新型預制拱板拼運設備的研制與應用

徐文瑋

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

在大型預制拱形結構中，為了方便制作和運輸，一般采用三鉸拱的結構形式[1-2]，整個拱形結構由1個拱頂節點和2個拱腳節點組成（圖1）。

圖1 預制三鉸拱結構示意

在現場安裝上述預制三鉸拱結構時，先在現場地面將2個半拱通過拱頂節點組裝成完整的拱結構，然后使用吊車將上述三鉸拱結構放置在拱座上[3-5]（圖2）。

圖2 使用履帶吊安裝三鉸拱結構

上述安裝方式費時費力，不僅需要進行預制拱板的地面拼接，還需要進行翻身作業，最后通過吊車放入拱座上方。隨著安裝工作的進行，履帶吊還需要經常移動站車位置，拼裝場地也需經常變動，拼裝精度難以保證，履帶吊由于缺少調整三鉸拱結構姿態的功能，在吊裝過程中難以對三鉸拱結構的姿態進行調整。對于一些場地狹窄的施工場地而言，無法提供足夠的場地進行地面拼裝成拱，上述安裝方法的局限性愈發明顯，設計新型的安裝設備以實現三鉸拱結構快速安裝意義重大。

1 設備研發思路

預制三鉸拱結構的現場安裝分為拼裝成拱階段、水平運輸階段和落架階段3部分作業。常規的履帶吊安裝方法在上述安裝過程中均存在局限性。

預制三鉸拱由2塊預制拱板組成，在將2塊預制拱板拼裝成1個完整的三鉸拱時，一般需要在現場搭設1個安裝胎架。該胎架提供了安裝的基準，保證2塊預制拱板拼裝后的成拱精度能夠符合設計要求。

當預制拱板拼裝成形后，需要進行場地內的水平運輸工作，在運輸過程中須保持預制三鉸拱的拼裝精度，即安裝胎架上形成的拼裝精度不能受到水平運輸過程的影響。由于預制三鉸拱此時僅有拱頂處的鉸連接，同時預制拱結構厚度較小，不宜繼續對預制三鉸拱結構加裝其他形式的固定裝置，因此，使用原有的安裝胎架保持拼裝精度，做成移動式安裝胎架較為合適。

在安裝預制三鉸拱的時候，由于預制三鉸拱的姿態需要在空間內進行調整，要求安裝胎架的馱運裝置不僅具有水平運輸功能，還應具備水平方向和高度方向的調整功能。液壓模塊車是一種模塊化生產及組裝的自行式平板拖車，其平板下部安裝有12組液壓缸，可以實現±350 mm范圍內的豎直高度調節，并且利用液壓缸單個調節可以調整平板的傾斜程度。每組液壓缸底部連接2個可以在水平方向原地±180°旋轉的輪胎，可以實現該模塊車在平面內的姿態調整。

2 新型預制拱板拼運設備

根據綜合考慮和研究，本文提供一種集拼裝、運輸和落架功能于一體的新型預制拱板拼運設備（圖3）。

圖3 新型預制拱板拼運設備

新型預制拱板拼運設備由液壓模塊車、安裝胎架和微調裝置組成。液壓模塊車位于最底部，左側和右側各放置1部，作為安裝設備的行走裝置。該設備是一種模塊化生產及組裝的自行式平板拖車，不僅具備平面位置調整，還可以進行高度方向的位置調整。利用這兩個功能，可以實現整跨拱板粗定位。

安裝胎架固定在主梁上方，以主梁作為安裝基礎面。主梁的兩端分別固定在左右兩側的液壓模塊車上。安裝胎架由桁架、側向固定裝置、徑向定位裝置和臨時定位裝置等部件組成，如圖4、圖5所示。

圖4 安裝胎架

圖5 定位與微調裝置

安裝胎架承擔預制三鉸拱結構的荷載，左側的臨時定位裝置用來對半拱進行臨時定位。為防止預制三鉸拱結構在運輸中發生滑移，使用側向固定裝置進行臨時固定。

徑向支承裝置焊接在支撐桁架上方，由4組徑向定位裝置、4組側向定位裝置組成。每個徑向定位裝置由千斤頂、導向套、滾輪支架、滾輪、滾輪軸線調整裝置、滾輪剎車等部件組成，不僅能進行徑向支承，還可進行高度方向的微調。每組側向固定裝置由2個單獨的側向定位裝置組成，側向定位主要通過調節螺桿來對預制構件側面進行支撐，防止構件在運輸過程中產生相對位移而發生側向失穩的情況，還可對拱板的側向位置進行微調。

3 新型預制拱板拼運設備的工作模式

新型預制拱板拼運設備有3種工作模式，分別是拼裝模式、水平運輸模式和落架模式（圖6）。

圖6 新型預制拱板拼運設備的工作模式

當預制拱板運輸至工地后，先進行拼裝成拱作業，此時預制拱板拼運設備位于拱座附近的拼裝區，支撐桁架起拼裝胎架作用，保證成拱精度。拼裝時，先放出臨時定位裝置，然后以臨時定位裝置為定位基準，用吊車將預制拱板放在安裝胎架左側，接著用吊車將另外的預制拱板放置在安裝胎架的右側，當預制拱板的位置符合設計要求，則連接拱頂節點，并收回左側的臨時定位裝置，此時預制拱板的拼裝作業完成。

當拼裝完成后，預制拱板拼運設備進入水平運輸模式，此時預制拱板拼運設備將預制三鉸拱臨時固定后，從拼裝區將預制三鉸拱水平運輸至待安裝位置附近。

水平運輸到位后，預制拱板拼運設備進入落架模式，通過液壓模塊車和微調裝置對預制三鉸拱的姿態進行調整，最后整個安裝胎架整體下移，預制三鉸拱便安裝在拱座上方，實現落架作業。

4 新型預制拱板拼運設備應用

上海軌道交通15號線吳中路站的拱形頂板為疊合結構，拱形結構跨度的最大值為21 m，疊合結構的預制部分采用預制三鉸拱結構，預制構件總質量為34 t。在現場安裝預制三鉸拱結構時，使用了本文提出的新型預制拱板拼運設備進行安裝，安裝完成的預制三鉸拱如圖7所示。

圖7 安裝完成的預制三鉸拱

工地應用證明，使用新型預制拱板拼運設備安裝大型預制三鉸拱，不僅安全可靠，而且施工快速便捷，在10 d內完成了長90 m的預制部分安裝，為大型拱結構安裝提供了先進經驗。

5 效益與應用前景

本文提出的預制拱板拼運設備適用于在工地現場安裝跨度超過20 m的大型預制三鉸拱結構，不僅能夠進行預制拱板的拼裝成拱和水平運輸，還能在預制三鉸拱結構安裝時對結構的姿態進行平面方向和高度方向的姿態調整，是集多種功能于一體的大型施工設備。該拼運設備利用了現有的液壓模塊車技術，安全可靠，經濟性好。在工作過程中拼裝成拱精度高、速度快、運輸平穩、落架高效，特別適合在場地狹小的施工現場進行大型預制三鉸拱結構的安裝工作，具有過程安全、品質保證、環境友好、經濟性高的特點，并符合綠色建造的可持續發展理念，社會、環保和經濟效益顯著，在地面拱形結構和地下拱形車站施工中均適用，具有非常廣闊的市場應用前景。

6 結語

本文通過分析大型預制三鉸拱結構在現場安裝中存在的問題，綜合考慮了安裝胎架和液壓模塊車的優點，研制了適合大型預制拱形結構安裝的新型拼運設備。新型拼運設備由安裝胎架、微調裝置和液壓模塊車組成，安裝胎架能夠保持拼裝成拱精度，液壓模塊車能夠進行空間姿態的粗調，而微調裝置能夠進行空間姿態的微調，是集拼裝、運輸和姿態調整等多種功能于一體的大型施工設備，不僅安全可靠，同時施工快速便捷、效率高、經濟性好，在地面拱形結構和地下拱形車站施工中均適用，應用前景好，為大型預制三鉸拱的安裝施工進行了有益的探索。