及使用过程中互相干扰。